该实验方案展示了在脑卒中患者上肢运动过程中采集和分析脑电图（EEG）信号的范式。在受损上肢运动期间，低-beta频段EEG功能网络的改变被观察到，并与运动功能障碍程度相关。
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方法文章
慢性卒中患者上肢功能障碍的脑电图网络指标作为生物标志物
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
已有研究报道，卒中患者在执行特定任务的患肢运动过程中，脑电图（EEG）信号的变化可作为运动功能障碍严重程度以及运动功能恢复预测的潜在生物标志物。在实施EEG实验时，需要详细的任务范式和组织严密的实验方案，以获得可靠且可解释的结果。本方案中，我们介绍了一种涉及上肢运动的任务特异性范式，以及EEG数据采集与分析所需的方法与技术。该范式包括1分钟静息期，随后进行4个实验阶段，每个阶段包含10次试验，每次试验交替呈现5秒静息状态和3秒任务状态（手部伸展），依次循环。EEG信号通过32个Ag/AgCl头皮电极采集，采样频率为1,000 Hz。对与肢体运动相关的事件相关谱扰动进行分析，并在低β频段（12–20 Hz）进行全脑水平的功能网络分析。代表性结果表明，在慢性卒中患者中，患侧上肢运动期间低β频段EEG功能网络发生改变，且该功能网络的改变程度与患者的运动功能障碍程度相关。研究结果证实了该实验范式在卒中患者上肢运动过程中进行EEG测量的可行性。未来需进一步采用此范式开展研究，以明确EEG信号作为运动功能障碍及恢复生物标志物的潜在价值。
引言
上肢运动功能障碍是中风最常见的后遗症之一，与日常生活活动能力受限密切相关1，2。已知α波（8-13 Hz）和β波（13-30 Hz）节律与运动密切相关。特别是研究表明，在中风患者进行受损肢体运动时，α波和低β波（12-20 Hz）频段的神经活动改变与运动功能障碍程度相关3，4，5。基于这些发现，脑电图（EEG）已成为一种潜在的生物标志物，能够反映中风患者运动功能障碍的严重程度以及运动功能恢复的可能性6，7。然而，以往开发的基于脑电图的生物标志物在探究中风患者运动功能障碍特征方面已被证明存在不足，主要原因是依赖静息态脑电数据，而非任务诱发的脑电数据8，9，10。与运动功能障碍相关的复杂信息处理过程，例如病灶同侧与对侧半球之间的相互作用，只能通过任务诱发的脑电数据揭示，而无法通过静息态脑电数据获得。因此，亟需进一步研究，以探索神经活动....
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方案
所有实验程序均经首尔国立大学盆塘医院机构审查委员会审核并批准。本研究共招募了34名脑卒中患者。所有参与者均签署了知情同意书。若参与者符合纳入标准但因残疾无法签署知情同意书，则由其法定代理人签署知情同意书。
1. 实验设置
- 患者招募
- 使用以下纳入标准进行筛选：
年龄在18至85岁之间，且存在上肢功能障碍；
经脑部计算机断层扫描或磁共振成像确认为首次发生的缺血性或出血性脑卒中；
参与者能够遵循临床评估和脑电图（EEG）研究的指导说明；
除脑卒中外，无其他精神病或神经系统疾病病史。 - 根据以下标准排除患者：
既往有中枢神经系统疾病（如创伤性脑损伤、脑肿瘤、帕金森病）；
无法佩戴脑电图帽；以及
无法遵循临床评估和脑电图研究的指导说明。
注：选择上述纳入与排除标准旨在筛选出能够参与实验的受试者，并控制可能影响结果的人口学因素。 - 向所有入选的参与者提供有关实验程序的详细信息。
- 使用以下纳入标准进行筛选：
- 实验系统：脑电图（EEG）
- 使用包含32个Ag/AgCl头皮电极、纺织材质脑电图帽及脑电记录软件的脑电图系统进行数据采集。
- 使用一台安装有脑电记录软件的个人计算机（PC），并通过蓝牙将该计算机与脑电图设备连....
