基于实时fMRI神经反馈调节功能性神经障碍中的能动感：一项概念验证研究

《NeuroImage: Clinical》：Modulating the sense of agency in functional neurological disorder using real-time fMRI neurofeedback: a proof-of-concept study

本研究针对脑瘫（CP）患者运动功能与感觉运动皮层振荡异常的问题，通过为期8周的地面步态训练干预，结合脑磁图（MEG）技术，探究了物理疗法对感觉运动皮层神经振荡及临床功能的影响。结果表明，干预后患者感觉运动皮层β事件相关去同步化（ERD）增强，运动相关伽马同步化（MRGS）减弱，且β ERD变化与起立-行走计时测试（TUG）改善显著相关。该研究为神经科学指导的康复策略提供了重要证据，发表于《NeuroImage: Clinical》。

　　

脑瘫（Cerebral Palsy, CP）作为一组因围产期脑损伤导致的运动障碍综合征，虽被归类为非进展性神经系统疾病，但患者随年龄增长常出现移动能力进行性下降的严峻挑战。维持移动能力不仅是实现自我独立护理的核心要素，更是积极参与社会活动的重要基础。然而，当前针对CP成年患者的医疗资源，特别是基于循证医学的干预措施相当有限，导致他们在面对年龄相关的功能变化时，往往难以获得有效的专业支持。更值得关注的是，许多传统的物理治疗方法仍主要聚焦于肌肉骨骼系统的改善，未能充分针对CP的神经病理学核心特征——感觉运动皮层神经振荡异常。近年来的脑磁图（Magnetoencephalographic, MEG）研究逐步揭示，CP患者在执行运动任务时，其感觉运动皮层的β频段（15-30 Hz）和伽马频段（70-90 Hz）神经振荡活动存在显著异常。具体表现为运动准备和执行阶段的β事件相关去同步化（Event-Related Desynchronization, ERD）减弱，以及运动执行期的运动相关伽马同步化（Movement-Related Gamma Synchronization, MRGS）增强，这些异常神经活动与患者的运动控制障碍、反应迟缓及移动功能受损密切相关。因此，开发能够针对性调节这些异常神经活动、促进神经可塑性的康复干预策略，已成为改善CP患者长期功能预后的关键突破口。

在此背景下，由Morgan T. Busboom等人组成的研究团队在《NeuroImage: Clinical》上发表了一项创新性研究。该研究旨在评估一项为期8周、强调运动计划、执行及问题解决的地面步态训练方案，能否在改善CP患者移动功能的同时，诱导其感觉运动皮层振荡活动产生有益的重塑。研究团队提出核心假设：CP患者在干预前将表现出较正常对照（Neurotypical, NT）更强的β ERD和更弱的MRGS；而经过步态训练干预后，其移动功能将得到改善，感觉运动皮层振荡将表现为β ERD减弱和MRGS增强，且这些神经振荡的变化将与临床功能改善程度相关。

为验证这些假设，研究纳入了34名GMFCS（Gross Motor Function Classification Scale）分级为I-III级的CP患者（年龄21.56±7.28岁）和32名年龄匹配的NT对照（年龄23.06±3.79岁）。CP组完成了为期8周（每周3次，共24次）的地面步态训练，其核心要素包括：1）通过新颖/丰富的运动增强体感经验的探索性活动；2）促进步态适应和速度维持的足强度活动；3）强调为应对环境与任务限制而需改变下肢运动学的计划与问题解决的优化挑战性活动。干预前后，对CP组进行了系列临床评估，包括功能性步态评估（Functional Gait Assessment, FGA）、步速动态范围（最快步速与偏好步速之差）和起立-行走计时测试（Timed Up and Go, TUG）。神经影像学评估方面，采用MEG记录所有参与者（CP组干预前后，NT组单次）在执行下肢（膝伸展）主动-反应控制任务时的脑活动，重点分析感觉运动皮层在运动准备期（-250至0 ms）和执行期（0至250 ms）的β ERD，以及运动执行期（50至350 ms）的MRGS。

本研究的关键技术方法主要包括：1）采用针对脑瘫患者设计的、包含主动和反应两种条件的时钟提示膝伸展运动范式的脑磁图（MEG）任务，用于评估感觉运动皮层振荡；2）基于最小方差向量波束成形算法进行MEG源成像，并提取虚拟传感器时间序列以量化β事件相关去同步化（ERD）和运动相关伽马同步化（MRGS）的强度；3）使用线性混合效应模型（Linear Mixed-Effect model, LME）统计方法分析组别、任务条件及其交互作用对神经振荡和行为数据的影响，并控制试验次数差异的干扰；4）对34名GMFCS I-III级的脑瘫患者进行干预前后的临床功能评估（包括功能性步态评估FGA、步速动态范围和起立-行走计时测试TUG），以量化治疗效果。

临床结局结果

干预后，CP患者在各项移动功能指标上均表现出显著且具有临床意义的改善。FGA评分提升了8.77%，步速动态范围扩大了38.94%，TUG完成时间缩短了15.97%，且后两者的改善幅度均超过了最小临床重要差异值，表明步态训练有效提升了患者的动态平衡、步行适应性和整体功能性移动能力。

运动行为结果

在MEG任务行为表现上，统计分析显示存在显著的组别主效应和任务条件主效应。NT对照组的反应时显著快于CP组（干预前和干预后），但CP组干预前后的反应时无显著差异。所有参与者在反应条件下的反应时均慢于主动条件，但在反应变异性上，主动条件却高于反应条件。

传感器水平和源水平结果

传感器水平时频分析揭示了在运动准备和执行阶段（-250至250 ms）显著的β ERD（18-28 Hz）以及在运动执行后（50-350 ms）显著的MRGS（64-78 Hz）。源定位分析表明，这些振荡活动均起源于对侧感觉运动皮层的腿部区域。

β皮层振荡

对运动准备期β ERD的分析显示显著的组别主效应和任务条件主效应。事后检验表明，NT对照组的β ERD最强，CP组干预后的β ERD强于干预前，并且更接近NT水平，但仍与NT有差异。反应条件下的β ERD强于主动条件。在执行期，仅存在显著的组别主效应，β ERD的强度模式与准备期一致（NT > CP_post > CP_pre）。

伽马皮层振荡

对MRGS的分析显示显著的组别主效应。事后检验表明，CP组干预后的MRGS显著弱于干预前，而NT对照组的MRGS与CP组干预前和干预后均无显著差异。

皮层振荡与临床相关性

相关性分析发现，CP患者干预前后β ERD在运动准备期的变化量与TUG的变化量呈显著正相关，即β ERD增强越明显的个体，其TUG成绩改善也越大。其他临床指标与振荡活动变化量之间的相关性未达到统计学显著性。

综上所述，这项研究证实，一项融合了丰富体感经验、足量强度以及强调运动计划与问题解决等关键要素的地面步态训练方案，不仅能有效改善脑瘫患者的移动功能，还能诱导其感觉运动皮层振荡产生有益的神经可塑性变化。具体表现为运动相关β振荡活动增强（更接近正常模式）和伽马振荡活动减弱（可能反映了神经效率的提升）。更重要的是，运动计划阶段β ERD的增强与TUG表现的改善显著相关，这为“运动计划过程的优化是步态训练带来功能增益的重要神经基础”提供了直接证据。该研究首次将特定物理疗法引导的皮层振荡变化与功能性移动改善相联系，强调了将神经科学原理融入康复干预设计的重要性，为开发针对神经生理缺陷的、精准的脑瘫康复策略奠定了坚实基础，对优化脑瘫患者全生命周期的功能结局具有重要的理论和实践意义。