[发明专利]基于经颅电刺激脑肌耦合的运动障碍皮层可塑性管理方法

说明书

本发明提出了一种基于经颅电刺激脑肌耦合的运动障碍皮层可塑性管理方法。本发明首先分析功能脑区多导联EEG信号，采用脑功能网络建模方法计算出连通率、小世界特性的脑功能网络指标，对tDCS刺激前后的脑功能网络特性做出比较，揭示运动活动期间受激半球的功能前区、功能区和功能感知区的功能连接和神经重塑规律。然后采用基于动态回归模型因果测度的多层次神经肌肉耦合分析的方法，提取脑‑脑、脑‑肌和肌‑肌耦合特征指标，从不同侧面描述了上肢运动功能的康复效果。最后研究脑肌电耦合特征与tDCS对神经可塑性的影响规律之间的相关性，为进一步tDCS的刺激方式和参数改进提供依据，实现运动功能皮层神经重塑的有效引导和管理。

技术领域

本发明属于模式识别领域，涉及主动康复机器人中利用运动想象进行运动康复训练，在外部刺激干预和运动康复评价基础上的一种运动功能障碍皮层可塑性管理方法，特别涉及一种基于经颅直流电刺激和脑肌电耦合分析的运动功能障碍皮层可塑性管理方法。

背景技术

脑卒中是世界范围内常见的脑血管疾病之一，发病后患者往往会遗留运动功能障碍，并且运动功能恢复缓慢、难度大、预后差，成为康复治疗中的重点和难点。近年来脑科学发展迅猛，神经生理学、脑功能网络理论、脑机接口等多学科交叉的研究成果，给脑卒中患者的运动康复带来了新手段，成为提高康复效果和缓解康复资源不足的重要途径。

神经可塑性理论指出，中枢神经系统受损的患者，采取及时合理的自主性康复治疗，可以通过神经组织形态改变或代偿重建运动神经通路，使运动功能获得一定的恢复。近年来，经颅电刺激(tDCS)作为一种中枢干预康复治疗方法受到广泛关注，主要是通过对相关功能脑区进行刺激，调节皮层活性，提高突触可塑性，引发长时效应致可塑性发生不可逆改变。虽然tDCS在直接调节皮层活性和引导运动神经冲动向脊髓束传递方面具有明显优势，但还缺乏其影响规律的了解。脑功能网络分析方法可以从全局角度反映肢体运动时各个脑区的信息传递与分工协作机制，能有效表达运动感觉皮层活动规律。因此本发明采用复杂脑功能网络建模方法，以不同脑区间脑电信号关联矩阵表达脑功能网络的拓扑结构，采用图论、谱分析和矩阵论等方法提取描述网络节点之间关系的拓扑特征，表达tDCS对皮层活跃度及脑功能网络特征的影响规律。

目前基于tDCS的康复治疗方法大多采用固定的刺激方式和参数，尚没有根据康复效果评价做出灵活的改变机制，制约了运动功能中枢神经的重塑效果。根据人体运动的神经生理学理论，正常运动控制是指中枢神经系统运用现有及以往的信息，通过骨骼肌的参与将神经能转化为动能并使之完成有效的功能活动。脑电信号(EEG)和肌电信号(EMG)分别体现了大脑对肌肉的运动控制信息和肌肉功能响应的感觉反馈信息活动状态，通过脑肌电耦合分析可以反映运动控制过程中神经肌肉间的功能联系，不仅为理解运动控制过程及运动障碍的病理机制提供了理论基础，而且还可以为运动功能康复效果评价提供可靠的生物标记。本发明利用基于EEG和EMG的多层次脑功能网络和皮层肌肉耦合分析技术，研究tDCS对神经可塑性的影响规律，在康复效果方面进行及时全面的运动功能评价，根据评价结果对tDCS干预方式进行调整，实现神经重塑的有效管理。

发明内容

为了完善现有康复治疗方法的不足，改进运动功能中枢神经的重塑效果，本发明提出了一种基于tDCS和脑肌电耦合分析的运动功能障碍皮层可塑性管理方法。首先分析功能脑区多导联EEG信号，采用脑功能网络建模方法计算出连通率和小世界特性的脑功能网络指标，比较tDCS刺激前、后的脑功能网络特性，从而揭示运动活动期间受激半球的功能前区、功能区和功能感知区的脑功能网络连接关系的特征变化。然后采用基于动态回归模型因果测度的多层次神经肌肉耦合分析的方法，提取脑-脑，脑-肌肌-肌耦合特征指标，得出康复效果。最后研究脑肌电耦合特征与tDCS电刺激对神经可塑性的影响规律之间的相关性，为进一步tDCS的刺激方式和参数改进提供依据，实现运动功能皮层神经重塑的有效引导和管理。

为了实现以上目的，本发明方法主要包括以下步骤：

步骤1.采集患者处于不同的康复训练阶段的脑电EEG和相应部位肌电EMG数据。