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经颅磁刺激在睡眠和失眠治疗中的应用综述

一个修正本文发表于2021年2月19日

本文已被更新

摘要

重复经颅磁刺激(rTMS)是美国食品和药物管理局批准的一种神经调节技术,用于治疗难治性重度抑郁症。它的工作原理是产生局部磁场,在头皮下方几厘米处的神经元中产生去极化电流。这种局部效应被认为可以刺激神经可塑性,激活代偿过程,并影响皮层兴奋性。此外,rTMS已用于各种神经和精神疾病的临床试验,如焦虑、创伤后应激障碍和癫痫。在这些试验中记录了对睡眠参数的有益影响,以及在重度抑郁症中,并引起了在睡眠医学领域使用rTMS治疗特定疾病的兴趣,如失眠、嗜睡症和不宁腿综合征。目前尚不清楚rTMS应用于原发性睡眠障碍时是否具有内在有益的特性,或者它仅通过情绪障碍对睡眠起作用。这篇叙述性综述试图检查有关rTMS应用于睡眠障碍的现有文献,以确定知识差距,并为未来的研究设计提供信息。这方面的文献仍然很少,关于rTMS和失眠的随机临床试验很少。现有的研究发现了不同的结果,一些研究报告了主观的睡眠改善,而客观的改善则不那么一致。由于结果的异质性和rTMS方案的变化,尚未得出明确的结论,这表明需要进一步的研究。

简介

经颅磁刺激(TMS)是一种相对新颖的治疗各种神经精神疾病的方法。这种非侵入性手术产生磁场,产生电流来去极化神经元,并调节头皮以下几厘米局部皮层区域的神经元活动(Valero-cabré等。2017).重复性经颅磁刺激(rTMS)被美国食品和药物管理局批准用于治疗难治性重度抑郁症(MDD) (Berlim et al。2013年,一个;Berlim等人。2014;菲茨杰拉德等人。2012;Ray等人。2011;乔治等人。2010;O 'Reardon等人。2007)(见图。1)和自2018年以来强迫症(Carmi et al。2019;Carmi等人。2018;Berlim等人。2013 b).此外,它已被证明在其他多种情况下有潜在的好处,包括焦虑(Rodrigues等。2019;Cirillo等人。2019)、创伤后应激障碍(Kozel et al.;2018;沃茨等人。2012;Karsen等人。2014;艾哈迈迪扎德和雷扎伊2018)和纤维肌痛(Boyer et al。2014;Passard等人。2007;Mhalla等。2011).

图1
图1

rTMS——一种非侵入性疗法,在头皮上施加磁场,在脑组织中产生电流,以调节局部皮层区域的神经元活动

rTMS具有良好的耐受性。最常见的不良反应包括头皮不适/疼痛、面部肌肉抽搐和头痛(O 'Reardon等。2007).罕见的不良反应包括癫痫发作、轻度躁狂(Rossi等。2009).一般来说,建议有起搏器和癫痫病史的患者谨慎使用(Valero-cabré等。2017;罗西等人。2009).绝对禁忌症包括头部靠近机器线圈的金属材料,如人工耳蜗植入物(Valero-cabré等。2017;罗西等人。2009).

睡眠障碍在普通人群中很常见(Ohayon2011以及重度抑郁症(Ohayon)患者2011;墨菲和彼得森2015).一些研究已经报道了各种情况下的rTMS通过主观测量改善了睡眠质量(van Dijk et al。2009;Sánchez-Escandón等。2016),即使是那些实际情绪障碍没有改善的人(Sonmez et al。2020);因此,最近有人提出rTMS可能对睡眠有内在的积极影响,而不是应用于重度抑郁症(Sonmez et al.)。2020).神经影像学研究发现,慢性原发性失眠症患者经常表现出皮质过度兴奋(Van Der Werf et al.)。2010;Lanza等人。2015).研究表明,慢性失眠具有特定的病理生理特征,与其他睡眠障碍状态(如间歇性睡眠剥夺)不同,其中高唤醒是一个核心特征(Riemann et al。2015;黎曼等人。2010).尽管如此,健康个体的睡眠剥夺已被证明能促进皮层兴奋性的增加(Kreuzer等人)。2011;Civardi等人。2001).

