运动想象神经网络调控机制及对脊髓损伤患者运动康复的影响

Motor imagery(MI) and transcranial magnetic stimulation(TMS) has been applied to the rehabilitation of spinal cord injury. However, the mechanism of MI brain network changes and the key brain function areas are still unclear. The target selection of effective brain functional areas in TMS is also lack of reliable basis. It is difficult to break through the current rehabilitation effect. Therefore, combined with MI task state and resting state functional magnetic resonance imaging, we will study the change of MI in brain activity area and brain network in 60 patients with incomplete spinal cord injury, to reveal the regulatory mechanism of the MI neural network and identify the key functional areas of the brain in the network loop, and to provide an accurate target for TMS. At the same time, to study the relationship between the changes of the whole MI network and the functional recovery before and after of TMS at different stimulate areas, to reveal the mechanism of the synergistic effect of TMS and MI on motor rehabilitation. It can provide a theoretical basis for MI and brain-computer interface (BCI) based on MI treatment. It may provide an accurate therapeutic target for TMS and future gene chip implantation, maximizing recovery of the motor function in spinal cord injury patients.

运动想象(Motor Imagery,MI)、经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)已应用于脊髓损伤的运动康复治疗中。但由于MI神经网络变化的机制以及对运动康复起核心作用的脑功能区尚不明确，如何选择有效的脑功能区作为TMS刺激靶点也缺乏可靠的理论依据，使相关的治疗一直没有突破性进展。因此，本研究拟联合应用MI任务态及静息态功能磁共振，对60例不完全脊髓损伤患者进行MI脑活动区及脑网络变化研究，揭示MI神经网络的调控机制，明确网络环路中起关键作用的脑功能区，为TMS提供准确的刺激靶点。同时研究TMS不同刺激区治疗前后MI网络的变化规律及其与功能恢复的关系，揭示TMS与MI对运动康复协同作用的机制，为MI及以此为基础的脑机接口治疗提供理论依据，为TMS和今后的基因芯片植入提供准确的治疗靶点，最大限度的恢复患者的运动功能。

运动想象 (motor imagery,MI) 、经颅磁刺激 (Transcranial Magnetic Stimulation,TMS) 已开始应用于脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）患者的康复治疗中，但由于MI期间神经网络变化机制及对康复起核心作用的脑功能区尚不明确，如何选择有效的区域作为TMS刺激靶点也缺乏可靠的依据，使相关的治疗一直没有突破性进展。因此，研究SCI患者MI神经网络的调控机制，明确网络环路中起关键作用的脑功能区，将揭示MI和TMS的康复作用机制，并为SCI治疗提供有效的理论依据及临床指导意义。本研究对SCI患者脑结构、静息态和任务态脑活动、脑网络进行动态观察。发现：1.SCI患者与感觉运动功能直接相关的脑区并未发生改变，而是发生了脑认知、想象、空间定位密切相关脑区的重塑，这些重塑脑区通过影响感觉运动的功能连接和神经环路，从而在调控感觉运动功中发挥重要作用，因此，脑认知、想象、空间定位相关的功能训练（如MI）可能会在SCI后的感觉运动功能恢复中起到重要作用。2.SCI患者MI与正常人ME具有调控感觉运动功能共同的神经基础。SCI后运动相关脑区的功能得到了保留，并可以被MI激活，MI激活感觉运动网络有助于SCI患者感觉运动功能的改善。MI对SCI患者中央前、后回及双侧小脑小叶Ⅳ-Ⅵ功能区的激活程度明显强于正常人群，这为相关治疗提供准确靶点。3.认知相关脑区可通过MI来维持和促进感觉运动相关脑区的激活，提示认知功能在SCI患者的感觉运动功能调控中发挥着重要作用。4.M1亚区中的A4hf、A4ul与对侧初级感觉运动皮层的功能连接直接相关，表明A4hf、A4ul可能被用作TMS或经颅直流电刺激的精确刺激靶点。小脑蚓部Ⅹ区与右侧梭状回之间的FC变化在SC可成为康复治疗的重要神经网络指标。5.部分SCI患者在MI治疗期间发生神经性疼痛，可能是MI通过激活岛叶及初级感觉运动皮层所致，这对MI的临床应用及神经性疼痛机制研究提供了新的思路。6.SCI患者右侧壳核与左侧中央前回之间的功能连接改变在康复训练后脑结构和功能变化中的权重最大，提示这两个脑区可能成为SCI患者感觉运动功能恢复的重要治疗靶点。