脊髓损伤患者前臂运动期间感觉运动皮层活动的改变及其对运动意图解码的启示

这篇研究通过脑电图（EEG）源定位和功率谱密度（PSD）、事件相关频谱扰动（ERSP）分析，揭示了脊髓损伤（SCI）患者尝试上肢运动时感觉运动皮层的活动减弱与功能重组特征。研究发现，SCI患者运动相关独立成分（IC）簇减少，θ/α/β频段功率调制异常，且皮层活动潜伏期显著早于健康人群。这些发现为改善运动意图解码精度和推动脑机接口（BCI）临床应用提供了关键神经机制依据。

　　

4.1 脊髓损伤患者运动相关皮层激活簇减少

研究通过独立成分分析（ICA）发现，脊髓损伤（SCI）患者尝试前臂运动时，运动相关独立成分（IC）簇数量显著少于健康人群。健康受试者激活的初级运动皮层（BA4区）和辅助运动区（BA6区）在SCI患者中仅保留初级运动皮层，且激活范围缩小。这一现象可能与SCI后皮质脊髓束白质体积减少、树突棘密度降低有关。值得注意的是，猴类脊髓半切损伤模型中也观察到类似的手部表征区减少现象，提示跨半球功能代偿的可能机制。

4.2 感觉运动皮层活动强度减弱

功率谱密度（PSD）分析显示，SCI患者运动执行期间感觉运动皮层的θ频段（3-7 Hz）功率显著降低，而健康人群的α频段（7-13 Hz）功率增强现象在SCI患者中明显减弱。特别的是，左侧感觉皮层β频段（13-30 Hz）功率下降幅度达统计学差异（Bonferroni校正后p=0.000498）。前扣带回皮层表现出独特的代偿性激活模式：SCI患者主要激活背侧前扣带回（BA32区），其θ/β/γ频段功率显著高于健康人群的腹侧前扣带回（BA24区）活动，可能反映运动监测和错误修正功能的代偿增强。

4.3 皮层功率调制的时序改变

事件相关频谱扰动（ERSP）分析首次揭示了SCI患者皮层活动潜伏期的特征性改变：

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  θ频段：在运动准备期，SCI患者左侧运动皮层的θ功率升高较健康人群提前约500毫秒，提示感觉运动整合功能异常

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  α频段：健康人群右侧运动皮层在运动启动期出现的α功率抑制性门控效应（可能用于过滤干扰信号）在SCI患者中消失

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  β频段：所有受试者在运动执行期均出现β功率下降，但SCI患者的下降峰值比健康人群平均提前300毫秒

这种时序差异可能与SCI患者需要更强的注意力资源来启动运动尝试有关。值得注意的是，辅助运动区在健康人群中表现出θ功率升高与α/β功率下降的"三阶段"调制模式，而SCI患者该区域功能完全缺失。

临床应用展望

这些发现为开发针对SCI患者的精准康复策略提供了新方向：

1. 1.

   基于θ频段异常的神经反馈训练可能改善运动计划功能

2. 2.

   靶向背侧前扣带回的经颅磁刺激（TMS）或可增强运动监控能力

3. 3.

   运动解码算法应加入潜伏期校正参数以提高脑机接口（BCI）控制精度

   研究局限性包括未探讨皮层间功能连接变化，以及缺乏超声神经调控等干预效果的验证。未来研究可结合弥散张量成像（DTI）进一步揭示白质通路重组与皮层活动改变的关联性。