rTMS联合运动训练影响脑皮层活动的溯源分析

摘要

脑卒中后常伴随运动功能障碍，最大程度的提高运动功能是脑卒中后的康复目标。临床研究表明，相比于运动训练，重复经颅磁刺激(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation，rTMS)联合运动训练可以更有效的提高脑卒中患者的运动功能。此后，为了更好的将rTMS联合运动训练方法进行应用，研究者使用了头皮脑电探讨了rTMS联合运动训练对脑活动的影响。然而头皮记录的脑电信号是脑内神经活动源放电在脑电电极处叠加的结果，该结果不能准确的反映大脑皮层的活动。因此，本文利用皮层定位精度高的标准化低分辨率电磁断层扫描技术（standardized low resolution electromagnetic tomography analysis，sLoreta）溯源方法探讨rTMS联合运动训练对脑皮层活动的影响。 本文将健康受试者的非利手类比于脑卒中患者的患侧手，通过rTMS联合运动训练提高非利手的运动能力。募集了19名健康受试者，随机分到rTMS联合运动训练组和运动训练组。rTMS联合运动训练组利用rTMS刺激左侧初级运动皮层，结束后使用非利手进行运动训练;运动训练组仅进行的非利手运动训练，共持续14天。分别在运动训练和rTMS联合运动训练前后采集行为学数据、闭目静息态脑电信号及TMS诱导脑电信号(TMS同步脑电信号)。利用sLoreta溯源方法对采集的脑电信号进行了分析，获得rTMS联合运动训练前后皮层标准化电流密度值变化的分布及其在左右半球各脑区的范围和强度，并与运动训练组的结果进行了对比分析，探讨rTMS联合运动训练对脑皮层活动的影响。 行为学结果表明，运动训练和rTMS联合运动训练均可改善非利手运动功能，相比于运动训练，rTMS联合运动训练提高非利手运动功能具有更好优势。静息态脑电信号进行溯源分析结果表明，运动训练和rTMS联合运动训练使顶叶和额叶皮层的标准化电流密度值发生了改变，影响了左右脑半球BA6、BA7、BA19、BA40脑区活动的体素个数，使右脑半球强度变化均显著高于左脑半球。与运动训练相比，rTMS联合运动训练使右脑半球BA6脑区的皮层强度变化显著增强。另外，rTMS联合运动训练前后标准化电流密度值呈现出由高频向低频逐渐偏移的趋势，调控gamma和beta频段活动，在theta频段激活更多的脑区。TMS同步脑电信号进行溯源分析结果表明，rTMS联合运动训练使右脑半球BA45脑区的P30成分的标准化电流密度值降低，且在频段分析中发现alpha频段脑电信号在右半球BA9的皮层标准化电流密度值降低。 通过以上研究结果可以表明，rTMS联合运动训练在提高非利手运动功能过程中对非优势半球（右脑半球）具有更强的调控作用。与运动训练相比，rTMS联合运动训练可能加强了相关脑皮层之间信息交流，增加对前运动皮层和辅助运动区(BA6)调控来提高运动功能。本文为rTMS联合运动训练的神经活动机制的研究提供参考，为未来对脑卒中患者运动康复提供了有益的帮助。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2 rTMS联合运动训练提高运动功能的研究现状

1．3溯源在与运动相关的脑皮层活动分析中的作用与意义

1．4本文主要研究内容和结构安排

1．4．1研究内容

1．4．2本论文的结构安排

第二章标准化低分辨率电磁断层扫描技术的理论基础

2．1脑电活动的电生理基础

2．2运动功能相关脑电信号的检测方式

2．2．1静息态脑电信号

2．2．2运动诱发脑电信号

2．2．3 TMS同步脑电信号

2．3脑电溯源的提出以及等效电流偶极子

2．3．1脑电溯源的提出

2．3．2等效电流偶极子

2．4标准化低分辨率电磁断层扫描技术的基本原理

2．5本章小结

第三章rTMS联合运动训练溯源分析的实验设计和数据处理

3．1实验系统的建立

3．1．1精密定位导航系统

3．1．2 TMS系统

3．1．3脑电信号采集系统

3．2实验方案设计

3．2．1研究对象

3．2．2实验流程

3．3脑电信号预处理

3．3．1静息态脑电信号预处理

3．3．2 TMS同步脑电信号预处理

3．4脑皮层活动特征提取及分析

3．5本章小结

第四章rTMS联合运动训练对静息态脑电信号脑皮层活动的影响

4．1手指灵活性

4．2 sLoreta标准化电流密度值分布

4．2．1delta频段标准化电流密度值变化

4．2．2 theta频段标准化电流密度值变化

4．2．3 alpha频段标准化电流密度值变化

4．2．4 beta频段标准化电流密度值变化

4．2．5 gamma频段标准化电流密度值变化

4．3 rTMS联合运动训练对左右脑半球脑区范围的偏侧性影响

4．3．1delta频段脑电信号在左右脑半球激活脑皮层范围

4．3．2 theta频段脑电信号在左右脑半球激活脑皮层范围

4．3．3 alpha频段脑电信号在左右脑半球激活脑皮层范围

4．3．4 beta频段脑电信号在左右脑半球激活脑皮层范围

4．3．5 gamma频段脑电信号在左右脑半球激活脑皮层范围

4．4 rTMS联合运动训练对左右脑半球脑区强度变化的偏侧性影响

4．4．1左右脑半球的皮层标准化电流密度值变化强度

4．4．2两组对左右半球皮层电流密度变化强度的差异性

4．5讨论

4．5本章小结

第五章rTMS联合运动训练对TMS同步脑电信号脑活动的影响

5．1时域分析

5．2 sLoreta标准化电流密度值分布

5．2．1 delta频段标准化电流密度值变化

5．2．2 theta频段标准化电流密度值变化

5．2．3 alpha频段标准化电流密度值变化

5．2．4 beta频段标准化电流密度值变化

5．2．5 gamma频段标准化电流密度值变化

5．3讨论

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2后续工作展望

参考文献

研究生期间发表论文

研究生期间参与科研项目

致谢