脑卒中后基于脑机接口的神经反馈训练研究取得新进展
脑卒中后基于脑机接口的神经反馈训练研究取得新进展
脑卒中是一种常见的神经系统疾病，可导致运动功能障碍。近年来，基于脑机接口（BCI）的神经反馈训练（NFT）技术为脑卒中患者的康复带来了新的希望。本文介绍了一项关于脑卒中后基于脑机接口的神经反馈训练的多模态神经反应及效果评估的研究，探讨了这种新型康复技术的临床疗效和前景。
脑梗死或出血引起的中风可导致运动功能障碍。运动功能的恢复对脑卒中患者的日常活动至关重要。传统的脑卒中康复治疗一般依靠肢体被动运动下的身体锻炼。基于运动想象的脑机接口 (MI-BCI) 结合功能性电刺激 (FES) 是近年来发展起来的一种有潜力的脑卒中患者主动神经康复技术，是对传统被动康复方法的补充。作为脑机接口技术的前身，神经反馈训练 (NFT) 是一种将神经活动反馈给用户进行自我调节的心理过程。
本研究提出了基于脑机接口的神经功能测试方法，以促进整个神经传导通路和运动功能的主动修复和重建。研究通过整合视觉、听觉和触觉多感觉通路反馈模式，并使用联合检测脑电图 (EEG) 和功能性近红外光谱技术 (fNIRS) ，设计并实现了一个多模态训练型运动神经功能测试系统 (bci-nFT-fes)。结果表明，训练 4 周后，脑卒中患者的临床量表评分、脑电事件相关失同步化 (ERD)、脑氧反应均明显增强。本研究初步验证了长期 NFT 系统的临床疗效和运动功能康复的前景。
研究方法
研究从天津市人民医院康复科收治了 7 例脑卒中患者 (男 3 例，女 4 例，年龄 40 ~ 65 岁，均处于稳定恢复期)。根据性别、年龄、病情，将 7 例患者随机分为实验组 (男 2 例，女 2 例) 和对照组 (男 1 例，女 2 例)。
研究还从天津大学中招募了 7 名健康受试者 (3 名男性，右撇子，年龄范围：27-45 岁) 作为健康对照组（双盲）。在数据记录之前，实验过程被清楚地解释给每个受试者。
实验训练任务流程中每位患者均需参加并完成患肢 4 周的运动训练任务。参与研究的患者在实验训练过程之前、期间、之后完成三次标准评估。考虑到脑血流的变化是一个缓慢的过程，研究将每次试验前的准备时间设定为 30 秒，以确保血氧浓度恢复到基线状态。NFT 每周进行三次 (每隔一天一次，共 12 次)。在此期间，他们继续接受常规的临床运动康复训练。健康对照组仅参加了Graz MI-BCI 和 NFT。与实验组病人比较，对照组病人在训练期间同样接受三次Graz MI-BCI，但只接受与实验组病人相同的常规临床运动康复训练。
对于每个试验，第一阶段是准备阶段。在 LCD 屏幕显示器上出现绿色十字 1 秒，然后在屏幕上出现与受影响肢体方向相对应的红色箭头，表示相应上肢的 MI (健康受试者假想右手任务模式)。1 秒后，再次变成绿色十字，表示受试者需要执行提示的运动想象任务，任务持续 4 秒。受试者被要求想象相应肢体的腕关节伸展，然后进入 6-8 秒的休息时间。在线反馈环节中，想象任务的决策结果将通过语音反馈。具体的反馈执行如上图b所示。
数据分析
临床量表的评定结果可以看出，运动康复训练 4 周后，所有脑卒中患者的肌力评分均随着运动康复训练时间的延长而增加，生活能力也有所增强，但未达到轻度功能缺损的水平。
实验组
对照组
经过 4 周的训练后，运动想象在标准评估阶段引起的时间 - 频率反应发生了显著变化。实验组运动想象诱发的 ERD 特征图谱随着运动想象的进程而显著增强，但增强规律不同，分布频带散乱。此外，对侧优势是明显的。对照组运动想象诱发的 ERD 特征模式较弱，有明显的 ERS。随着常规运动康复训练过程的进行，两种特征模式发生了变化，频带分布也出现了分散。健康对照组有明显的 ERD 特征，频率分布呈集中分布。随着 NFT 过程的进行，这种特征模式显著增强，并表现出明显的对侧优势。
实验组
对照组
经过 4 周的训练后，所有受试者在标准评估阶段都有明显的运动想象引起的脑拓扑功率分布变化。通过比较全脑拓扑功率分布，发现实验组 S1-S4 感觉运动相关区的 ERD 特征模式随着康复训练的进行而显著增强，但增强规律不同，功率分布区相对分散。对照组运动想象诱发的 ERD 特征模式较弱，有明显的 ERS。随着常规康复训练的进行，这两种特征模式发生了变化，分布区域也变得分散。健康对照组 ERD 特征型明显，分布区域相对集中。随着 NFT 过程的进行，α 波段和 β 波段 ERD 特征模式得到增强，并显示出明显的对侧优势。
研究结论
本研究提出的多模式运动 NFT 方法和常规的临床康复训练都能诱发大脑神经功能的改变，但具体的改变规律存在差异，即前者能从运动中枢水平诱发训练，同时诱发大脑皮层 - 肌肉功能的改变，接近正常人运动传导通路的激活模式，而后者强调简单运动功能的改善，未考虑诱导中枢神经系统同步功能康复。然而，这项研究有两个主要的局限性。一方面，脑电活动和变化规律存在明显的个体差异，尤其是脑卒中患者。由于病灶、病程等因素会影响训练过程中神经活化状态的变化和功能重组，导致中风患者双侧、同侧或对侧脑区的活化，逐渐形成相应的稳态模式。另一方面，由于招募的患者数量不足，研究未能得出有统计学意义的结论。研究只能主观地分析非功能性脑血管造影对脑电生理学和脑血氧水平的影响。鉴于上述局限性，在未来的研究中，将扩大患者数据进行更详细的数据分析，并给出更科学的解释。