《Brain Sciences》：Association Between EEG Activity and Motor Imagery Ability in Single-Joint Movements: A Pilot Study
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背景/目的：本探索性试点研究检验了单关节运动想象期间运动想象能力是否与脑电（EEG）振荡活动相关联。方法：11名健康年轻成人进行了右腕背屈的运动执行、动觉运动想象（KMI）和视觉运动想象（VMI）。使用动觉与视觉运动想象问卷（KVIQ）评估运动想象能力。时频E
背景/目的：本探索性试点研究检验了单关节运动想象期间运动想象能力是否与脑电（EEG）振荡活动相关联。方法：11名健康年轻成人进行了右腕背屈的运动执行、动觉运动想象（KMI）和视觉运动想象（VMI）。使用动觉与视觉运动想象问卷（KVIQ）评估运动想象能力。时频EEG数据采用基于簇的置换检验进行分析。根据研究假设，研究者检验了动觉KVIQ得分与任务起始锁定KMI活动的关系，以及视觉KVIQ得分与任务结束锁定VMI活动的关系。两项分析采用Bonferroni校正阈值p < 0.025。结果：运动执行、KMI和VMI之间未观察到条件水平的EEG差异。动觉KVIQ得分与KMI期间O1处6.5–13 Hz活动呈负相关（p = 0.024），而视觉KVIQ得分与VMI期间任务后F7处10–16.5 Hz活动呈正相关（p = 0.023）。两者均达到Bonferroni校正显著性阈值。相应的描述性Pearson相关系数分别为r = ?0.869和r = 0.937。结论：这些探索性发现不应被解释为稳定脑–行为关联的验证性证据；所报告的相关系数仅基于从同一数据集中选定的簇的描述性总结。需要在更大的独立样本中开展预先指定分析和客观想象表现的测量进行重复验证。
单关节运动想象中EEG活动与运动想象能力关联的探索性研究解读
一、研究背景与目的
运动想象是一种在不进行实际肢体运动的情况下对动作进行心理模拟的认知过程，对工作记忆资源有显著需求，通常可分为两类：动觉运动想象（kinesthetic motor imagery, KMI）强调与运动相关的本体感觉体验如肌肉收缩和关节运动的回忆，而视觉运动想象（visual motor imagery, VMI）涉及从第一或第三人称视角对运动进行心理可视化。基于运动想象的内心排练已被证实能够改善运动计划、协调性和准确性，并因其无需外显动作的特点被广泛整合到神经系统和肌肉骨骼疾病的神经康复方案中，同时也在脑-机接口开发中得到日益广泛的应用。在脑电（electroencephalography, EEG）研究中，事件相关去同步化（event-related desynchronization, ERD）与事件相关同步化（event-related synchronization, ERS）作为评估局部皮层活动任务相关变化的主要指标，其中ERD反映任务相关区域的皮层兴奋性增加，而ERS则表示皮层神经元的抑制状态。
然而，尽管已有大量研究探讨了运动想象的神经机制，这一领域仍存在若干重要局限：许多研究未能明确界定运动想象的模态（KMI与VMI）和视角（第一人称与第三人称），损害了结果的可重复性和可解释性；运动想象能力的个体差异虽已知会影响神经反应，却经常被忽视。已有研究提示，新手及低KMI/VMI能力的个体展现出更强的枕区激活和改变的枕-额信息流动，这与其在内部生成表征较弱时采取视觉中介代偿策略相一致。但是，单关节简单运动想象任务中，个体运动想象能力差异与EEG活动之间的关系仍缺乏充分表征。鉴于单关节运动常被用于运动想象评估和神经康复情境，且其神经关联可能与复杂的全身或多关节任务不同，本研究作为概念验证性试点调查，旨在考察右腕背屈想象任务期间EEG振荡活动与个体动觉和视觉运动想象能力之间的两项理论引导的探索性关联，为后续预先注册的重复研究生成假说，而非提供条件特异性神经机制的验证性证据。基于已有研究，研究者提出两项预期：第一，考察较低的动觉想象能力是否与任务起始锁定时段中枕区alpha频段活动改变相关联；第二，检验VMI能力个体差异是否反映在任务结束锁定时段中任务后的额叶alpha和低beta频段振荡活动中。
