腦功能區手術對每位神經外科醫師都是一項挑戰，為在保護神經功能的前提下最大程度地切除病變組織，術前對功能區的精準定位必不可少。1985年Barker等研發經顱磁刺激(TMS)技術，這項電生理技術可以無創性刺激大腦皮質。但最初的TMS並不能精確定位，隨著神經導航系統與TMS的結合，大大提高TMS的準確性，使得TMS可以在實時直視刺激位點的狀態下完成。
進一步的研究表明，通過使用特定的刺激頻率及刺激模式，可以完成運動以及語言功能區的精確定位，自此，這項技術在神經外科領域得到廣泛的應用。
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TMS電容器內的電荷迅速釋放後產生的電流通過刺激線圈，產生磁力線，磁力線無衰減地透過顱骨，產生潛在的電場，此電場使得位於其內的電荷產生移動，形成局部電流。TMS誘發的局部電流可引起沿軸突傳播的電位改變，而神經元的細胞膜對這一改變十分敏感，在足夠的刺激強度和合適的電場方向下，TMS可以誘發神經元的興奮或擾亂神經元的正常電生理活動。
在神經外科領域中，常用的線圈類型為8字形線圈，其產生的有效電場範圍聚焦性良好，線圈中點為場強峰值點，選擇個體化的強度、頻率並結合神經導航系統定位，可以精確地完成神經功能定位。
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神經外科術前功能區定位技術需要有良好的準確性以及可重複性。在應用神經導航系統之前，對線圈放置位置的選擇大多是依靠解剖學標誌來進行的，然而研究證實：按照解剖學標誌定位的中央溝與其真實位置存在1.5~2.0 cm的變異，而這種差異可能會直接決定病人的功能預後。因此，單純依靠解剖學標誌放置TMS線圈是不精確的。無框架神經導航系統與TMS的有機結合，使得TMS定位的精準度得到提升。
通過將無框架參考架固定於受試者頭部，追蹤器與磁刺激線圈的固定以及註冊病人MRI信息等簡單步驟，可以完成導航引導實時可視狀態下的TMS，即導航經顱磁刺激(navigated transcranial magnetic stimulation，nTMS)。導航系統的引入解決線圈放置位置的精確性問題，極大地促進其在神經外科的臨床應用。
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對於功能區手術而言，術前充分評估功能區的位置非常重要。nTMS技術是以興奮或擾亂神經元電活動為基礎，使用聚焦度較高的8字形線圈，通過個體化刺激參數的設定以及導航系統的輔助，能夠實現對大腦皮質的點刺激。nTMS目前僅用於皮質功能定位，因此在開顱手術開始時，由於腦漂移造成的移位對其影響較小，並且nTMS定位的皮質位點亦可以通過對皮質溝回的識別在術中進行定位。近年來，nTMS開始應用於術前功能區定位，並且取得滿意的結果。
3.1運動功能區定位
TMS自1985年開始一直被廣泛地應用於研究運動通路系統。單脈衝nTMS可以在大腦皮質產生局部電流，引起運動神經元興奮，並引起該皮質所支配肌肉的收縮。通過記錄相應部位的肌電活動就能夠精確測繪出運動皮質的分布。nTMS不需要受試者的主動參與，僅需要受試者儘量放鬆，因此不會受到受試者主動參與時所引發的混雜因素的幹擾，目前能夠完成上肢、下肢、面部等主要肌群的定位，並且展現出良好的可信性。
研究表明：nTMS同目前功能區定位的金標準即直接皮質電刺激(direct cortical stimulation，DCS)相比，具有較高的一致性，較經典的運動功能磁共振準確性更高，因此被認為具有很高的臨床應用價值，並且nTMS在術前精確定位運動功能區的應用改變神經外科醫師對病變及其周圍功能區的認識，而使得一些位於運動功能區的低級別膠質瘤得到早期的切除和治療，並且最大程度地保留病人的神經功能。更進一步，nTMS運動區定位的可重複性研究也證實，nTMS具有良好的重測信度，因此成為神經外科術前運動功能區定位的可靠手段。
就應用範圍而言，nTMS較傳統的術前功能區定位技術更加廣泛，有報導將其用於3歲兒童術前運動功能區的定位，並且還可以用於癱瘓、鎮靜狀態以及認知障礙不能充分合作的病人，這些是以任務為基礎的傳統功能成像方法無法做到的，以上充分說明nTMS適應人群的廣泛性。目前nTMS在術前運動功能區定位已有廣泛的應用，並取得滿意效果。
3.2語言功能區定位
