國家康復輔具研究中心李增勇教授課題組在《Neurorehabilitation and neural repair》發(fā)表了題為“Median nerve electrical timulation induced changes in effective connectivity in subjects with stroke as assessed with functional near-infrared spectroscopy”的研究論文,?；诮t外腦功能成像（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）探究了正中神經(jīng)電刺激（MNES）對腦卒中患者大腦功能網(wǎng)絡的影響，為腦卒中肢體運動訓練的在線康復效果評估提供有效方法,。

    該研究需要在神經(jīng)電刺激情況下對大腦的額葉、運動區(qū),、枕葉實現(xiàn)同步檢測,，對于近紅外腦成像系統(tǒng)的信號靈敏度提出了*要求,。

    慧創(chuàng)近紅外腦功能成像系統(tǒng)NirSmart融合了北京航空航天大學高精尖的超微光檢測技術，并采用了通常臺式系統(tǒng)才能裝備的雪崩二極管APD探測器,，相對上一代的采用光電二極管PD探測器技術的靈敏度提升了數(shù)十倍,，因而在有頭發(fā)覆蓋的運動區(qū)能高質量地檢測到腦功能信號，有效地支撐了本研究地順利開展,。

慧創(chuàng)近紅外腦功能成像系統(tǒng)NirSmart

摘要

背景：有研究證明電刺激對卒中后運動功能的恢復有促進作用,。然而，電刺激對腦卒中患者的皮質可塑性影響尚未*闡明,。

目的：基于功能性近紅外光譜技術（fNIRS）研究正中神經(jīng)電刺激（MNES）對腦卒中患者大腦功能網(wǎng)絡的影響,，揭示外周神經(jīng)電刺激在腦功能重組的作用機制。

方法：應用fNIRS設備分別監(jiān)測20例腦卒中右側偏癱患者靜息態(tài)和MNES（作用于患側腕部）狀態(tài)下雙側前額葉區(qū)（LPFC/RPFC）,、運動區(qū)（LMC/RMC）和枕葉（LOL/ROL）的腦氧信號,。利用耦合函數(shù)和動態(tài)貝葉斯推論，在頻段0.01-0.08Hz范圍內構建相位耦合模型,，評估與MNES相關的腦效應連接網(wǎng)絡的變化,。

結果：與靜息態(tài)相比，MNES狀態(tài)下由前額葉指向LOL的耦合強度顯著升高,，而由健側運動區(qū)指向患側運動區(qū)的耦合強度顯著降低,。MNES狀態(tài)下卒中患者腦區(qū)間主耦合方向主要由患側前額葉指向運動區(qū)和枕葉。

結論：研究結果表明,，MNES可激發(fā)患側手部的感覺運動刺激,，促進腦卒中患者健側和患側皮質區(qū)的功能重組，有助于增強患側前額葉在大腦網(wǎng)絡中的調節(jié)作用,。

樣本與方法

樣本：共選取招納23例缺血性腦卒中右偏癱患者參與本項研究,。入選標準為：（1）影像學證實為缺血性卒中，發(fā)病兩周后,；（2）大腦單側病灶區(qū),；（3）>35歲；（4）小學及以上學歷,。排除標準：（1）存在任何臨床顯著的或不穩(wěn)定的疾?。唬?/span>2）存在任何卒中以外的神經(jīng)精神疾??；（3）皮膚損傷、感染,、痛覺過敏和刺激區(qū)不耐受,；（4）患者或其家屬未簽署知情同意書。實驗是在每個參與者的理解和書面同意下進行的,。實驗程序經(jīng)國家康復輔具研究中心人類倫理委員會批準,，符合1975年《赫爾辛基宣言》（1983年修訂）規(guī)定的倫理標準,。

fNIRS數(shù)據(jù)采集：

    本實驗所采用的是丹陽慧創(chuàng)醫(yī)療設備有限公司所提供型號為NirSmart的多通道fNIRS儀器。光源典型的波長分別為760 nm和850 nm,。探測器探頭距離光源的距離為30 mm,。數(shù)據(jù)采樣頻率為10 Hz。根據(jù)腦電10-10定位參考在大腦上對稱布置20個光源和10個探頭,，共組成共32個測量通道,，對稱覆蓋左右前額葉（LPFC/RPFC）、左右運動區(qū)（LMC/RMC）及左右枕葉（LOL/ROL）,。實驗fNIRS的通道布置如圖所示,。

