运动过程中大脑和肌肉之间存在一定程度的信息交流，卒中后的运动障碍一般由控制运动的神经通路损伤引起，因此探索神经通路在运动任务中的作用，将有助于深入研究运动功能障碍的机制，为评价神经运动功能提供新的视角。皮质肌肉相干性（Corticomuscular coherence, CMC）是一种分析大脑皮层和肌肉之间皮质脊髓通路功能连接的有效方法，是卒中评估的良好指标。但目前对卒中患者CMC的评估研究集中在上肢，卒中患者大脑与下肢功能连接的研究尚不完善。
最近，天津大学徐瑞副教授团队应用CMC分析对卒中患者下肢运动功能进行了评估，成果发表在《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》期刊上。
该研究团队共招募并记录了12名卒中患者和15名健康受试者（对照组）在单侧静态踝关节背屈时24通道脑电图（EEG）和胫骨前肌（TA）、外侧腓肠肌（LG）和内侧腓肠肌（MG）的肌电图（EMG），分析了卒中患者和健康对照组Cz导联脑电与不同肌肉肌电在不同频带下的CMC的组间差异，绘制了不同肌肉不同频带下的所有被试平均CMC脑地形图，最后使用CMC均值与下肢功能量表做了相关性分析。
图1 实验设计。（A）在实验过程中，被试舒适地坐在距离24英寸LCD屏幕约1米的椅子上，采用32通道脑电帽采集24个通道的EEG信号，采用无线肌电采集装置采集下肢胫骨前肌、外侧腓肠肌和内侧腓肠肌的EMG信号。（B）每个被试需要完成5组实验，每组实验包括10个试次，每个试次由准备、动态踝背屈、静态踝背屈和休息4个环节组成，分析静态踝背屈过程中的CMC。
对卒中患者和健康对照组在alpha、beta、gamma频带Cz脑电和TA、LG、MG肌电信号之间的CMC进行对比，发现卒中患者beta和gamma频带的平均CMC显著低于健康对照组（图2）。
图2 卒中患者和健康对照组的不同频带下Cz和不同肌肉之间CMC的组间对比
在健康对照组中，24导联脑电和胫骨前肌肌电之间构成的CMC脑地形图在大脑皮层的中心显示出显著的相干性，而在卒中患者中则没有明显的相干性，外侧腓肠肌和内侧腓肠肌CMC脑地形图结果和胫骨前肌类似（图3）。
图3 卒中患者（A、B、C）和健康对照组（D、E、F）在alpha（A、D）、beta（B、E）和gamma（C、F）频带下不同导联脑电和TA肌电之间的CMC脑地形图
CMC与下肢Fugl-Meyer评估（FMA）之间存在显著正相关，包括beta频带Cz-TA、beta频带Cz-LG和gamma频带Cz-MG，因此建立了CMC与下肢FMA的多元线性回归模型（图4）。
图4 相关性和回归分析结果。（A）beta频带Cz-TA CMC与下肢FMA的相关性。（B）beta频带Cz-LG CMC与下肢FMA的相关性。（C）gamma频带Cz-MG CMC与下肢FMA的相关性。（D）回归分析得到的预测下肢FMA和实际下肢FMA之间的散点图，绿色虚线表示实际和预测下肢FMA相等的位置。
以上结果表明，卒中患者下肢CMC显著降低，因此大脑皮层和下肢肌肉之间的CMC可作为卒中康复评估新型生物标志物。
该研究由天津大学明东教授和徐瑞副教授联合指导完成。
徐瑞副教授
徐瑞，博士，天津大学神经工程团队副教授。研究方向包括人体步态分析，运动康复的电生理分析等，特别是脑卒中康复评估方法。近年来，在国内外重要期刊及学术会议上发表论文20余篇，获得授权发明专利19项。作为项目负责人主持了国家自然科学基金面上项目、青年项目，中国博士后基金面上资助，应急管理部面上项目等。
原文链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9931171/
Xu R, Zhang H, Shi X, et al. Lower-Limb Motor Assessment with Corticomuscular Coherence of Multiple Muscles during Ankle Dorsiflexion after Stroke[J]. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2022.