Механизмы стимуляции периферической нервной системы с помощью магнитной катушки

Мы измерили распределение электрических полей, индуцированных внутри изотропных и анизотропных объёмных проводников круглыми магнитными катушками и катушками в форме восьмёрки. При различных ориентациях магнитной катушки максимальная напряжённость электрического поля отмечалась параллельно внутренней поверхности объёмного проводника. Затем предсказания физических моделей, приблизительно описывающих предплечье человека и позвоночный столб, проверили с помощью стимуляции магнитной катушкой дистального отдела срединного нерва на уровне запястья и нервных корешков в области шейного отдела позвоночника соответственно. Подтвердились следующие предсказания: (1) периферический нерв легче всего возбуждается круглой магнитной катушкой, расположенной краем по касательной к нерву, при этом индуцированный ток направлен параллельно продольной оси нерва. Следовательно, периферический нерв возбуждается хуже всего, когда его продольная ось геометрически делит круглую катушку пополам. (2) Возбуждение периферического нерва, вероятнее всего, происходит в участках, соответствующих первой пространственной производной электрического поля, то есть там, где электрическое поле наиболее быстро изменяется на протяжении небольшого расстояния. Для катушки в форме восьмёрки такой участок расположен дистальнее, если переднее расхождение места соединения катушки направлено дистально. (3) Нервные корешки возбуждаются в участке с низким порогом и относительно постоянной латентностью. Вероятнее всего, этот участок соответствует области межпозвонковых отверстий, где индуцированное электрическое поле наиболее интенсивно, а первые пространственные производные достигают максимальных значений. Напротив, низкое значение первой производной вдоль продольной оси позвоночного канала указывает на малую вероятность возбуждения длинных проводящих путей спинного мозга с помощью имеющихся в продаже магнитных катушек. Наше исследование также показывает, что при внутричерепной стимуляции лицевого нерва возбуждение происходит в определённом участке с низким порогом, что, вероятно, отражает фокусировку индуцированного тока.