實驗流程：本實驗分別在靜息態(tài)（10min）和MNES任務態(tài)（10min）下進行fNIRS信號的采集。在靜息狀態(tài)和MNES狀態(tài)下,，參與者都被要求閉上眼睛,，盡可能保持靜止,，自然放松狀態(tài),。在MNES狀態(tài)，對患者右手正中神經(jīng)上方施加功能電刺激,，如圖所示,。電刺激儀器輸出波形為方波，電流頻率為50Hz,，刺激強度設置為患者可耐受的高水平（平均16.8±3.1 mA）,，足以產(chǎn)生明顯的肌肉抽搐或收縮而無疼痛感。

fNIRS數(shù)據(jù)預處理及效應連接計算：

首先對fNIRS采集的光強信號進行低頻濾波（2Hz）,，以減少儀器噪聲等高頻干擾,。然后根據(jù)修正版 Beer-Lambert定律，將原始數(shù)據(jù)轉化為delta HbO2濃度變化數(shù)據(jù),。去除每一狀態(tài)的前兩分鐘數(shù)據(jù)使得濃度數(shù)據(jù)達到一個穩(wěn)定狀態(tài),。

預處理后，應用Morlet小波對數(shù)據(jù)進行小波分析,，提取低頻段0.01-0.08 Hz相位動態(tài)信息的振蕩信號,。基于振蕩信號的相位動力學,，建立了各通道對之間的耦合相位振蕩模型,。

統(tǒng)計分析：

采用單因素方差（ANOVA）來分別分析靜息態(tài)和MNES狀態(tài)下腦卒中患者腦區(qū)間耦合強度的顯著性差異。采用卡方檢驗分析兩種狀態(tài)之間腦區(qū)主耦合方向的顯著性差異,，p < 0.05認為差異具有統(tǒng)計顯著性,。

結果

MNES對腦區(qū)間效應連接的影響

與靜息態(tài)相比，MNES任務態(tài)下由LPFC,、RPFC,、LMC和RMC指向LOL的耦合強度呈上升趨勢,。其中連接LPFC→LOL和連接RPFC→LOL的耦合強度顯著增加。MNES任務態(tài)下由LMC,、RMC,、LOL和 ROL指向RPFC的耦合強度較靜息態(tài)下呈上升趨勢，其中連接LMC→RPFC和LOL→RPFC的耦合強度顯著增加,。與靜息態(tài)相比,，健側運動區(qū)指向患側運動區(qū)的耦合強度在MNES狀態(tài)下顯著降低。

圖：靜息態(tài)與MNES狀態(tài)的腦區(qū)間效應連接比較

MNES對腦區(qū)間主耦合方向的影響

靜息態(tài)下腦卒中患者腦區(qū)間的主耦合方向主要是由RPFC指向LPFC,、LMC和RMC以及由LMC和RMC指向LPFC,。這一結果說明靜息態(tài)下腦卒中患者的健側前額葉起主要調節(jié)作用，而患側前額葉主要作為調節(jié)大腦網(wǎng)絡運動區(qū)域的靶點,。在MNES狀態(tài)下,，腦區(qū)間主耦合方向主要是由LPFC指向LMC、RMC,、LOL和ROL,。

圖：腦卒中患者腦區(qū)間的主耦合方向靜息態(tài)（A）和MNES狀態(tài)（B）

結論

      本研究基于fNIRS技術，研究了MNES對腦卒中患者大腦效應連接網(wǎng)絡的影響,。主要結果有：（1）MNES顯著增加前額葉到LOL,、LMC和LOL到RPFC的耦合強度，而健側運動區(qū)指向患側運動區(qū)的耦合強度顯著下降,；（2）與靜息態(tài)相比,，MNES狀態(tài)下的主耦合方向主要由患側前額葉指向運動區(qū)和枕葉；（3）基于fNIRS的效應連接分析可以監(jiān)測MNES對腦卒中患者大腦功能重組的影響,。結果表明MNES可以激發(fā)患側手部的感覺運動反應,，誘發(fā)到患側和健側皮質區(qū)域的功能重組。腦卒中患者在患側MNES狀態(tài)下前額葉至枕葉的神經(jīng)耦合明顯增強,。在MNES狀態(tài)下,，腦區(qū)間主耦合方向主要是由患側前額葉指向雙側運動區(qū)和枕葉區(qū)域，這一結果說明MNES可以促進患側前額葉在功能網(wǎng)絡中的調節(jié)作用,。此外MNES可激發(fā)患側手部的收縮運動,，在這一過程中，健側運動區(qū)指向患側運動區(qū)的耦合強度顯著下降,。結果表明,，MNES干預可導致大腦資源重新分配和誘發(fā)腦卒中患者的皮質可塑性變化。因此,，研究腦卒中患者MNES引起的皮質連通性的變化,，有助于我們進一步解MNES的神經(jīng)作用機制。

參考文獻：Congcong Huo, Xinglou Li, jing Jing, Yanping Ma, Wenhao Li, Yanqin Wang, Wanlin Liu, Yubo Fan, Shouwei Yue, Yonghui Wang *, Zengyong Li *. Median nerve electrical timulation induced changes in effective connectivity in subjects with stroke as assessed with functional near-infrared spectroscopy[J]. Neurorehabilitation and neural repair (2019): 1545968319875952.