单侧股骨截肢者直立站立时的皮质肌肉相干性：感觉运动整合与平衡控制机制研究

本研究针对下肢截肢患者平衡控制障碍问题，首次探索了单侧股骨截肢者在静立状态下大脑运动皮层与躯干/健侧下肢肌肉的皮质肌肉相干性(CMC)。通过EEG-EMG同步记录结合定向小波相干分析，发现截肢组在α/β频段CMC显著增强，且视觉反馈缺失时皮质控制模式发生特异性改变。该成果发表于《Brain Communications》，为理解截肢后神经肌肉重组机制及智能假肢研发提供了新依据。

　　

研究背景与意义
人类双足站立本质上是不稳定的过程，需要大脑与肌肉持续协同工作。对于单侧股骨截肢患者而言，即使简单的静立也充满挑战——这不仅源于支撑面减少和假肢机械限制，更涉及深层的神经重塑：感觉反馈环路中断引发运动皮层重组，健侧肢体代偿性过度使用导致控制策略改变。现有研究多关注截肢者的生物力学特征，但对支配这些行为的神经机制，尤其是大脑与肌肉间的动态耦合知之甚少。

德国弗莱堡大学跨学科团队在《Brain Communications》发表的这项研究，首次将皮质肌肉相干性(CMC)分析引入截肢者平衡控制研究。通过比较10名单侧股骨截肢者与健康对照的EEG-EMG同步信号，揭示了视觉反馈调控下特异性神经耦合模式，为理解截肢后神经适应机制提供了全新视角。

关键技术方法
研究采用病例-对照设计，截肢组均使用现代智能假肢（如Ottobook Genium）。实验记录静立状态（睁眼/闭眼/认知双任务）下32导联EEG和4组表面EMG（胫骨前肌TA、腓肠肌GM、腹外斜肌ExO、竖脊肌ES）。通过小波相干分析计算定向CMC，采用替代数据法确定显著性阈值，结合PERMANOVA多变量分析比较组间差异。功率谱密度(PSD)分析重点考察运动皮层α波段活动特征。

主要研究结果

1. 运动皮层功率谱特征

• 截肢组健侧半球（控制假肢侧）α波段功率显著降低（p<0.001），整体功率升高
• 闭眼任务中，中央区电极（C3/C4）显示健侧半球β波段活动增强
• 双任务引发截肢组广泛γ波段激活，提示认知负荷增加

2. 躯干肌肉CMC差异

• 传入通路：截肢组在所有频段CMC值均高于对照（p=0.001），尤以α波段（8-12 Hz）差异最大
• 传出通路：闭眼时截肢组CMC值骤降（交互作用p=0.01），反映视觉反馈对皮质控制的特异性调控

3. 下肢肌肉CMC模式

• 传入相干性在睁眼任务中截肢组TA肌肉β波段CMC升高37%（p=0.027）
• 健侧GM肌肉在双任务中呈现独特低频耦合（4-6 Hz），可能反映代偿性共激活策略

讨论与展望
该研究首次证实：单侧截肢会引发双侧运动皮层功能重组，表现为健侧半球α振荡抑制（提示视觉依赖增强）与患侧半球β活动亢进（反映运动抑制解除）。定向CMC分析揭示出"视觉-皮层-肌肉"通路的重编程：当视觉输入缺失时，截肢者无法有效维持常规的皮质-躯干肌肉耦合，转而依赖健侧下肢的异常低频同步。

这些发现对康复医学具有双重意义：一方面，α波段PSD特征可作为评估假肢适应性的客观指标；另一方面，特定频段CMC模式为开发闭环神经假体（如通过γ波段反馈增强平衡信心）提供了靶点。未来研究可结合经颅磁刺激(TMS)进一步验证这些耦合的因果性，或通过虚拟现实训练调控α振荡以改善截肢者的姿势控制。