大多數(shù)中風(fēng)患者在急性發(fā)作期存活下來，并長期生活在殘疾之中。然而，能夠幫助中風(fēng)患者運動功能恢復(fù)的有效治療方法尚未被開發(fā)，而發(fā)展這一方法的關(guān)鍵是識別恢復(fù)的神經(jīng)生理信號，并將其用于治療。雖然運動準(zhǔn)備低頻振蕩（LFOs, low-frequency oscillations）在皮層運動控制中起關(guān)鍵作用，但其在中風(fēng)患者中的作用尚不清楚。

漢堡-埃彭多夫大學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)內(nèi)科研究人員在Annals of Neurology雜志發(fā)表文章研究該問題，該文章首先研究視覺運動抓握任務(wù)中的運動準(zhǔn)備LFOs和運動功能之間的關(guān)系。對33名運動中風(fēng)患者和19名健康被試進行一項縱向研究：在急性（中風(fēng)后3-5天）、早期亞急性（1個月）和晚期亞急性（3個月）階段測量33名被試在抓握力任務(wù)中的腦電響應(yīng)以及臨床表現(xiàn)。將19名年齡匹配的健康被試作為對照組。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：急性中風(fēng)-失調(diào)患者不能產(chǎn)生LFO信號。雖然在對照組中，運動開始前對側(cè)額頂運動區(qū)發(fā)生短暫的LFOs，但患者數(shù)據(jù)說明，運動準(zhǔn)備LFOs在急性中風(fēng)后顯著降低到對照組38%的水平。在中風(fēng)1個月和3個月時，LFOS逐漸增加。這種重新出現(xiàn)與運動功能的恢復(fù)（包括握力、精細的運動技能和協(xié)同作用）密切相關(guān)，并且是特定于頻帶的。

該結(jié)果首次為運動準(zhǔn)備LFOs與中風(fēng)后功能恢復(fù)之間的聯(lián)系提供證據(jù)，促進了它們與運動控制的相關(guān)性。此外，有針對性的LFOs-恢復(fù)性的腦刺激治療非常重要。

 研究問題：

1）運動相關(guān)LFOs（低頻振蕩）是否在急性運動性中風(fēng)后消失，并在中風(fēng)后隨時間推移再次出現(xiàn)？

2）這種再次出現(xiàn)是否與運動恢復(fù)狀況相關(guān)？ 

研究方法：

程序

1）在三個患病時間段（3-5天、1個月、3個月）測量61名急性中風(fēng)患者的病理指標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)臨床測試（UEFMA、NHP、手握力、神經(jīng)檢查）、結(jié)構(gòu)MRI和任務(wù)態(tài)EEG。收集33名患者的任務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)，以及19名年齡匹配健康被試的相同數(shù)據(jù)。

2）被試完成等距視覺指導(dǎo)的手部抓握任務(wù)（圖1A）。研究者比較兩個不同的目標(biāo)握力條件：保持組別間的力量不變（5kg）和保持組別間的任務(wù)努力程度不變（20%最大隨意收縮的恒定努力）。

圖1：健康被試在運動準(zhǔn)備階段的LFOs

A) 19名健康對照組用左/右手操作裝置執(zhí)行等距握力任務(wù)。要求被試通過產(chǎn)生等距力將桿舉到目標(biāo)區(qū)域（括號的上限），并且保持不動，只到括號消失（9s）。施加力的反饋由桿的高度決定。目標(biāo)力在兩個條件間變化：5kg、20%個人最大隨意收縮。

B) 被試內(nèi)握力動態(tài)（M±SE）

C) 在對側(cè)輔助運動區(qū)（SMA）、初級運動皮層（M1）、頂葉前內(nèi)溝（aIPS），握力開始時間周圍1-10Hz的時頻動態(tài)。在握力開始前600ms，3-5Hz功率顯著增強。

D) 運動準(zhǔn)備LFO功率投射到整個皮層。暖色調(diào)表示與靜息態(tài)相比，運動相關(guān)功率增加。

E) ROI LFO功率的時間序列顯示，從EMG開始（黑色）之前200ms左右LFO功率增加，并且持續(xù)到握力開始，與握力開始前600ms（天藍色）一致。

F) 顯著的LFOs增加（D）的聚類坐標(biāo)中，LFOs的時間過程顯示一個從后向前的傳遞方向。

數(shù)據(jù)采集及分析

數(shù)據(jù)采集：

使用63導(dǎo)的頭皮電極帽，以Cz為在線參考，并同時記錄眼電和前臂屈肌、伸肌的EEG電信號。此外，采集T1-weighted和T2-weighted MRI圖像。

分析工具

FieldTrip、Hamburg的MEG&EEG工具包、SPM12、FSL、MRIcron。

臨床數(shù)據(jù)分析

用每只手的NHP測試分?jǐn)?shù)、握力值、NHP表現(xiàn)、受影響手臂的UEFMA除以未受影響手臂的值以獲得比值。將患者分為3個恢復(fù)組（組1：受影響較??；組2：恢復(fù)良好；組3：恢復(fù)不好）。通過相對握力、UEFMA和NHP表現(xiàn)值的平均值作為復(fù)合值。

