科研成果 | 深圳大学心理学院张浩波副教授课题组在《NeuroImage》发文揭示个体化iTBS的神经调控机制

深圳大学心理学院张浩波副教授课题组在神经影像学术期刊NeuroImage(IF = 4.5，SCI- Category: Neuroimaging Q1)发表了题为"Individualized single-session iTBS modulates functional networks and neural activation to predict cognitive gain"的研究论文。该研究结合了个体化功能磁共振成像(fMRI)定位、间歇性θ脉冲刺激(iTBS)与多模态神经影像技术，深入探讨了个体化iTBS对大脑功能网络及认知表现的调控机制。该研究为理解非侵入性脑刺激的个体化精准干预提供了重要的神经科学依据。

工作记忆是人类认知系统的核心功能，而背外侧前额叶皮层(DLPFC)作为工作记忆网络的关键节点，是认知增强干预的重要靶点。间歇性θ脉冲刺激(iTBS)作为一种高频重复经颅磁刺激(rTMS)方案，具有调节皮层兴奋性的潜力。然而，既往研究在行为学结果上存在显著不一致：11项相关研究中仅5项报告了认知改善，6项未发现显著效应。这种不一致性可能源于传统刺激定位方法的局限性：大多数研究采用基于群体坐标(10-20脑电定位、MRI定位)的"一刀切"定位方式，忽略了个体间神经解剖与功能激活的巨大差异。此外，iTBS对静息态功能网络的影响尚不明确，且刺激效果的时程特征也有待阐明。

针对这些研究空白，研究采用基于个体化fMRI的DLPFC定位策略，结合任务态与静息态fMRI评估，探究单次iTBS对神经活动与功能网络的调控效应及其与认知表现的关联。

研究招募了56名健康成年人(iTBS组与对照组各28人)，使用个体化神经导航刺激，结合了行为表现与多模态脑功能影像的核心方法：

1.iTBS干预与多时间窗评估：采用标准iTBS刺激方案(600脉冲，192秒)，强度为个体静息运动阈值的80%。在刺激后5–12分钟内采集7分钟静息态fMRI，紧接着在刺激后的12-20 min(post1)和20-28 min(post2)两个时间窗采集2-back/3-back任务态fMRI(图1)。

图1：实验流程。(a)实验为期连续两天。(b)N-back任务示意图。被试需将当前呈现的刺激，与序列中往前第N个位置的刺激进行比对。N数值越大，任务所需认知负荷越高。T1：T1加权结构影像；rMT：静息运动阈值。

2.个体化刺激靶点定位：在N-back任务(1-back/2-back)中进行fMRI扫描，在“2-back > 1-back”激活脑区中选取峰值体素，并限定在左侧Brodmann 9/46区(DLPFC解剖近似区域)，实现基于任务态fMRII激活的个体化刺激靶点定位(图2)。

图2：(a)N-back任务的脑激活对比(2-back＞1-back)，voxel水平阈值p＜0.001，cluster水平阈值p＜0.05(FWE校正)。红色代表2-back任务下激活程度更高，蓝色代表1-back任务下激活程度更高。(b)用于定位刺激靶点的左侧DLPFC掩膜，取自Brodmann 9/46。(c)iTBS组与对照组的刺激靶点。

3.多层次神经影像分析：包括全脑任务激活分析、靶点中心的功能连接(FC)分析，以及基于Schaefer 400节点图谱的网络水平FC分析(默认模式网络DMN、额顶网络FPN、背侧注意网络DAN和突显网络SN)。

1.刺激调控后，任务相关的神经活动具有时程特异性

在post1时间窗(12–20 min)，3-back任务中发现了显著的组别×时间交互效应(图3)：iTBS组在中扣带皮层(MCC)和距状皮层(CAL)表现出激活增强，而对照组在左侧顶下小叶(IPL)出现激活降低。相关分析显示，iTBS组MCC激活增强与3-backRT改善相关(r=0.38, p=0.050)。值得注意的是，post2时间窗未观察到显著交互效应，提示iTBS的神经调控效应可能在15-20 min左右最为明显，然后逐渐减弱。

图3 ：iTBS诱发的3-back任务脑激活变化。(a)组间×时间交互效应显著，voxel水平阈值p＜0.005，cluster水平阈值p＜0.05。刺激前后激活变化的组内分析采用未校正体素阈值p＜0.01，cluster体积大于50。红色代表激活增强，蓝色代表激活减弱，绿色代表交互效应脑区。(b)脑激活改变量(ΔMCC, ΔIPL, ΔCAL: post1-pre)与3-back任务行为指标变化的相关性(ΔACC = ACC post1-ACC pre;ΔRT=RT pre-RT post1)，*p＜0.05。(c)3-back 任务在刺激前后的脑激活与认知行为指标显著相关散点图。

