低频正弦磁场诱导的人类磁磷光感知的阈值和机制

2024-06-04 Tue
电感磷光感知的阈值与机制背景介绍电磁场（Magnetic Field，简称MF）对人类身体的影响一直是科学研究的热点。极低频磁场（Extremely Low-Frequency Magnetic Field，简称ELF-MF）在日常生活中广泛存在，主要来源于电力线（50/60 Hz）和家庭电器。这些磁场在人体内会感应出电场和电流，进而可能调节大脑功能。一个特定现象——电磁磷光（Magnetophosphene），即由于磁场诱发的闪烁视觉感知，是国际电磁场暴露指导方针的基础之一。
电磁磷光现象早在1896年由法国医生Jacques-Arsène d’Arsonval首次观察到，该现象后来在一些小型非重复性研究中得到验证。近几十年来，关于电磁磷光的研究却相对较少，尤其是在家庭频率（即50 Hz和60 Hz）下的实验数据仍然缺乏，导致对于磷光感知阈值的认识存在不确定性，并且对于具体的作用部位（即在视网膜上还是视觉皮层上）仍存争议。
研究作者和来源这篇文章由Alexandre Legros、Janita Nissi、Ilkka Laakso、Joan Duprez、Robert Kavet和Julien Modolo等人撰写，研究团队分别来自Lawson Health Research Institute、Western University、Aalto University、Kavet Consulting LLC以及Univ Rennes和INSERM等机构。文章发表于2024年5月11日的《Brain Stimulation》杂志上。
研究流程和方法研究使用了一种称为跨颅交变磁刺激（Transcranial Alternating Magnetic Stimulation，简称TAMS）的刺激方式，该方法在体内传送类似于交变电流刺激（TACS）的正弦电场。通过这种方法，研究量化了81名志愿者在不同磁场强度和频率（20 Hz、50 Hz、60 Hz和100 Hz）下的磁磷光感知。
研究的具体步骤和方法实验对象和排除标准：
共招募了81名健康志愿者。
排除有眼睛或视网膜问题、幽闭恐惧症、头部受伤、神经系统和心血管疾病以及颈部以上有金属装置或植入刺激器的志愿者。
磁场暴露系统：
使用MRI梯度放大器为线圈系统供电，一套用于局部暴露（视网膜和枕骨），另一套用于全头部暴露。
系统在20到100 Hz频率范围内可产生高达50 mT的磁通密度。
MRI梯度放大器和线圈系统：
采用MTS 0106475 MRI梯度放大器（Horsham PA，现归Performance Control Inc. 所有）。
线圈系统由空心铜线组成，通过水冷技术散热，并采用“湿绕法”制作确保线圈紧凑无空气间隙。
眼部和枕骨局部暴露：
使用单个176匝线圈，为视网膜暴露（RET）时，线圈中心与眼球外侧切线，为枕骨暴露（OCC）时，线圈中心在头部背侧。
全头部暴露：
由一对99匝线圈组成，采用类似亥姆霍兹配置，线圈间距为20.6 cm，安装于一个电动平台上，确保不与参与者接触。
实验程序：
志愿者暴露于0到50 mT（以5 mT为步增）的磁场，每次暴露5秒，间隔5秒，共进行5次试验。通过按下按钮记录是否感知到磁场。
暴露响应分析：
使用混合逻辑回归模型分析每个频率下的感知响应，将二元（是/否）数据与磁场强度变化曲线拟合。
剂量测量分析：
采用有限元法计算了14个人体头部模型的感应电场和电流密度。
研究结果研究结果如图1所示，不同频率和暴露模式组合下的逻辑回归曲线。表1展示了回归系数值及其统计显著性。结果表明，对于全头和视网膜暴露模式，感知阈值在所有频率下均具有统计显著性。而对于枕骨暴露模式，仅在60 Hz和100 Hz显著。一旦感知到磁磷光感知，所有受试者（共81人）报道的磷光均为无色的“白色”光点，暗示磷光感知源自视网膜的杆状细胞。
结论和意义研究结论研究结果表明，TAMS比TACS更能可靠地诱导磁磷光感知，而不产生头皮感觉。基于频率的感知概率可以通过二元逻辑回归量化。结果支持感应电流密度和视网膜杆状细胞之间的相互作用。
科学和应用价值这项研究不仅对国际安全指南有直接影响，有助于确立在ELF-MF暴露下的感知阈值，还为视网膜疾病的鉴别诊断和神经调制疗法提供了新的潜力。
研究亮点新颖的TAMS方法无头皮感觉，优于传统的TACS。
研究首次提供了在20 Hz到100 Hz频率下的人体磁磷光感知阈值数据。
剂量测量分析强烈暗示磷光感知的感知器位于视网膜杆状细胞。
其他有价值的信息该研究所使用的MF暴露系统具备独特技术创新，能够生成比以往实验系统更高的磁通密度水平，且具有显著的实用性优势。