EEG數(shù)據(jù)分析：

高通濾波：1Hz；降低采樣率：125Hz；以握力開始（記錄的力的斜率開始增加的時間點）為零點進行分段：-4~3s。對于恢復(fù)分組-特異性分析，以視覺刺激開始為零點對EEG數(shù)據(jù)進行分段。對具有物理噪音的EEG通道進行插值，并根據(jù)Fp1和Fp2的波幅覺察眼電偽跡，并將其設(shè)置為空值。采用全腦平均參考，并視覺檢查壞數(shù)據(jù)。采用線性約束最小方差（linearconstrained minimum variance: LCMV）波束重建源空間活動：計算頭模型（頭部的幾何描述）、源模型（大腦體積中源的位置）和正演模型（源活動在電極上分布）。使用hanning窗（窗長 = 5/頻率）計算1-22Hz的時頻表征，并進行基線校準(zhǔn)（-4 ~ -2s）。EMG數(shù)據(jù)進行10-60Hz的帶通濾波和50Hz的陷波濾波。

MRI數(shù)據(jù)分析：

對FLAIR數(shù)據(jù)進行腦區(qū)損傷的分割，并進行配準(zhǔn)，計算病變重疊以創(chuàng)建所有患者受傷體素的彩色編碼疊加圖（圖2B）。

Figure2：在急性中風(fēng)患者中，運動-準(zhǔn)備LFOs減小

A) 被試篩選的細節(jié)。

B) 病灶位置。顏色表示病變的頻率。

C D) 對輔助運動區(qū)、初級運動皮層和頂葉前內(nèi)溝信號進行平均的時頻動態(tài)性。結(jié)果顯示急性中風(fēng)患者比對照組具有減少的LFO功率。通過握力開始前2-4s的休息時間段將功率標(biāo)準(zhǔn)化，暖色調(diào)表示相對于休息階段運動相關(guān)的功率增加。

E) 中風(fēng)患者和對照組在運動開始前LFO功率的時間線。粗線表示相對于0點顯著的偏移。

F) 中風(fēng)患者比對照組的握力顯著更小。

G) 中風(fēng)患者比對照組具有顯著更低的LFO功率。

結(jié)果：

手部握力中LFOs（低頻振蕩）的時空模型

1）分析對照組手部握力開始時間點周圍的時頻特征（1-10Hz，Figure1A）。ROI為對側(cè)額葉運動區(qū)（輔助運動區(qū)：SMA；腹前運動區(qū)：PMv；初級運動皮層：M1）和頂葉運動腦區(qū)（頂葉內(nèi)前溝：aIPS）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)運動前的活動在3-5Hz時有很強的調(diào)節(jié)，在握力開始前約600ms的波幅顯著增長，持續(xù)時間大約600ms。在握力開始前大約400ms出現(xiàn)EMG活動（Figure1）。因此LFOs在運動準(zhǔn)備時期出現(xiàn)。

      2）分析時頻窗內(nèi)（3-5Hz，-600至0ms）皮質(zhì)上的LFO功率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在廣泛分布的皮質(zhì)聚類上有顯著的功率增加（主要是對側(cè)感覺運動皮層：前運動、SMA、頂葉區(qū)域；Figure1）。除了PMv(初級運動皮層)，其他腦區(qū)(aIPS,M1, SMA)均在該聚類中。因此對運動相關(guān)LFO的進一步分析主要集中在aIPS, M1, SMA腦區(qū)。在額葉區(qū)，額內(nèi)回（Medial Frontal Gyrus）出現(xiàn)激活峰（表1）。鎖時到視覺線索的運動準(zhǔn)備LFOs表現(xiàn)出相似的時空模型。

3）不同運動腦區(qū)間的LFO功率無顯著差異。不同握力的兩個條件在LFO功率方面無顯著差異（5kg vs. 20%最大隨意收縮）。LFO功率的個體間變異與握力差異或精細運動技能（NHP）沒有顯著的共變關(guān)系。

4）時空動態(tài)性結(jié)果顯示先于握力開始，LFP功率從后部腦區(qū)往前部腦區(qū)傳遞（圖1F）。

表1：健康對照組的運動相關(guān)LFOs活動的腦區(qū)峰值

急性運動性中風(fēng)后，運動-準(zhǔn)備LFOs減少

1）共篩查了3544例癥狀持續(xù)時間大于24h的急性中風(fēng)患者，61例急性中風(fēng)患者（3-5天）符合條件（第一次中風(fēng)導(dǎo)致手部運動功能損傷；圖2A）。33名患者任務(wù)相關(guān)的縱向EEG測量（急性：3-5天、早期亞急性：1月、晚期亞急性：3月）在接下來的隨訪中沒有遺失數(shù)據(jù)（圖2A）。其中21名患者是皮質(zhì)下中風(fēng)，11名患者是混合皮質(zhì)和皮質(zhì)下中風(fēng)，1名患者是純粹的皮質(zhì)中風(fēng)（圖2B）。研究選擇即使在急性期也能產(chǎn)生足夠的力量執(zhí)行抓握任務(wù)的患者，以便于與對照組比較LFO功率。     