rTMS可作为研究神经元网络的映射工具,用于术前规划和诊断目的(Valero-cabré等。2017),并检查大脑皮层功能(Valero-cabré等人。2017;纳酮等。2013).此外,神经病学和精神病学社区最近也在探索其对不同睡眠病理(如失眠)的治疗潜力(Feng et al。2019)、夜磨牙症(Zhou et al.;2016)和不宁腿综合征(Lin et al。2015).迄今为止,rTMS被认为影响睡眠的确切机制尚未得到充分解释。

据信,rTMS利用神经元的可塑性来调节代偿性大脑过程(Valero-cabré等。2017),并已被证明可以通过背外侧前额叶皮层(DLPFC)调节MDD患者皮层状态的改变(Berlim et al.。2013年,一个;乔治等人。2010).因此,理论上,rTMS可以使患有睡眠疾病的患者受益,如失眠、阻塞性睡眠呼吸暂停和不宁腿综合征,这些疾病已被证明改变了皮层特征(Lanza et al.)。2015).rTMS还被发现通过增加慢波活动来影响睡眠及其效果(Huber等人)。2007)和减少睡眠剥夺对记忆的影响(Luber et al。2013).在这篇综述中,我们检查了目前对rTMS治疗用于睡眠障碍的科学理解,重点是失眠,并讨论了各种研究的结果。

方法

我们于2019年10月31日在PubMed上进行了文献检索,关键词为“经颅磁刺激”、“睡眠”、“睡眠障碍”和“失眠”。Scopus和谷歌Scholar数据库也被搜索了,但没有得到更多的参考文献。我们的纳入标准是关于睡眠病理治疗应用的研究,包括开放标签和随机对照试验。将TMS用于诊断、神经作图、病理生理分析或动物研究的研究排除在外。数字2说明这些标准和我们的搜索结果。在PubMed中使用MeSH进行搜索的一个例子是:(“经颅磁刺激”[MeSH])和(“经颅磁刺激/治疗使用”[MeSH])和(“经颅磁刺激/治疗”[MeSH])或(“睡眠障碍”[MeSH])或(“睡眠启动和维持障碍”[MeSH])或(“睡眠”[MeSH])或(“睡眠”[MeSH])或(“内在睡眠障碍”[MeSH])。我们提取了样本量、刺激位置、TMS参数(频率、运动阈值)、治疗持续时间、同时用药、使用的评分量表以及主观和客观结果等信息。

图2
图2

回顾研究的流程图

结果

共有680个搜索结果被筛选,其中20项研究被选择纳入和分析。表格1总结了主要的15项研究,而另外5项研究在整个综述中进行了讨论。表中主要的15项研究110个是开放标签的,5个是随机的。各种刺激位置、频率、运动阈值和治疗持续时间被发现。对于结果,大多数研究采用了主观(问卷)和客观(PSG,活动记录仪,生物学)测量的结合。

表1入选研究总结

刺激频率和运动阈值

广义上,rTMS可分为高频和低频两种剂量。高频(HF)被认为是高于1hz的任何频率,更典型的设置为~ 10hz。HF已被证明对额叶皮层有兴奋性作用,通常用于重度抑郁症(Valero-cabré等。2017;哈雷特1910;的话2013;Lefaucheur等人。2014).另一方面,低频(LF) rTMS包括频率1hz及以下。LF rTMS,当连续使用时,被认为是抑制性的(Valero-cabré等。2017;Chen等。1997;Romero等人。2002).其中6项研究使用高频刺激,8项使用低频刺激,1项使用高频和低频混合刺激。

静息运动阈值(MT)是另一个重要的rTMS参数,是产生运动诱发电位以引起肌肉运动所需的最小刺激量。肌肉运动通常通过手部肌肉或拇短外展肌(拇指)的抽搐来直观观察,并指示每个患者所需的rTMS刺激神经元的效果。纳入的研究使用了80 - 120% MT的刺激强度。对于MDD,通常使用120% MT的刺激强度。

频率和位置的影响

一些神经和精神疾病已被发现显示特征性的皮层兴奋性障碍。在重度抑郁症中,前额皮质的活动减弱是常见的(Kimbrell等。2002;梅贝格2003).相反,慢性失眠通常表现为皮层兴奋性增加(Van Der Werf et al.)。2010;Lanza等人。2015).

