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    科研進展與代表性論文

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    我院多模態磁共振腦機接口神經康復機制研究在國際知名期刊在線發表

      北京清華長庚醫院2月6日電(康復醫學科)不用親自動手,只要想一想就能控制周圍的事物。這種事情似乎僅僅存在于科幻電影中。但一項技術的發展使這一夢想有可能變為現實——腦機接口( brain computer interface, BCI)。BCI顧名思義就是建立一條人腦和機器之間的連接通道,讓大腦能夠直接指揮機器工作。自1973年提出以來,經過40多年的發展歷程,BCI技術逐漸延伸到多個領域,其中最重要的一項應用就是針對腦卒中患者的主動運動功能康復。為探究BCI對腦卒中患者運動功能神經可塑性的影響,清華大學附屬北京清華長庚醫院康復醫學科與西安交通大學機械學院機器人與智能系統研究所、清華大學電子工程系開展產、學、研、醫深度合作。近日,相關研究論文《Brain Functional Networks Study of Subacute Stroke Patients With Upper Limb Dysfunction After Comprehensive Rehabilitation Including BCI Training》發表于國際知名SCI期刊《Frontiers in Neurology》。該研究有哪些成果和突破呢,現在小編就帶大家趁熱了解一番~

      BCI重建了通常由外周神經和肌肉組成的大腦輸出通路,是一種對人體內外環境交互控制的系統,可反映人類思維活動過程中的腦神經活動信息。BCI在慢性腦卒中患者上肢功能康復中的臨床療效及對腦功能可塑性的影響已獲得證實。本研究旨在探索包含BCI的綜合康復訓練后亞急性期腦卒中上肢運動功能障礙患者神經可塑性變化。

      本研究選取25名中重度上肢功能障礙的亞急性期腦卒中受試者(臨床注冊編號ChiCTR1900022128),隨機分為包含BCI手部康復機器人訓練的綜合康復組及常規康復組。在治療前和4周訓練結束后,使用Fugl-Meyer上肢運動功能量表(Fugl-Meyer Assessment upper limb, FMA-UL)、手臂動作調查測試表(Action Research Arm Test, ARAT)、Wolf運動功能測試(Wolf Motor Function Test, WMFT)對受試者進行上肢運動功能評定;通過靜息態的功能磁共振分析系統對綜合康復組進行腦功能連接(Functional connectivity, FC)神經影像學評估。

    BCI系統訓練框圖

      研究發現,訓練4周后,兩組的臨床量表得分都有所提升。相比常規康復組,綜合康復組患者臨床評分提升更加顯著(FMA-UL (p < 0.05), ARAT (p < 0.05), WMFT (p < 0.05) )。

      同時,綜合康復組經過訓練后多個腦區間功能連接FC顯著增強(包括顳葉、額葉、枕葉、頂葉及皮層下區域等)。

    大腦半球內及半球間FC增強區域示意圖

    FC增強的顯著性示意圖

      更重要的是,部分增強的FC(如半球內軀體感覺皮層和核殼)與上肢運動功能的提升呈顯著的正相關性。左側頂葉前梨狀皮質區(Brodmann area 5,BA5)和左側額葉下腳后區(BA48)之間FC與訓練前、訓練后3種上肢運動功能評分均呈正相關。

    FC變化與臨床評分的相關性

      總之,本研究發現經過包含BCI康復機器人的綜合康復訓練,亞急性腦卒中受試者運動功能相比常規康復訓練方案提升更顯著。腦卒中患者腦功能網絡的重組,使得多感覺皮層和運動相關皮層、錐體外系協調性增強。接受BCI訓練的患者在軀體感覺、視覺、空間處理和運動學習等方面腦功能網絡活動也表現出顯著變化。這些改變一定程度上揭示了亞急性期腦卒中患者運動功能恢復的重要神經機制。

      論文地址:

      https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fneur.2019.01419/full

      第一作者:北京清華長庚醫院康復醫學科吳瓊醫師、西安交通大學機械學院樂贊博士

      通訊作者:北京清華長庚醫院康復醫學科潘鈺主任、清華大學電子工程系竇維蓓教授、西安交通大學機械學院王晶教授

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