卒中康复皮层平衡感知和运动控制电生理机制及其临床应用

Motor recovery is the key content of stroke rehabilitation. Early prognosis of rehabilitation can effectively estimate patients’ recovery potential, and help realize precise rehabilitation. However, many prognosis methods, depending highly on the subjective judgement of doctors, have low accuracy and consistency. They can not give full play to the role of rehabilitation prognosis. Considering balance is a general reflection of motor function for stroke patients, the project will design balance perception and lower limb motor control experiments for stroke patients, acquire scalp EEG, lower limb surface EMG, and clinical scale scores on lower limb motor ability and balance ability during different rehabilitation stages. The project will extract features of imbalance-evoked EEG spectrum, symmetry, synchronization and information transferring, and corticomuscular coherence during voluntary tasks of lower limbs through EEG and EMG processing and analysis. Then the project will deeply study the electrophysiological mechanisms related to balance perception and motor control of stroke patients, and extract effective electrophysiological indicators for rehabilitation prognosis. Then an accurate and effective motor recovery prognosis model will be established. This work will provide scientific basis and technical support for motor recovery prognosis and precise motor rehabilitation.

肢体运动功能康复是卒中康复的重点内容。早期运动康复疗效预测可有效评估患者运动功能潜力，从而实现精准化康复。但现有预测方法多依赖于临床医生的主观判断，其准确率低、一致性差，无法充分发挥康复预测的作用和效果。鉴于平衡能力是卒中患者基本运动功能水平的综合体现，本项目拟针对卒中患者，设计平衡感知诱发和下肢运动控制实验，于康复不同阶段，采集患者头皮脑电和下肢表面肌电信号，获取患者下肢运动能力和平衡能力临床评估量表得分。通过对任务态脑肌电数据处理与分析，提取失衡诱发脑电频谱、对称性、同步性与信息传递特征，和下肢自主运动时皮层与下肢肌肉相干特性，深入研究与卒中患者平衡感知和运动控制能力相关的神经电生理机制，提取客观有效康复预测电生理指标。在此基础上，建立准确高效的早期运动功能康复预测模型，并进行临床验证。最终为卒中运动功能康复的预测和精准康复方案的制定提供科学依据和技术保障。

卒中系突发性中枢神经疾病，在卒中幸存者中常伴有不同程度的运动功能障碍后遗症。卒中后的肢体运动功能康复一直是卒中治疗的关注焦点和研究热点。由于卒中所引发的大脑皮层损伤部位及其功能具有个体多样性，因此基于个体差异定制的治疗方案才能获取精准的运动康复疗效。为此，本项目利用包括运动分析、电生理分析在内的多种分析手段，研究卒中患者运动和平衡功能康复特点，探究客观、有效的康复评估特征参数，并在此基础上提出新的治疗方法。首先，基于步态分析评估卒中患者运动表现，提取不同步行任务下的肌肉协同和连续相对相位角作为运动特征，发现了健患之间的运动差异：卒中患者肌肉协同一致性更低且连续相对相位角变异性更高，且在复杂运动下两者与量表评分呈显著相关。其次，基于脑电分析评估卒中患者皮层响应，完成坐站平衡实验及踝关节背屈实验，分别提取了坐姿和站姿平衡任务下的大脑对称指数（brain symmetry index，BSI）及踝关节静息和运动下的相位同步指数（phase synchronization index，PSI），验证了相较于坐姿BSI及静息PSI，站姿下BSI以及运动下的PSI更能体现健患功能差异，且与量表评分呈显著相关，可作为平衡与运动功能评估的客观参数。再次，基于脑肌相干（Corticomuscular Coherence，CMC）分析评估了卒中患者运动控制能力，完成了踝关节运动控制临床实验，计算并比较了Cz脑电与下肢多块肌肉肌电的相干系数，发现了卒中患者beta和gamma频带的平均CMC显著低于健康对照组，并建立康复评估回归模型，实现了基于运动控制参数的卒中患者运动功能康复评估。最终在以上客观评估参数研究的基础上，优化了功能性电刺激的康复范式：研究了不同功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES）范式的皮层响应规律，验证了双侧对称控制的FES皮层响应效果最优，并提出了以运动过程中的关节力矩为中间参量，基于肌电和关节角度的FES控制方法。因此本研究为卒中患者运动康复提出更具有针对性的评估指标，并在此基础上优化了康复治疗方法。