而rTMS频率对临床结果的重要性一直是研究的主题,结果各异(Lefaucheur et al。2014),原发性失眠症是一种已知表现为皮层过度兴奋的疾病(Lanza et al.)。2015;黎曼等人。2015),可以受益于一种被认为是抑制性质的lf连续刺激方案(Valero-cabré等。2017;Chen等。1997;Romero等人。2002).有趣的是,最近一项对抑郁青少年使用兴奋性心衰rTMS的研究发现,嗜睡症状明显改善,而失眠症状没有改善(Sonmez et al。2020).这些发现可能反映了兴奋性心衰rTMS对嗜睡症患者潜在的活动不足的皮层的影响,这种影响可能在另一项研究中看到(Lai et al。2017).与失眠症患者相反,他们的皮层可能已经过度活跃,心衰治疗可能无法改善睡眠。此外,上述最近的研究还发现了初步证据,表明rTMS对睡眠具有看似积极的内在影响,而不依赖于其抗抑郁作用(Sonmez et al.)。2020).

然而,最近的一项研究表明,rTMS对皮层区域的影响可能更多地与每个区域的功能整合有关,而不是频率设置(Castrillon et al。2019).在一项研究中,1hz的rTMS被应用于患者的额叶和枕叶皮质,其调节效果不同。当使用1hz的rTMS时,枕皮质被局部抑制,而额叶皮层在相同的1hz刺激下表现出矛盾的抑制下降。因此,这项最近的研究强调了我们目前对rTMS频率如何工作的理解的不一致性,并表明需要进一步的研究来调查是否有更复杂的潜在机制。此外,枕部刺激增加了局部和远端区域的功能连通性,而额部刺激则降低了这种功能连通性。

rTMS对睡眠的影响也在两项独立的研究中研究了帕金森病(van Dijk et al。2009;Antczak等人。2011),这两种方法都将高频作用于运动皮层或顶叶皮层。这两项研究都通过主观和客观的方法发现了睡眠的改善。然而,其中一项研究发现,多导睡眠描图(PSG)研究中看到的改善可能是帕金森病夜间运动症状改善的结果,而不是对睡眠本身的实际影响(Antczak et al.)。2011).另一项研究没有发现运动症状的变化,但发现如果将rTMS应用于顶叶皮层,活动记录仪记录有所改善(van Dijk等。2009).这两项研究使用了不同的问卷和测量技术,这可以解释相互矛盾的结果(Antczak et al。2011).这些睡眠研究的异质结果表明,rTMS的影响是复杂的,由于rTMS设置、目标大脑区域以及潜在的神经系统状况的变化。

睡眠测量结果

几乎所有的研究都显示主观或自我报告的睡眠测量都有所改善。匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)是我们回顾的研究中最常用的问卷之一,报告在大多数情况下,结果都有中度或显著改善。Epworth嗜睡量表(ESS)和失眠严重程度指数(ISI)也报告了类似的结果。患者的偏见(例如,睡眠问题的心理成分)可能在多大程度上影响了这些看似积极的结果,这是未知的,因为患者调查报告可能不准确。研究还检查了PSG和活动记录仪等客观数据。

其他研究检查了rTMS对癫痫或重度抑郁症等不同疾病的影响。在一项癫痫研究中,患者在癫痫活动最高的区域接受低频rTMS治疗,通过问卷调查和PSG参数发现睡眠改善(Sánchez-Escandón等。2016).另一项针对重度抑郁症患者的rTMS研究使用了PSQI和活动记录仪,结果喜忧参半。虽然rTMS治疗后的PSQI问卷显示改善,但活动记录仪结果显示没有明显的睡眠变化(Nishida等。2017).

最近的一项系统综述检查了rTMS和假刺激的结果,分析了9项选定研究中PSQI的汇总效应大小(Jiang等。2019).研究发现,rTMS可显著改善PSQI评分,在30天的治疗方案中评分变化最大。然而,假刺激的结果也很可观,73.5%的主动rTMS效果是由假rTMS产生的。这就提出了一个问题:这种改善真的是由于rTMS的作用,还是安慰剂效应的影响更大。在慢性失眠症(一种具有强烈心理成分的疾病)中,患者可能相信他们的睡眠会因为参与试验而改善,这似乎很有道理。这种安慰剂效应可以用一种正反馈机制来解释,这种机制已经在至少一个其他实例中提出(Huang等人)。2018).