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结果
图7 展示了每种手部运动任务的地形低β频段事件相关去同步（ERD）图。在患侧和非患侧手部运动任务中，与同侧半球相比，对侧半球均观察到显著更强的低β频段ERD。
图7：所有患者执行受损手与未受损手运动任务时的平均地形图。通过反转偏瘫右侧组的ERD图获得整合后的地形图。颜色越深的蓝色表示ERD越强，说明相应脑区比其他区域激活程度更高。CON表示完好的对侧半球，IPSI表示受损的同侧半球。本图经Mary Ann Liebert, Inc.许可改编自Shim.......
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讨论
本研究介绍了一种用于测量脑卒中患者上肢运动相关神经活动的脑电图（EEG）实验。通过应用该实验范式以及脑电图的采集与分析方法，确定了病灶同侧和对侧运动皮层的事件相关去同步化（ERD）模式。
事件相关同步去同步（ERSP）图谱的结果（图7）显示了在移动受损手和未受损手时神经元激活程度的差异。该结果与先前研究的发现一致26,27，表明本实验设计是一种可行的方法，可在临床研究环境中实施。
既往研究主要采用静息态脑电图（EEG）数据来探究脑卒中患者神经元活动的改变。然而，本研究使用了在手部运动过程中采集的任务特异性脑电图数据，该数据作为预测运动功能恢复的生物标志物具有良好的应用前景17。
从总体角度来看，进行脑电图（EEG）记录时必须注意一些重要事项。特别是第.......
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披露
MS、NJP、WSK 和 HJH 拥有一项待审批专利，名称为"用于提供与运动障碍相关的信息及所用装置的方法"，专利号 10-2022-0007841。
致谢
本工作由韩国国家研究基金会（NRF）资助，该基金会由韩国政府（MSIT）提供资金支持（项目编号：NRF-2022R1A2C1006046）；由韩国国家研究基金会（NRF）通过教育部、科技和未来规划部资助的脑科学原创技术研究计划（项目编号：2019M3C7A1031995）；由韩国国家研究基金会（NRF）资助，该基金会由韩国政府（MSIT）提供资金支持（项目编号：NRF-2022R1A6A3A13053491）；以及由韩国科学和信息通信技术部（MSIT）资助，在信息通信技术振兴中心（IITP）监督下的信息技术研究中心（ITRC）支持计划（项目编号：IITP-2023-RS-2023-00258971）提供支持。 & 通信技术规划 & 评估）
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| actiCAP | Easycap, GmbH Ltd.，德国Herrsching | CAC-32-SAMW-56 | 用于容纳脑电图电极的纺织脑电帽平台 |
| Brain Vision Recorder（软件） | Brain Products GmBH Ltd.，德国慕尼黑 | - | 用于记录脑电图信号的软件 |
| Curry 7（软件） | Compumedics，澳大利亚 | - | 用于脑电图数据预处理的软件 |
| MATLAB R2019a（软件） | MathWorks 公司，美国马萨诸塞州纳蒂克 | - | 用于运行实验刺激和分析脑电图数据的软件 |
| 记录用电脑 | 联想集团有限公司，中国香港 | 型号：X58K | Intel Core i7-7700HQ CPU@2.80 GHz，内存 8 GB 使用 Brain Vision Recorder 进行脑电图数据记录 |
| 传感器&触发扩展（STE） | Brain Products GmBH Ltd.，德国慕尼黑 | STE-055604-0162 | 向 EEG 放大器添加生理信号 |
| 分路盒 | Brain Products GmBH Ltd.，德国慕尼黑 | BP-135-1600 | 将Ag/AgCl电极连接至EEG放大器 |
| 刺激 PC | 韩国首尔 Hansung Corporation | 型号：ThinkPad P71 | Intel Core i7-8750H CPU@2.20 GHz，内存 8 GB 使用 MATLAB 呈现刺激屏幕 |
| TriggerBox | Brain Products GmBH Ltd.，德国慕尼黑 | BP-245-1010 | 接收来自PC的触发信号并将其传递给EEG记录系统 |
参考文献
- Faria-Fortini, I., Michaelsen, S. M., Cassiano, J. G., Teixeira-Salmela, L. F. Upper extremity function in stroke subjects: Relationships between the international classification of functioning, disability, and health domains. Journal of Hand Therapy. 24 (3), 257-265 (2011).
- Veerbeek, J. M., Kwakkel, G., van Wegen, E. E., Ket, J. C., Heymans, M. W.
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重印与许可
