Low-intensity transcranial focused ultrasound stimulation (TUS) is a novel technique for noninvasive brain stimulation (NIBS). TUS delivered in a theta (5 Hz) burst pattern (tbTUS) induces plasticity in the human primary motor cortex (M1) for 30–60 min, showing promise for therapeutic development. Metaplasticity refers to activity-dependent changes in neural functions governing synaptic plasticity; depotentiation is the reversal of long-term potentiation (LTP) by a subsequent protocol with no effect alone. Metaplasticity can enhance plasticity induction and clinical efficacy of NIBS protocols. In our study, we compared four NIBS protocol combinations to investigate metaplasticity on tbTUS in humans of either sex. We delivered four interventions: (1) sham continuous theta burst stimulation with 150 pulses (cTBS150) followed by real tbTUS (tbTUS only), (2) real cTBS150 followed by sham tbTUS (cTBS only), (3) real cTBS150 followed by real tbTUS (metaplasticity), and (4) real tbTUS followed by real cTBS150 (depotentiation). We measured motor-evoked potential amplitude, short-interval intracortical inhibition, long-interval intracortical inhibition, intracortical facilitation (ICF), and short-interval intracortical facilitation before and up to 90 min after plasticity intervention. Plasticity effects lasted at least 60 min longer when tbTUS was primed with cTBS150 compared with tbTUS alone. Plasticity was abolished when cTBS150 was delivered after tbTUS. cTBS150 alone had no significant effect. No changes in M1 intracortical circuits were observed. Plasticity induction by tbTUS can be modified in manners consistent with homeostatic metaplasticity and depotentiation. This substantiates evidence that tbTUS induces LTP-like processes and suggests that metaplasticity can be harnessed in the therapeutic development of TUS.

低强度经颅聚焦超声刺激 （TUS） 是一种用于无创脑刺激 （NIBS） 的新技术。以 θ （5 Hz） 爆发模式 （tbTUS） 递送的 TUS 在人体初级运动皮层 （M1） 中诱导可塑性 30-60 分钟，显示出治疗开发的前景。化可塑性是指控制突触可塑性的神经功能的活动依赖性变化;depotentiation 是后续方案对长时程增强 （LTP） 的逆转，单独没有效果。化塑性可以增强 NIBS 方案的可塑性诱导和临床疗效。在我们的研究中，我们比较了四种 NIBS 方案组合，以研究任何性别的人类 tbTUS 的化生性。我们提供了四种干预措施：（1） 150 个脉冲的假连续 θ 爆发刺激 （cTBS150） 然后是真正的 tbTUS（仅限 tbTUS），（2） 真正的 cTBS150 然后是假的 tbTUS（仅限 cTBS），（3） 真正的 cTBS150 然后是真正的 tbTUS（化生性），以及 （4） 真正的 tbTUS 后是真正的 cTBS150（增强）。我们测量了可塑性干预前和之后长达 90 分钟的运动诱发电位振幅、短间期皮层内抑制、长间期皮层内抑制、皮层内易化 （ICF） 和短间期皮层内易化。与单独使用 tbTUS 相比，当用 cTBS150 引发 tbTUS 时，可塑性效应至少持续 60 分钟。当 cTBS150 在 tbTUS 后递送时，可塑性被消除。单独的 cTBS150 没有显着影响。未观察到 M1 皮层内回路的变化。tbTUS 的可塑性诱导可以以与稳态化生性和增强一致的方式进行修饰。 这证实了 tbTUS 诱导 LTP 样过程的证据，并表明在 TUS 的治疗开发中可以利用化生性。