基于MI-BCI的脑电微状态与功能连接分析揭示脑瘫儿童下肢机器人训练中的皮层兴奋性改变

编辑推荐：为解决脑瘫(CP)儿童运动康复难题，郑州大学第三附属医院团队通过脑电微状态(EEG microstate)和功能连接(FC)分析，探究了运动想象-脑机接口(MI-BCI)对皮层兴奋性的影响。研究发现，MI-BCI显著增强与注意和运动规划相关的微状态D活动，并提升δ、θ、γ频段功能连接强度，为CP儿童下肢康复提供了新理论依据。

　　脑瘫(CP)是儿童期最常见的致残性疾病，全球发病率稳定在2-3‰，但其康复仍面临巨大挑战。传统疗法与新兴技术如机器人辅助训练、虚拟现实等虽取得进展，但针对CP儿童的运动功能重建仍缺乏高效手段。运动想象(MI)和脑机接口(BCI)技术的结合为这一领域带来曙光——通过将大脑运动意图转化为外部设备控制指令，形成闭环康复系统。然而，MI-BCI在CP儿童中的应用机制尚不明确，尤其是其对脑功能网络动态的影响亟待探索。

郑州大学第三附属医院康复医学科团队在《Scientific Reports》发表研究，首次通过脑电微状态和功能连接分析，揭示了MI-BCI对CP儿童皮层兴奋性的调控作用。研究纳入20例4-6岁痉挛型双瘫CP患儿，采集静息(REST)、单纯MI及MI-BCI三种状态的脑电信号，采用k-means聚类识别微状态类别，结合加权相位滞后指数(wPLI)构建功能网络。

关键技术包括：1)基于国际10-10系统的30导联EEG采集；2)Cartool工具进行2-20 Hz频段的微状态分析，提取持续时间、覆盖率和转换概率等参数；3)HERMES工具箱计算δ(0.1-4 Hz)、θ(4-8 Hz)、α₁(8-10 Hz)、β(12-30 Hz)等频段功能连接；4)网络基统计(NBS)方法比较组间差异。

微状态拓扑结构对比
静息状态下微状态A(听觉网络相关)占比最高，而MI和MI-BCI显著增强微状态D(背侧注意网络)的持续时间和覆盖率，提示任务态下注意力资源募集增加。MI-BCI还降低默认模式网络相关微状态C的持续时间，表明其更有效抑制任务无关脑区活动。

时间参数与转换特征
与REST相比，MI和MI-BCI使微状态D覆盖率提升27.8%-28.7%，而微状态A频率降低至2.46-2.81 Hz。转换概率分析显示，MI-BCI促使其他微状态向D类转换的概率显著增高，反映任务导向的脑网络重组。

多频段功能连接差异
在δ和γ频段，MI-BCI在FP1-CPz、F4-P3等电极对的连接强度超越REST，涉及前额叶-运动皮层通路；θ频段MI-BCI在Cz-P3的连接增强，提示运动-视觉整合加强；β频段FC4-Cz连接强化则与高级运动控制相关。这些变化共同构成MI-BCI促进神经功能重塑的 electrophysiological 证据。

结论与意义
该研究证实MI-BCI能特异性调控CP儿童的脑电动态：1)增强注意和运动规划相关微状态活动；2)优化多频段功能连接模式，尤其在θ和γ频段形成更高效的网络协同。这为机器人辅助康复提供了神经机制层面的理论支撑，也为开发个体化BCI训练方案奠定基础。未来需扩大样本量并延长干预周期，进一步验证其临床转化价值。