三、研究设计与主要方法
本研究为一项具有实验EEG组成部分的横断面试点研究。研究者在2022年3月至2023年7月间招募了13名健康年轻成年人，最终11名参与者（6名男性，5名女性；年龄范围20–30岁，平均23.8 ± 3.4岁）被纳入分析，2名因电极接触不良或任务触发记录故障被排除。所有参与者为右利手（爱丁堡利手量表平均偏侧指数为99.1 ± 3.0）。运动想象能力采用日本版KVIQ-10短表（由Nakano等编制和验证，聚焦上下肢单关节运动）评估。EEG数据在隔音电屏蔽且环境光线恒定的房间中记录，使用Polymate AP-1000生物信号记录仪搭配19号联EEG帽按照国际10–20系统安置，采样率1000 Hz。实验条件包括运动执行（motor execution, ME）、KMI和VMI三种条件，ME条件始终先进行以确保参与者充分理解目标动作，KMI和VMI顺序在参与者间进行平衡。每项条件包含20次试验，每次试验由7秒任务期和7秒休息期组成。EEG预处理采用EEGLAB v2023.0，包含1–40 Hz带通滤波和60 Hz陷波滤波、独立成分分析（ICA）并使用ICLabel移除概率≥70%的非脑成分后回投重建、全脑平均参考、±120 μV伪迹自动剔除及视觉检查。时频分析采用BESA Research 7.1的复解调方法进行，频率分辨率为0.5 Hz，时间分辨率为100 ms。条件水平比较在BESA Statistics 2.0采用基于簇的非参数置换单因素重复测量方差分析（1000次置换，簇形成阈值为p < 0.05，邻域距离4 cm）。基于假设的探索性相关分析在BESA Statistics 2.1进行基于置换的簇水平相关检验，仅分析两张脑电–行为映射图（KMI任务起始锁定活动与动觉KVIQ得分之间的关联，以及VMI任务结束锁定活动与视觉KVIQ得分之间的关联），两图间采用Bonferroni校正后显著性阈值p < 0.025，敏感性分析采用逐一剔除法和百分比弯曲相关分析。
四、主要结果
4.1 参与者的基本特征与心理测量指标
在最初招募的13名健康年轻成年人中，2名因电极接触不良和任务触发记录故障被排除，最终样本包括11名参与者（6男，5女；年龄范围20–30岁，均值标准差为23.8 ± 3.4岁）。爱丁堡利量表显示所有参与者均为强右利手。
4.2 疲劳变化
主观疲劳在实验前后从5.42 ± 1.50增至6.08 ± 2.12（0–10刻度），配对样本t检验显示该变化未达到统计学显著水平（t(10) = 1.40, p = 0.191）。
4.3 运动想象能力得分
动觉得分为16.1 ± 4.7（范围8–22），视觉得分为18.3 ± 3.6（范围11–25），其数值主要在健康年轻成年人KVIQ-10验证研究报告的范围内，尽管本研究样本的动觉得分平均水平较Nakano等人的报道略低。
4.4 条件水平EEG比较结果
基于簇的置换分析未在ME、KMI和VMI之间发现任何显著的条件水平EEG差异。最接近统计学显著水平的簇位于Fz，时频范围为0–2500 ms和28–32.5 Hz（p = 0.052），仍需达到显著性标准，故未进行事后两两比较。这一结果可能反映单关节简单运动想象中振荡分化有限，或受限于样本量较小导致的检验效力不足。