2.靶点功能连接的改变

静息态FC分析显示，iTBS组表现为靶点-内侧前额叶(mPFC)FC降低、靶点-右侧脑岛FC增强；对照组则呈现相反的结果(图4)。在iTBS组中，靶点-mPFC FC降低与3-back ACC提升显著相关(r=-0.43, p=0.021)，靶点-脑岛FC增强与RT缩短呈边缘显著相关(r=0.37, p=0.055)。

图4：靶点功能连接在iTBS刺激后的变化；(a)两组被试刺激后靶点功能连接的改变。组间与时间交互效应显著，voxel阈值p＜0.005，cluster阈值p＜0.05。可视化分析中，iTBS组与对照组采用宽松阈值：voxel p＜0.05，cluster数量大于120。(b)iTBS组功能连接提升程度与认知表现改善程度的相关性散点图。

3.脑网络的去耦合表现

网络水平分析揭示，iTBS显著降低了DMN内部FC及DMN-FPN间FC，而对照组FPN内部FC反而增强(图5)。DMN内部FC的降低与3-back ACC提升显著相关(r=-0.50, p=0.007)。这表明个体化iTBS通过降低DMN内部功能连接及其对任务的潜在干扰、促进DMN与执行控制网络的功能分离，优化了认知控制网络配置。

图5：iTBS刺激后的网络层面功能连接变化；(a)刺激后脑网络层面功能连接改变，iTBS组DMN网络内功能连接减弱，对照组FPN网络内功能连接增强。(b)散点图显示iTBS组，刺激前后DMN网络内功能连接降幅与3-back任务ACC提升呈负相关。ACC：正确率(%)；* p<0.05；** p<0.01；ns：无统计学差异。

4.依赖基线表现的补偿效应

尽管行为层面未发现组别与时间的交互，但个体的基线行为表现显著调节了iTBS效果：在iTBS组中，3-back基线RT越慢的个体，刺激后RT改善越大(β=0.56, p<0.001)，这一基线变化关系在对照组不存在(β=-0.08, p=0.923)，组别×基线交互显著(p=0.016)(图6)。这提示个体化iTBS可能存在基于基线能力的补偿性调节特征，使得基线认知效率较低的个体获益更多。

图6：(a) 刺激前后N-back任务认知表现（ACC、RT）小提琴图；(b) 基线认知水平可预测刺激后的提升幅度；ACC：准确率（%）；RT：反应时（ms）。

本研究从多层次神经影像角度揭示了个体化iTBS的神经调控机制：在局部水平，iTBS增强靶点与突显网络核心节点（脑岛）的功能耦合；在网络水平，iTBS抑制DMN内部及DMN-FPN间的功能连接，促进认知控制网络与默认模式网络的功能分离；在系统水平，这些神经调控效应与认知表现的提升存在一定的相关性，且呈现显著的基线依赖性补偿特征。

这些发现表明，个体化iTBS并非仅产生局部皮层兴奋性改变，而是通过分布式神经网络重整优化大脑应对高认知负荷的能力。研究为发展基于神经特征的个体化认知干预提供了重要理论依据，也为理解非侵入性脑刺激的效果异质性提供了新视角。

深圳大学心理学院为本论文的第一完成单位，张浩波副教授为论文的通讯作者，课题组硕士研究生范少霞（已毕业，现为德国汉堡大学博士生）为论文的第一作者，课题组硕士研究生张佳、吴钧莹，杭州师范大学臧玉峰教授、岳娟博士、深圳大学总医院神经外科张星星、深圳大学心理学院关青教授、北京师范大学罗跃嘉教授、以及深圳大学心理学院张剑锋助理教授为本研究做出了重要贡献。本研究受到深圳大学青年教师科研启动经费、国家自然科学基金、深港脑科学创新研究院、科技创新2030"脑科学与类脑研究"重大项目、以及国家社会科学基金重大项目等项目的支持。感谢深圳大学脑成像中心老师的帮助。

Fan, S., Zhang, J., Wu, J., Zang, Y., Yue, J., Zhang, X., Guan, Q., Luo, Y., Zhang, J., & Zhang, H. (2026). Individualized single-session iTBS modulates functional networks and neural activation to predict cognitive gain. NeuroImage, 334, 121968. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121968