双手协调和脊髓神经调控：经皮脊髓刺激如何改变双手动作的神经基质

背景：人类以复杂的方式使用双臂，往往要求双手协调。神经系统疾病限制了人类运动系统这一显著特征。了解神经调控技术如何改变双手协调的神经机制，是设计有效康复干预的重要一步。非侵入性激活脊髓的经皮脊髓刺激(TSCS)促进了脊髓损伤后运动功能的恢复。许多研究试图使用各种电生理工具捕捉这些效应的基础神经机制，但尚不清楚TSCS对通过脑电图(EEG)记录的皮层节律的影响，尤其是在双手动作期间。

研究者在12名神经完好的参与者中，调查了颈部TSCS对感觉运动皮层振荡的影响。他们检查了TSCS应用期间运动运动学的变化，以及执行单手和双手臂伸展运动（代表日常生活活动）期间的皮层激活水平和两个半球之间的连接性。行为评估结果显示，在TSCS应用期间，双手共同目标动作的运动时间和错误有所改善，但在单手和双手双目标动作表现中未发现TSCS的差异。

研究源头：本文由Behdad Parhizi、Trevor S. Barss、Alphonso Martin Dineros、Gokul Sivadasan、Darren Mann 和 Vivian K. Mushahwar共同撰写。作者来自多个研究机构，该研究发表在2024年的《Journal of Neuroengineering and Rehabilitation》期刊上。

研究方法和结果

方法

本研究设计了三种臂伸展达标运动，分别为： 1. 单手视觉引导伸展工（VGR） 2. 双手双目标VGR 3. 双手共同目标VGR

在颈部脊髓应用TSCS后，通过肘关节和肩关节在水平面上的动作，使用Kinarm外骨骼机器人进行以上动作。受试者在没有和有TSCS的情况下执行上述任务，使用脑电图(EEG)记录皮层活动，特别注意α频段(8-12Hz)和β频段(13-30Hz)与感觉运动过程相关的皮层活动。

结果

研究表明，在α频段，颈部TSCS在一次性运动和双手双目标运动期间显著增加了初级运动皮层中光谱功率，并在α频段一次性运动期间增加了初级感觉皮层的光谱功率。在β频段，TSCS显着增加了在共同目标双手运动和单手运动执行期间初级运动和感觉皮层中的光谱功率。此外，只有在有TSCS期间执行单手任务时，才观察到初级运动皮层中α频段的双半球连接性显著增加。

结论与意义

此发现表明，颈部TSCS作为施加在脊髓上的一种神经调节技术，对于执行单手和双手臂运动时的脊髓超皮层效应提供了首次信息，并且证实了前期研究中报道的TSCS对在皮层级别的抑制作用。这些发现可能谷导致使用TSCS为未来上肢功能恢复设计更好的康复干预。

研究的局限性包括其在神经系统完好的受试者中进行，推断TSCS对神经受损个体的影响还需进一步研究。此外，本研究未评估刺激后运动性能在没有刺激时的短期或长期效果，也未在受试者中测试如内皮层抑制(IHI)或SICI等指标，它们可以提供有关皮层内抑制和兴奋相互作用和网络的宝贵知识。