4.5 假驱动的EEG–KVIQ相关分析结果
在动觉任务起始锁定KMI分析中，O1电极处1800–3400 ms和6.5–13 Hz时段检测到一个负向簇水平关联（置换推导簇水平p = 0.024），满足两项分析间的Bonferroni校正显著性阈值。该簇平均参与者水平值与动觉KVIQ得分的描述性Pearson相关系数为r = ?0.869，表明更高的动觉想象能力与更低的枕区alpha频段相对幅度变化相关联。在视觉任务结束锁定VMI分析中，该簇位于F7电极1000–3900 ms和10–16.5 Hz时段，覆盖高alpha和低beta频段（置换推导簇水平p = 0.023），也满足Bonferroni校正标准。该簇水平的描述性Pearson相关系数为r = 0.937，说明更高的视觉想象能力对应任务后更高的额叶alpha与低beta频段活动增加。然而需要注意，研究者在解读阶段特别指出相关系数和置信区间因簇与数据来自同一样本，应视作描述性总结而非总体效应的独立估计。
4.6 敏感性分析结果
针对KMI–O1关联，逐一剔除每一位参与者的leave-one-out分析中Pearson相关始终保持负向（r = ?0.804至?0.916），百分比弯曲相关也呈显著负相关（r_pb = ?0.811, p = 0.002）。针对VMI–F7关联，leave-one-out分析中相关方向上持续为正（r = 0.883至0.958），但百分比弯曲相关衰减至不显著水平（r_pb = 0.489, p = 0.127）。由于这些敏感性分析使用了全样本中已固定的簇，其功能是评估个别观测值的影响而非独立验证。研究指出，因其群簇选择与相关性估计均源于同一小样本数据集，敏感性分析结果不能独立确证这两个脑–行为关联的真实性，观察到的相关强度可能高估了总体效应。
五、讨论与结论总结
在讨论部分，研究人员指出KMI–O1负相关的可能解释涉及枕区alpha振荡与视觉皮层处理的关系。以往基于全身运动的研究曾报道低KMI能力个体在想象过程中枕区视觉区域激活增强，反映其较难构建基于躯体感觉的运动表征，从而采用代偿性视觉策略。而本研究使用单关节重复运动，身体表征的定位更集中，可能降低了视觉代偿策略的必要性和贡献。然而研究强调，幅度变化以块内基线为参照且头皮水平O1活动不构成视觉皮层抑制的直接证据，不应将这一发现解读为特定皮层机制或代偿性视觉策略的证据。对于VMI–F7正相关，F7电极可能反映了左侧额叶和额极区域的神经活动，额叶皮层在运动想象中被认为比实际运动执行时更活跃，且任务后额叶振荡功率增加与认知脱离和任务正网络失活有关。然而该关联对抗强观测值敏感，且条件水平ANOVA未显示组间差异，故应视为假说生成性发现。研究人员归纳了若干研究局限，包括样本量小、KVIQ自评问卷的单一测量方式缺乏客观指标（如运动计时法）、无语动描记或动作记录、无独立静息态基线、未分析高频gamma频段（可能有助认知过程）、样本仅含健康年轻成人且任务限于简单单关节运动，所得结果可能无法推广至老年人群、神经系统疾病患者或更复杂的多关节运动情境。研究结论强调本探索性试点确认为两项假说驱动的簇级关联（动觉KVIQ得分与KMI期间O1活动间负相关；视觉KVIQ得分与VMI期间任务后F7活动间正相关），均满足Bonferroni校正阈值。但鉴于样本量小（n = 11）、条件水平EEG差异缺失、簇与相关系数均源于同一数据集等情况，这些发现应视为探索性和假说生成性的，而非稳定脑–行为关联的验证性证据。研究明确呼吁采用预注册方式在大、规模独立充足效能的样本中开展预指定分析窗口并纳入客观想象表现指标（如运动计时法）的验证性研究，并考虑扩展频率范围至gamma带及网络水平测量，以确认上述两种潜在的关联模式是否具有可重复性和推广价值。