學者們初期探索TMS在語言功能的應用主要集中在腦卒中後失語的治療等康復領域。直到1991年Pascual-Leone等在癲癇病人中使用重複經顱磁刺激(repetitivetran scranial magnetic stimulation，rTMS)誘發出言語停滯，開啟了應用rTMS研究腦語言功能的大門。早期的研究大多使用高頻rTMS來誘發言語錯誤，但很多受試者對高頻rTMS的耐受性很差，不能忍受磁刺激對顳肌以及周圍神經的刺激引起的肌肉收縮、疼痛、腺體分泌，並且高頻rTMS具有誘發癲癇的風險，因此應用受到極大的限制。
Epstein等發現低頻(4~5Hz)rTMS與高頻(15~30Hz)在擾亂言語功能上具有相同的效果，這一發現促進rTMS對語言功能的研究。隨著導航系統的應用，rTMS的精確定位可進一步實現。2012年，Lioumis等應用導航引導下rTMS對語言功能區的精準定位進行探索。在定位過程中，受試者執行圖片命名任務，在圖片出現後300ms，給予受試者5~7Hz、持續2s的刺激序列，並用錄像系統記錄受試者在圖片命名過程中出現不同類型的語言錯誤。
在使用nTMS時，強度的選擇應依據每個受試者運動皮質的運動誘發電位，刺激頻率的選擇應該先使用5Hz的頻率刺激中央前回腹側以及額葉島蓋部，當出現明顯的語言錯誤時則可使用該強度和頻率，如果沒有明顯的語言錯誤，則可提高強度和頻率直到能夠有效誘發出語言錯誤，再使用該刺激參數刺激其他腦區。一般將刺激頻率控制在5~10Hz之間，既能夠達到誘發語言錯誤的效果且不會引起明顯的副作用。
隨後多個研究團隊使用類似的方法或經由一定程度的修改後對語言區進行定位，並進一步比較nTMS同fMRI以及DCS等經典技術方法的差別。研究結果提示：同DCS相比較，nTMS敏感性達90.2%，而特異性只有23.8%，雖然各研究團隊的結果不盡相同，但綜合來看，nTMS應用於術前語言功能區定位還不是很成熟，仍然需要在刺激條件以及任務選擇方面進行改善，以進一步提高其可信性，拓展其在神經外科領域的應用。
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nTMS行功能區定位的安全性已經過充分的驗證，單脈衝TMS安全性高。但rTMS副作用超過單脈衝TMS，主要包括頭痛、微血管改變、癲癇、聽力改變等，這些副作用的發生可能與刺激的頻率和強度相關。其中癲癇發作是一類比較嚴重的副作用，未見單脈衝TMS在正常志願者中誘發癲癇的報導，僅有少數腦部疾病病人在單脈衝TMS下誘發癲癇。
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腦功能區手術不僅需要進行全面的術前評估，對術中以及術後功能區狀態的評估也是至關重要的。只有多方面深入了解功能區狀態，才能在保護神經功能與最大程度切除病變組織的博弈中為病人爭取更多的利益。目前nTMS在術前語言功能定位中的效果較差。作者分析其原因，可能是由於語言是一個複雜的網絡系統，存在皮質間、半球內、半球間的廣泛聯繫，不能排除由於某一皮質擾亂後通過突觸興奮或突觸抑制作用於其上遊或下遊的神經網絡而引起語言錯誤。
同時，在分析nTMS同DCS之間的關係時，受試者群體僅為病人，而病人本身因病變原因可引起認知、語言等一系列障礙，增加nTMS的假陽性率。將來可以通過進一步改善nTMS在語言區定位的刺激頻率和強度，並通過腦區相關性任務來提高nTMS在語言區定位的準確性。術中定位功能區最常用的技術是皮質電刺激技術，其操作難度大，具有很高的風險。
目前的研究結果提示：同DCS相比，nTMS具有極高的真陰性率，尤其是在Broca區能夠達到100%，因此是否能夠通過進一步提高nTMS在其他腦區的真陰性率，以真陰性點為邊界進行手術切除，降低手術風險及術後功能缺失，替代術中DCS技術將會是nTMS今後的研究重點。
大多數臨床醫師對病人術後功能的恢復情況往往只注重病人的宏觀表現，而並沒有深入探究術後功能區隨病人功能狀態恢復的變化情況。通過nTMS，病人術後功能區的保留以及重塑情況將會得到進一步的研究。深入了解重塑機制，有助於神經外科醫師更好地理解手術方式、切除範圍並評估病人預後。
綜上，通過進一步的研究和優化，nTMS技術將不僅發揮術前功能區定位的作用，還可以在制定手術策略、術後功能隨訪等過程中發揮重要作用，值得臨床進一步推廣應用。