清華新聞網(wǎng)3月9日電 腦卒中是導(dǎo)致全球成年人慢性殘疾的主要原因之一。其中，下肢運(yùn)動(dòng)控制障礙（如足下垂、足內(nèi)翻等）嚴(yán)重影響患者的步態(tài)平衡與日常生活能力。傳統(tǒng)的被動(dòng)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人雖然能在一定程度上改善關(guān)節(jié)活動(dòng)度，但是難以有效激發(fā)患者大腦皮層的主動(dòng)參與，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)往往面臨瓶頸。
針對(duì)這一臨床痛點(diǎn)，近日，北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科潘鈺主任團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)電子工程系竇維蓓教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)表論文，深入探討了基于運(yùn)動(dòng)想象的閉環(huán)腦機(jī)接口（BCI）踝關(guān)節(jié)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者下肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)及大腦神經(jīng)可塑性的促進(jìn)作用。研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了基于運(yùn)動(dòng)想象的足踝腦機(jī)接口訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)解碼患者“試圖活動(dòng)患側(cè)足踝”的頭皮腦電（EEG）信號(hào)，并在識(shí)別到正確的運(yùn)動(dòng)意圖時(shí)，觸發(fā)踝關(guān)節(jié)機(jī)器人提供精準(zhǔn)的本體感覺(jué)和多模態(tài)（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)）反饋。這一設(shè)計(jì)成功構(gòu)建了“中樞-外周-中樞”的閉環(huán)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)回路，旨在通過(guò)主動(dòng)神經(jīng)調(diào)控促進(jìn)大腦重組。
為驗(yàn)證該系統(tǒng)的臨床療效與神經(jīng)機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一項(xiàng)單盲隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)：32名腦卒中患者被隨機(jī)分配至BCI干預(yù)組（接受BCI控制的踝關(guān)節(jié)機(jī)器人訓(xùn)練）和對(duì)照組（接受常規(guī)被動(dòng)式踝關(guān)節(jié)機(jī)器人訓(xùn)練）。兩組患者均接受了為期2周、每周5次、每次40分鐘的強(qiáng)化訓(xùn)練。
功能連接性（FC）的組間差異比較。藍(lán)色代表 X 小于 Y；紅色代表 X 大于Y。（a）腦機(jī)接口組與踝關(guān)節(jié)機(jī)器人組在α頻段FC的比較。（b）腦機(jī)接口組與踝關(guān)節(jié)機(jī)器人組在β頻段FC的比較
經(jīng)過(guò)2周訓(xùn)練，兩組患者在背屈主動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)度、背屈肌力、Berg平衡量表（BBS）和功能性步行分級(jí)（FAC）上均有顯著改善。但BCI組在Fugl-Meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分（FMA-LE）的提升幅度上顯著優(yōu)于對(duì)照組，且在緩解小腿三頭肌痙攣（MAS評(píng)分）方面表現(xiàn)出獨(dú)有的顯著療效。
通過(guò)高時(shí)間分辨率的定量腦電圖（qEEG）分析，研究提供了足踝BCI干預(yù)促進(jìn)大腦功能重組的客觀(guān)電生理證據(jù)。結(jié)果顯示，訓(xùn)練后，BCI組患者大腦慢波功率（δ波）顯著降低，α波功率增加，大腦半球間對(duì)稱(chēng)性指數(shù)（pdBSI-δ）顯著改善；同時(shí)，在α和β頻段，Cz-頂葉區(qū)域的功能連接性（Functional Connectivity, FC）得到顯著增強(qiáng)。這些特征高度契合健康人群的腦電模式，標(biāo)志著大腦感覺(jué)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的有效修復(fù)。
研究不僅證實(shí)了BCI控制的踝關(guān)節(jié)機(jī)器人訓(xùn)練在改善腦卒中下肢運(yùn)動(dòng)功能和減輕肌肉痙攣方面的作用，更重要的是通過(guò)多維度的qEEG指標(biāo)揭示了閉環(huán)干預(yù)模式誘導(dǎo)大腦神經(jīng)可塑性良性改變的內(nèi)在機(jī)制，為腦機(jī)接口技術(shù)作為一種靶向、精準(zhǔn)的神經(jīng)康復(fù)策略走向臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的循證醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)。
研究成果以“腦機(jī)接口控制的踝關(guān)節(jié)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦卒中后運(yùn)動(dòng)康復(fù)及靜息態(tài)定量腦電圖神經(jīng)可塑性的影響：一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)”（Effect of Brain-Computer Interface-Controlled Ankle Robot Training on Post-Stroke Motor Rehabilitation and Resting QEEG Neuroplasticity: A Randomized Controlled Trial）為題，于近日發(fā)表于《神經(jīng)康復(fù)與神經(jīng)修復(fù)》（Neurorehabilitation and Neural Repair）。
北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科主治醫(yī)師翟曉雪為論文第一作者。潘鈺、竇維蓓為論文共同通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1177/15459683251412286
供稿：北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院
編輯：李華山
審核：郭玲
