双脉冲500微秒宽脉冲神经肌肉电刺激增强感觉运动皮层兴奋性的机制研究

这篇研究通过对比不同脉冲参数（VFT/CFT）的神经肌肉电刺激（NMES）模式，发现双脉冲500μs宽脉冲可变频率序列（wDFT）能显著增强感觉运动皮层β频段事件相关去同步化（ERD）振幅和斜率，其机制可能与宽脉冲优先激活感觉传入纤维、增强中枢神经调控有关。该成果为优化运动功能障碍康复的NMES参数提供了新策略。

　　

研究背景

运动功能障碍常伴随中枢神经系统兴奋性降低，神经肌肉电刺激（NMES）通过外周和中枢双重通路促进功能恢复。传统恒频序列（CFT）主要激活运动传出通路，而可变频率序列（VFT）和宽脉冲刺激被报道可增强感觉传入。本研究创新性地将500μs宽脉冲与双脉冲可变频率序列（wDFT）结合，探究其对感觉运动皮层兴奋性的调控作用。

研究方法

9名健康受试者接受四种NMES模式刺激右肱二头肌：窄脉冲CFT（nCFT）、宽脉冲CFT（wCFT）、窄脉冲VFT（nVFT）和宽脉冲VFT（wDFT）。通过惯性测量单元（IMU）记录肘屈曲运动，同步采集脑电（EEG）信号分析C3电极的β频段ERD特征，包括振幅绝对值（ERD_abs）和下降斜率（ERD_Slope）。

研究结果

1. 运动表现：四种模式诱发的肘屈曲角度（约50°）和持续时间（2.5-3s）无显著差异（p>0.05），但电流强度存在差异。
2. 皮层兴奋性：
   • wDFT诱导的β ERD振幅（3.31±1.3 dB）显著高于wCFT（2.27±1.10 dB，p<0.05）和nCFT（2.26±1.11 dB），其ERD下降斜率（3.39±0.99 dB/s）也最快（p<0.05）。
   • VFT整体比CFT诱发更强的皮层活动，且宽脉冲进一步放大该效应。
3. 刺激效率：wDFT的相位电荷效率（单位电荷诱导的ERD）显著高于nVFT（p<0.05），提示宽脉冲可优化感觉纤维激活。

机制讨论

• 感觉传入优势：宽脉冲（500μs）因感觉纤维的强度-时间常数较大，能以更低电荷阈值优先激活，增强中枢传入。
• VFT的异步募集：双脉冲VFT通过时空总和效应异步激活运动单位，同时促进感觉纤维募集，协同增强皮层调控。
• 康复意义：wDFT通过提升感觉输入和皮层可塑性，为脑卒中等运动障碍康复提供参数优化新思路。

局限与展望

研究未采用随机刺激顺序，且需在病理模型中验证。未来可结合更多运动学参数和跨尺度神经调控技术深化机制研究。

（注：全文严格依据原文数据与结论缩编，未添加非文献支持内容）