一项关于rTMS对帕金森病患者睡眠影响的假对照试验也显示,在主观问卷(即帕金森病睡眠量表、汉密尔顿抑郁量表、统一帕金森病评分量表)上,安慰剂相关的显著改善,积极刺激组和虚假刺激组的睡眠改善相同(Arias等)。2010).有趣的是,在本试验中,rTMS显示活动记录仪参数没有变化,这表明与客观测量相比,主观测量通常可以产生积极的结果。

另一项虚假对照试验也有类似的结果,采用rTMS联合针灸治疗慢性失眠,同时使用主观(PSQI、ISI、睡眠日记)和客观(活动记录仪)数据(Zhang等人)。2018).在本试验中,积极组和假手术组都报告了主观指标的改善,但积极组的改善更为显著。类似于先前的帕金森试验(Arias et al。2010),本研究中的客观活动数据显示组间无差异,这再次表明rTMS试验似乎比客观试验有更好的主观治疗结果(Zhang等。2018).

相比之下,第三项假对照研究测量了rTMS对药物戒断患者的睡眠和情绪的影响,没有发现安慰剂效应的证据,在主动和假rTMS之间有明显的差异(Lin et al。2019).然而,虽然这项研究有积极的PSQI变化,但在rTMS组只有温和的积极影响。此外,它对因药物戒断而出现抑郁和焦虑症状的患者使用HF rTMS,因此很难评估有多少睡眠变化是由rTMS对睡眠的内在影响与经历的情绪改善造成的。

我们检查的第四项也是最后一项假对照研究涉及在广泛性焦虑障碍伴失眠患者的顶叶皮层使用LF rTMS,同时测量汉密尔顿焦虑评分量表(HRSA)和PSQI (Huang等)。2018).在这项试验中,PSQI在主动rTMS中得到改善,但在虚假刺激中没有,这使其成为第二个没有明显安慰剂效应的虚假对照试验的例子。此外,HRSA焦虑评分的改善与PSQI评分之间存在正相关,这可能表明睡眠改善与焦虑改善有关。有人质疑在失眠和焦虑中所看到的改善是否是独立的,rTMS是否真的对睡眠有内在的作用(Rosenquist和McCall)2019).由于焦虑障碍和失眠经常同时出现,两者之间的改善相关性可能是合理的。

生物测量结果

在一项对原发性失眠症患者的研究中(Feng et al。2019),血清中γ-氨基丁酸(GABA)神经递质水平和脑源性神经营养因子(BDNF)水平被作为睡眠的客观指标,其水平越高,睡眠调节越好(Datta et al.)。2015;戈特斯曼2002).运动诱发电位(MEP)也被测量以反映皮层兴奋性。rTMS后的结果分析发现血清GABA和BDNF水平升高,运动诱发电位降低,表明皮层兴奋性降低,PSQI量表改善。这项研究发现,PSQI评分较低(改善)的患者BDNF和GABA水平较高。冯等。2019

在另一项研究中,rTMS与慢性失眠症的药物治疗和认知行为疗法进行了比较(Jiang等。2013).他们进行了PSG和PSQI评估,以及皮质醇、促肾上腺皮质激素、促甲状腺激素和T4/T3水平的测量(Jiang等。2013).研究结果表明,与药物治疗组和认知行为治疗组相比,接受rTMS治疗的个体在PSQI和激素水平方面有更大的改善。然而,基于PSG结果,rTMS仅在第3阶段和快速眼动睡眠中显示出优越的改善。总的来说,这项研究发现PSG参数最大的改善是在药物治疗组。

