上肢運(yùn)動(dòng)調(diào)控的神經(jīng)機(jī)制研究.pdf

1、目的：
　　 腦卒中具有高發(fā)病率、高死亡率和高致殘率的特征。腦卒中患者經(jīng)急性期進(jìn)入恢復(fù)期后多留有不同程度的肢體癱瘓、肌肉痙攣、抑郁、失語等癥狀,其中以肢體癱瘓為主的運(yùn)動(dòng)障礙最為常見。對(duì)運(yùn)動(dòng)控制所涉及的腦部神經(jīng)通路的深入理解,對(duì)臨床的康復(fù)治療具有指導(dǎo)性意義。人體的感覺系統(tǒng)包括視覺感覺系統(tǒng)、軀體感覺系統(tǒng)、聽力感覺系統(tǒng)等,而前兩個(gè)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制緊密聯(lián)系。因此,本文對(duì)不同感覺系統(tǒng)下第一骨間肌(first dorsal-interosse

2、ous,FDI)不同程度的等長收縮下的腦電信號(hào)進(jìn)行了分析。探討了運(yùn)動(dòng)皮層、皮質(zhì)脊髓通路和大腦各個(gè)腦區(qū)功能連通性的變化。更進(jìn)一步,研究了上肢在運(yùn)動(dòng)適應(yīng)中的腦電變化,結(jié)合等長收縮的結(jié)果以期對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的神經(jīng)機(jī)制更加全面的了解。鑒于腦電信號(hào)來自高維混沌系統(tǒng),探討了復(fù)雜度指標(biāo)之一的樣品熵對(duì)短程腦電信號(hào)復(fù)雜性分析的可行性。
　　 方法：
　　 第一部分:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采自11名健康受試者。通過在受試者右手食指前端懸掛重物使得受試者的FDI

3、產(chǎn)生不同程度的等長收縮。受試者在實(shí)驗(yàn)過程中保持閉眼、睜眼和相關(guān)視覺反饋三種狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)過程中記錄了受試者左右手FDI的表面肌電信號(hào)(surface Electromyography,sEMG)和34導(dǎo)腦電信號(hào)(Electroencephalograph,EEG),同時(shí)記錄了受試者的眼電圖(Electroocculography,EOG)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后把連續(xù)記錄的腦電和肌電信號(hào)截取成512毫秒的片段,片段之間無重疊。所有數(shù)據(jù)片段經(jīng)目測后刪除含

4、有噪音及偽跡部分。每位受試者不同狀態(tài)下任意取150個(gè)片段以供分析。通過快速傅立葉變化(Fast Fourier Transform,FFT)對(duì)所得到的腦電信號(hào)和肌電進(jìn)行功率譜(powerspectral)和相干(coherence)分析。比較了等長收縮程度引起的腦電功率譜和相干性變化,并針對(duì)不同生理狀態(tài)進(jìn)行了橫向?qū)Ρ取?br>　　 第二部分:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采自8名健康受試者。首先受試者通過觀察屏幕上的指示信號(hào)完成朝向左前方的提示后運(yùn)動(dòng)(cu

5、ed movement),隨后通過機(jī)器輔助裝置,在受試者運(yùn)動(dòng)過程中施加垂直于運(yùn)動(dòng)方向順時(shí)針方向的干擾(25牛頓)。受試者通過練習(xí)快速適應(yīng)力場的干擾。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)記錄了受試者右側(cè)的股二頭肌(Biceps)、股三頭肌(Triceps)和肱橈肌(Brachioradialis)以及左側(cè)的股二頭肌。記錄34導(dǎo)EEG信號(hào)和EOG信號(hào),受試者手臂的移動(dòng)軌跡同時(shí)也被記錄。實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)腦電、肌電信號(hào)和運(yùn)動(dòng)軌跡分別進(jìn)行處理。通過目測加計(jì)算的方法從肌電

6、中得到肌肉的激活時(shí)間(EMG onset)、失活時(shí)間(EMG offset)和該事件段內(nèi)的肌電平均值(average EMG)。同樣的方法分析運(yùn)動(dòng)軌跡得到運(yùn)動(dòng)的開始時(shí)間(movement onset)和結(jié)束時(shí)間(movementoffset)。對(duì)腦電信號(hào)分別進(jìn)行了事件相關(guān)電位(event-related potential,ERP)分析、基于小波(wavelet)的事件相關(guān)去同步化/同步化(event-relateddesynchron

7、ization/synchronization)以及基于FFT。的相干分析。
　　 第三部分:應(yīng)用樣品熵(sample entropy,SampEn)算法對(duì)顳葉癲癇病人腦電信號(hào)和雙任務(wù)下ERP的復(fù)雜度進(jìn)行了分析。對(duì)腦電信號(hào)的數(shù)據(jù)點(diǎn)長度以及樣品熵算法中的參數(shù)r分別進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算與比較。
　　 所有的結(jié)果均通過方差檢驗(yàn)(analysis of variance,ANOVA)。P＜0.05表示存在差異顯著性。
　　 結(jié)

8、果：
　　 1.睜眼/閉眼狀態(tài)下左側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)和頂葉的alpha頻段相干性隨著等長收縮程度而增高。
　　 2.在視覺反饋下左側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)和頂葉相干性由alpha轉(zhuǎn)移到beta頻段,并于等長收縮程度呈正比關(guān)系;運(yùn)動(dòng)區(qū)的mu節(jié)律同時(shí)被抑制。
　　 3.視覺反饋下左側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)和右手FDI的的腦電-肌電相干性(EEG-EMGcoherence)顯著增加。
　　 4.力場干擾下股二頭肌的活動(dòng)增強(qiáng),同時(shí)股三頭肌活動(dòng)減弱。

9、>　　 5.上肢伸展運(yùn)動(dòng)的ERP中有兩個(gè)明顯成分,即N200和運(yùn)動(dòng)電位(motorfield,MF):右半腦的N200幅值顯著高于左半腦;而兩個(gè)半腦運(yùn)動(dòng)區(qū)的MF無顯著性差異。
　　 6.上肢伸展運(yùn)動(dòng)時(shí)大腦出現(xiàn)廣泛分布的alpha頻段的ERD/ERS,而beta頻段的ERD/ERS集中在與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的中央?yún)^(qū)。
　　 7.兩側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)alpha頻段的相干性在力場適應(yīng)中顯著下降。
　　 8.癲癇病人腦電的復(fù)雜度顯著低于正

10、常人;癲癇病灶所在半腦的腦電復(fù)雜度也低于對(duì)側(cè)的正常半腦。
　　 9.雙任務(wù)下的腦電復(fù)雜度顯著低于單任務(wù)的腦電。
　　 結(jié)論：
　　 1.大腦頂葉在肌肉的等長收縮中起到了某種確定性作用。
　　 2.在肌肉控制中存在不同的調(diào)控機(jī)制,不同的感覺針對(duì)不同的調(diào)控機(jī)制。
　　 3.在視覺反饋下皮質(zhì)-脊髓通路(conicospinal pathway)活性增加。
　　 4.運(yùn)動(dòng)中肌肉之間存在明顯的協(xié)同作