基于个性化脑电导联选择的脑卒中下肢皮质肌耦合研究

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近年来,脑血管疾病的患病人数急剧上升,特别是脑卒中患者在治疗后普遍存在的不同程度的运动功能障碍,给家庭和社会带来极重的负担。及时而有效的康复治疗能够最大程度地恢复患者运动能力。而对脑卒中患者运动神经系统功能状态进行准确评估是提高康复治疗效果的基础。皮质肌耦合(corticalmuscular coupling,CMC)能够揭示大脑皮层和运动肌肉组织两大系统之间的信息传递和功能联系,可以用于研究神经系统运动控制过程中的工作方式,同时也可以探索脑卒中患者运动功能障碍的神经机制,为脑卒中患者康复功能评估提供理论依据。本文首先介绍了脑卒中患者康复过程中功能评估的研究现状,并对CMC研究现状进行了分析。接着,介绍了脑电信号(electroencephalogram,EEG)和肌电信号(electromyography,EMG)产生机理及各自特点。针对EEG存在的容积传导效应,本文将EEG进行电流源密度转换,以提高EEG空间分辨率。最后,针对现有CMC分析方法的不足之处进行了改进,并对健康人和脑卒中患者在右脚踝关节背屈动作下的CMC进行了研究。本文主要完成了以下工作:(1)针对不同的脑卒中患者大脑有不同的损伤部位和损伤程度,以及不同的代偿程度,导致不同个体在执行相同动作时大脑有不同的激活区域和激活程度。提出了一种个性化脑电导联选择方法,并将其应用于脑卒中患者CMC研究。(2)针对相干性存在的无法识别皮层肌肉耦合方向的局限性,基于定向传递函数(directional transfer function,DTF)算法分别量化了健康被试和脑卒中患者被试在动作时的CMC。研究发现,健康人和脑卒中患者在动作时,大脑到肌肉的控制信息流远高于肌肉到大脑的反馈信息流。且与健康人相比,脑卒中患者CMC程度显著减小。(3)为证实个性化脑电导联选择方法的有效性,分别计算了beta频段(14~30 Hz)下脑卒中患者个性化导联选择的脑肌电DTF值与单一导联的脑肌电DTF值与福格-迈尔评定(Fugl-Meyers assessment,FMA)量表评分之间的皮尔逊相关性,研究发现基于个性化导联选择方法的脑肌电DTF值与FMA量表评分相关性更高,说明了在准确标定脑卒中康复患者在运动过程中大脑激活区域的基础上开展CMC分析对于脑卒中患者神经功能的准确评估更有意义,此方法可以为康复任务中的康复功能评估提供新的工具。
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