结合PSG和问卷调查,两项研究使用脑电图(EEG)来检查患有慢性失眠的患者的异常情况(Sánchez-Escandón等。2014;宋等人。2019).脑电图记录在rTMS前后进行比较。在一项研究中,rTMS治疗后脑电图异常频率降低,而睡眠效率和总睡眠时间的PSG参数显著改善(Sánchez-Escandón等。2014).在另一项研究中,与健康对照组相比,失眠患者的脑电图记录显示大脑区域过度活跃或活动不足(Song et al.)。2019).经rTMS治疗后,这些区域的脑电图数据显示有中度改善,恢复到正常活动水平。此外,本研究中使用的问卷(PSQI, ISI, ESS)也显示了评分的提高。

讨论

这项综述发现了rTMS对睡眠障碍潜在影响的有趣证据。虽然许多研究一致发现rTMS后主观睡眠改善,但客观睡眠改善不太一致(见表2)1选定研究摘要)。只有少数研究是假对照(见表1及补充表S1)来解释安慰剂效应。在假对照研究中,一些研究确实显示了rTMS的强烈安慰剂效应(Jiang et al。2019;阿里亚斯等人。2010),而在其他研究中安慰剂效应很小(Huang et al.;2018;Lin等人。2019).总体而言,研究显示了研究特征和结果的变异性,大多数研究应用低频rTMS靶向DLPFC或顶叶皮层。

近期研究的局限性

这项研究有几个局限性。首先,关于rTMS和睡眠的研究很少。在应用排除标准后,只有少数研究被发现。这可能是因为rTMS在睡眠中的应用还很新颖,还有更多的工作要做。

其次,大多数研究都不是假对照,这可能解释了一些研究中显著的安慰剂效应(Jiang等。2019;阿里亚斯等人。2010;Zhang等。2018).只有5项研究在对照组中采用了假刺激(Huang et al.;2018;阿里亚斯等人。2010;Zhang等。2018;Lin等人。2019;Rosenquist等人。2013).

第三,近期大量研究的样本量较小(总入选研究中有8项患者少于30例)。此外,试验应努力控制药物的使用,以避免干扰结果。最后,研究应旨在采用某种形式的客观测量来评估主观改善是否主要是患者期望的结果。

此外,在以往的rTMS研究中,一个已知的现象是结果的可变性和缺乏协议标准化。对纳入研究的分析表明,大脑面积、频率、治疗持续时间和药物状态是如何变化的。补充表S1,假对照研究被分组进行进一步比较,并证明研究的异质性。

未来的发展方向

rTMS频率和调节效应的最新发现挑战了LF是抑制性和HF是兴奋性的旧范式(Castrillon等。2019).由于与整个神经网络的功能整合,不同的大脑位置可能对相同的rTMS频率有不同的反应。这方面还需要更多的研究。

在最近的一项关于MDD的研究中,一种新型的rTMS治疗模式与间歇性theta-burst刺激(TBS)产生了更好的结果(Cole et al。2019).TBS是一种相对较新的rTMS协议模式,在这种模式中,磁脉冲在突发中应用,其优点是将完成TMS会话的时间从大约30-40分钟缩短到3分钟,结果不差(Blumberger等。2018;Bakker等人。2015).这项研究采用了一种新的方案,包括每天多次,增加刺激脉冲剂量,以及将左侧DLPFC引导到膝下前扣带皮层回路。这种新的rTMS TBS方案导致90%的患者达到MDD缓解标准(Cole等。2019).

在MDD中增加TBS rTMS的使用可以为睡眠的频率和调节效应提供新的见解(Cole等。2019).事实上,先前的经颅磁刺激研究表明,在进一步的治疗过程中,最初无反应的情况有所改善——在较高的经颅磁刺激总累积次数后,治疗效果更大、更持久(Yip et al。2017;Valero-Cabré等。2008).据我们所知,TBS rTMS在失眠和睡眠中的应用还没有报道,这可能是一种值得在未来几年探索的方法。我们从理论上认为,使用连续TBS可能是有益的,这是一种theta脉冲传输模式,其中脉冲序列连续传输超过40秒,并且被认为可以降低皮层区域的皮层兴奋性长达50分钟(Huang等。2005;Wischnewski和Schutter2015).由于皮质兴奋性可能是原发性失眠症的一个特征,我们认为连续TBS可能具有抑制作用,应在假性对照试验中对原发性失眠症进行研究。

