脑机接口结合功能电刺激对脑卒中慢性期大脑可塑性的影响

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脑卒中是目前引起成人残疾的主要疾病之一,既往的动物实验以及对人自身的研究均证明中枢神经系统的可塑性是脑卒中后运动功能恢复的主要神经生理学机制。功能电刺激(FES)与运动想象(MI)是已证明的可以改善卒中后运动功能的方法,基于运动想象的脑机接口技术(BCI)的研究现已经积累了大量经验。目前研究大脑可塑性的方法不断涌现,而脑电图(EEG)是研究大脑神经功能的经典技术。本文采用与运动相关的μ节律的事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)能量变化来探讨BCI触发的FES(BCI-FES)与单纯FES对脑卒中慢性期大脑可塑性的影响,并通过临床量表来比较BCI-FES与单纯FES对脑卒中运动功能恢复的作用。目的:通过分析脑机接口-功能电刺激(BCI-FES)与单纯电刺激(FES)引起脑卒中患者运动功能恢复以及大脑可塑性的改变,来研究脑机接口-功能电刺激这种新的康复训练方法的临床应用价值。方法:选取四名脑卒中患者随机分为BCI-FES组与FES组,其中两名患者在进行完BCI-FES组训练后,经过5个月洗脱期又进行了FES组训练。患者每日训练40分钟,连续训练20天为一个周期。在每个训练周期开始前及结束后分别使用Fugl-Meyer上肢运动量表进行运动评分,采用美国Neuroscan公司生产的64导脑电采集系统采集脑电信号。其中三名患者在实验结束5个月后参加了随访。对实验前后运动功能得分进行t检验来比较BCI-FES与FES在患者运动功能恢复方面的作用,并通过分析运动相关的μ节律的事件相关同步/去同步来研究BCI-FES训练与单纯FES训练对中风患者大脑可塑性的影响。结果:1. BCI-FES组与FES组实验后Fugl-Meyer上肢运动功能得分均较实验前提高,且BCI-FES组的提高值较FES组大。参加了随访的三位BCI-FES组患者实验后、实验结束5个月后三位患者Fugl-Meyer上肢运动功能得分均较实验前高,而且实验后增加的幅值较5个月后增加的多。2.实验前健手真实运动只引起健侧脑区能量下降的占1/2,实验后健手真实运动均为只引起健侧脑区能量下降(占100%)。3.健手真实运动引起的健侧运动中央区能量下降与患侧运动中央区能量升高之间具有相关性。4.实验前,患手真实运动时,患侧运动中央区能量值低于健侧运动中央区者均占1/2,实验后,患手真实运动时,患侧运动中央区能量值低于健侧运动中央区者占100%。5.对接受随访的三位患者的纵向研究发现实验前、实验后、5个月后,患者在执行健手想象运动、健手真实运动主要表现为健侧激活为主并且具有动态波动性;执行患手想象运动、患手真实运动时,逐渐从健侧脑区激活大于患侧脑区逐渐转向患侧脑区激活为主。结论:1运动想象结合功能电刺激与单纯功能电刺激均能提高脑卒中病人的运动功能,且运动想象结合电刺激的疗效有优于单纯电刺激的趋势。2脑卒中引起的大脑皮层重组,不仅表现在患侧肢体运动时,健侧肢体运动时征用的大脑皮层区域也发生改变。3脑卒中后患侧肢体想象运动和真实运动引起的皮层激活模式从健侧代偿激活或双侧同时激活逐渐转为患侧激活。4BCI-FES和FES均可促进健侧肢体运动时引起的大脑皮层募集正常化。5BCI-FES在促进患侧肢体运动时引起的大脑皮层激活正常化方面可能优于FES。
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