基于EEG源信号的脑卒中运动想象康复的动态脑网络机制研究

Motor imagery is a useful method for stroke rehabilitation. It works especially when combined with other traditional physiotherapists, however, the underlying mechanisms remain unclear. A hypothesis is that motor imagery could improve motor preparation and planning rather than execution, i.e., the so-called “motor preparation" theory. Nevertheless, this hypothesis has never been proved directly because of the low temporal or spatial resolution of fMRI or EEG. In this project, we propose a neuroimaging study on the patients with motor disability due to stroke in a motor imagery experiment. Using MRI-guided EEG source localization, we aim to reconstruct EEG source activities with high spatiotemporal resolution during motor preparation and imagery sub-stages, which are denoted by N2 and RRN components of mental rotation, respectively. Then we construct the dynamic brain networks from the EEG source activities. Based on dynamic brain network analyses, we aim to (1) identify the deficit of preparation- and imagery- networks after stroke, (2) investigate the effect of motor imagery rehabilitation on preparation-network, (3) find motor function recovery related network parameters, so as to verify the “motor preparation" theory.

运动想象是临床使用的一种脑卒中康复训练手段。它如果和常规康复结合可以更有效地促进患者的运动功能康复，但其中的神经机制目前尚不清楚。一种假设是运动想象可以更有针对性地训练运动准备网络，即“运动准备”理论。单独的功能磁共振成像（fMRI）或脑电（EEG）技术由于时间或空间分辨率的限制，很难描述运动想象过程中全脑的动态神经活动，“运动准备”理论仍缺乏直接的证据。本项目拟招募脑卒中运动功能障碍患者，基于心理旋转运动想象实验范式，采用MRI结构像指导下的EEG溯源，对运动准备和想象执行相关的N2和RRN成分溯源重建高时空分辨率的EEG源活动，并进一步基于EEG源活动构建动态脑网络，研究脑卒中对运动准备网络和想象执行网络的影响，分析运动想象训练对运动准备网络的康复作用，提取与临床康复相关的网络参数，验证运动想象训练机制的“运动准备”理论，从而指导临床的康复训练实施和方案设计。

运动想象是临床使用的一种脑卒中康复训练手段。它如果和常规康复结合可以更有效地促进患者的运动功能康复，但其中的神经机制目前尚不清楚。一种假设是运动想象可以更有针对性地训练运动准备网络，即“运动准备”理论，但仍缺乏直接的证据。本项目通过与复旦大学附属华山医院、上海市吴泾医院合作，共计招募脑卒中患者118名，设计随机对照试验，采集了患者在运动想象康复和常规康复前后的EEG和fMRI数据，结合多模态神经影像数据分析，比较康复前后的组间差异以及分析与临床评分的相关性，证明了运动想象康复的机制猜想“运动准备”理论，发现运动准备相关的患侧顶下小叶是基于运动想象的中枢干预方法的关键作用靶点，并调控了其静息态神经活动、运动准备网络和运动准备相关N2成分的角度效应，可以促进脑网络的重新分化，呈现一种更有效的脑网络重组模式，同时找到了影响运动想象康复疗效的关键因素，即第一人称运动想象康复的疗效与康复开始的时间、患侧顶下小叶的静息态神经活动以及健侧辅助运动区的局部连接性相关。这些结果不仅填补了脑卒中运动想象康复的理论空白，还将有助于临床筛选运动想象康复合适的病例，优化设计个性化的康复方案。研究结果在Neurorehabilitation and Neural Repair, IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 等康复领域权威期刊上发表SCI论文9篇；项目组成员参加IEEE EMBC, IEEE EMBC NER, OHBM等国际学术会议3 人次，参加国内会议4人次；培养了博士生3名，硕士生2名。