在先前对原发性失眠症的研究中,两个主要感兴趣的皮质区域是DLPFC (Feng等人)。2019;Jiang等。2013)和顶叶皮层(Huang etal。2018;李等人。2014),它们是试验设计的良好初始焦点,因为到目前为止,它们似乎在应用于失眠的经颅磁刺激中得到了广泛的研究,并且如本综述所见,在先前的试验中有积极的结果。然而,随着睡眠医学科学的发展,其他皮质区域或神经回路可能会随着时间的推移成为可行的治疗目标,需要更多的研究。对于除原发性失眠症以外的睡眠病理,可能会使用不同的大脑区域,并且根据每种病理的特定病理生理学,探索其他rTMS设置(例如,频率)也可能是一种选择。

关于未来失眠试验的最佳特征,我们建议使用随机假对照试验,既有主观成分(即问卷调查),也有客观成分(即多导睡眠描记仪或活动描记仪),以明确所感知的rTMS睡眠改善是否只是由于患者主观偏见。如前所述,假对照研究显示了异质性结果;一些研究显示出强烈的安慰剂效应(Jiang等。2019;阿里亚斯等人。2010),而其他的则不那么明显(Huang et al。2018;Lin等人。2019).由于这些发现,使用假刺激来解释任何可能的安慰剂效应将是很重要的。假对照研究与客观措施改善研究的比较,见补充表S1而且S2,分别。根据我们的回顾,我们发现同时使用主观和客观测量方法的研究显示,客观测量方法几乎没有变化,而主观测量方法报告的睡眠改善更一致(Nishida et al.)。2017;阿里亚斯等人。2010;Zhang等。2018;Jiang等。2013).rTMS是否对失眠和睡眠有内在的积极影响,这是客观测量所证明的问题,是我们对进一步研究的兴趣所在。

结论

总之,经颅磁刺激是一个快速发展的领域,作为各种神经和精神疾病的治疗具有巨大的潜力。我们对rTMS和失眠的综述发现了不同的结果,大多数研究显示主观睡眠改善,而只有少数研究显示客观睡眠改善。一些研究中安慰剂效应的存在,有力地证明了在未来的试验中需要假对照。然而,我们的综述显示了rTMS在失眠以及未来其他睡眠障碍方面的潜在应用。目前,仍有许多研究有待完成,以研究特定睡眠条件下的最佳模式、大脑目标和治疗方法。

数据和材料的可用性

不适用。

改变历史

缩写

ACTH:

促肾上腺皮质激素

AIS:

雅典失眠量表

BDI:

贝克抑郁量表

脑源性神经营养因子:

脑源性神经营养因子

BZN:

苯二氮平类药物

CDRS-R:

儿童抑郁评定量表-修订

CGI:

临床整体印象

DLPFC:

背外侧前额叶皮层

脑电图:

脑电图

ESS:

爱普沃斯嗜睡量表

GABA:

氨基丁酸

HAMD:

汉密尔顿抑郁量表

使用hdr拍摄:

汉密尔顿抑郁评定量表

HDS:

汉密尔顿抑郁量表

HRSA:

汉密尔顿焦虑量表

IDS-SR:

抑郁症状清单-自我报告

ISI:

失眠严重程度指数

议员:

运动诱发电位

MT:

运动阈值

N / A:

不适用

pds:

帕金森病睡眠量表

PSG:

多导睡眠描记术

PSQI:

匹兹堡睡眠质量指数

QIDS-A17-SR:

抑郁症状快速清单-青少年(17项)-自我报告

QOLIE-31:

癫痫患者生活质量调查

情景应用程序:

焦虑自评量表

SDS:

抑郁自评量表

SSRI:

选择性血清素再摄取抑制剂

TSH:

促甲状腺激素

经颅磁刺激:

经颅磁刺激

UPDRS:

统一帕金森病评定量表

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RO进行了文献检索。RO和JC参与了本综述的概念、分析和解释。所有作者都参与了这篇文章的写作、修改和最终批准。

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不适用。

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不适用。

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Oroz, R., Kung, S., Croarkin,体育et al。经颅磁刺激在睡眠和失眠治疗中的应用综述。睡眠科学实践5, 3(2021)。https://doi.org/10.1186/s41606-020-00057-9

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  • 经颅磁刺激
  • 失眠
  • 睡眠障碍
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