 2）用握力（患者：21±2kg；對照組：34±2.1kg；圖2F）、上肢主動運動范圍和協(xié)同作用（UEFMA = 56.3±2.3, highest score = 66）、精細的運動技能（NHP；患者：0.44±0.07；對照組：1.1±0.03）量化患者損傷的運動功能。

3）急性中風(fēng)患者在特定時頻窗（以握力開始為零點的-600~0ms，3-5Hz）的LFOs顯著降低到對照組功率的38%。     

4）在頻譜分析前，從每個試次中減去平均運動事件相關(guān)電位，得到了類似的結(jié)果。此結(jié)果說明運動相關(guān)LFOs不是由鎖相于握力開始的腦電活動導(dǎo)致。

5）皮質(zhì)病變、皮質(zhì)下病變與LFO功率無聯(lián)系，并且病變體積與LFO功率也無聯(lián)系。LFO功率的組別差異與握力的組別差異無相關(guān)。 

中風(fēng)后，隨時間推移再次出現(xiàn)運動-準(zhǔn)備LFOs

1）隨中風(fēng)后時間的推移，運動-準(zhǔn)備LFOs逐漸增強，并且在中風(fēng)后3個月達到與對照組相似的振幅（圖3）。在分析前，從每個試次中減去平均運動事件相關(guān)電位，得到了類似的結(jié)果。該結(jié)果說明運動相關(guān)LFOs不是由鎖相于握力開始的活動導(dǎo)致。

2）不同握力的兩個條件比較說明兩條件LFO功率以及條件與中風(fēng)后時間的交互作用均無顯著差異。

3）重新出現(xiàn)的LFO動態(tài)模式顯示出與對照組相似的頻譜（3-5Hz）和時間（握力開始前600ms）模式。LFO功率隨時間增加的地形圖顯示出額葉和頂葉腦區(qū)的對側(cè)感覺運動聚類，也跨到了顳葉區(qū)域（圖3D，標(biāo)2）。

 SHAPE  \* MERGEFORMAT

A) 在急性（3-5天）、早期亞急性（1個月）和晚期亞急性（3個月）階段，輔助運動區(qū)、初級運動皮層和頂葉前內(nèi)溝信號平均的時頻動態(tài)性。結(jié)果顯示LFO功率隨著時間逐步增加。通過握力開始前2-4s的休息時間段將功率標(biāo)準(zhǔn)化，暖色調(diào)表示相對于休息階段運動相關(guān)的功率增加。

B) 在中風(fēng)后每個時間階段，運動開始前LFO功率的時間線。粗線表示相對于0點顯著的偏移。

C) LFO功率隨時間顯著增加。D) LFO功率隨時間變化的地形圖。

表2：運動相關(guān)LFO活動從中風(fēng)后急性、早期亞急性到晚期亞急性階段的隨時間變化的峰值坐標(biāo)。

運動相關(guān)LFO功率與運動功能和運動恢復(fù)相關(guān)

1）從急性階段到晚期亞急性階段，患者呈現(xiàn)出顯著的手部運動功能增強（握力，UEFMA，NHP）。運動相關(guān)LFOs與運動功能指標(biāo)相關(guān)（握力：模型估計0.51；UEFMA：模型估計0.73；NHP：模型估計0.39）?？紤]到中風(fēng)后未受影響手的運動功能可能發(fā)生變化，研究者在3個時間點上使用非標(biāo)準(zhǔn)化握力和NHP值進行相關(guān)性分析證明該結(jié)果（握力，NHP值）。

2）通過求急性-早期亞急性-晚期亞急性階段的握力改變與LFO功率改變的相關(guān)，研究者檢驗在對側(cè)感覺運動皮層重新出現(xiàn)的LFOs是否與手部運動功能的恢復(fù)有關(guān)。患者結(jié)果顯示更強的握力恢復(fù)也呈現(xiàn)出更強的再次出現(xiàn)的LFOs（握力：模型估計0.42；UEFMA：模型估計0.50；NHP：模型估計0.38）。相似地，使用非標(biāo)準(zhǔn)化握力證明該結(jié)果，但非標(biāo)準(zhǔn)化NHP值與LFO功率的改變無顯著相關(guān)。

3）LFO功率也與握力任務(wù)中和運動密切相關(guān)的運動參數(shù)進行比較。研究者評估握力穩(wěn)定性（握力增強變異系數(shù)：運動開始后0-2s）和視覺刺激后握力開始的時間兩個參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩個參數(shù)與LFO功率相關(guān)（握力穩(wěn)定性：模型估計-0.33；握力開始時間：模型估計-0.31）。握力穩(wěn)定性隨時間的增強與運動相關(guān)LFO功率的增強有關(guān)（模型估計：-0.39）。

4）無論是在急性階段受影響很小的患者還是受影響嚴(yán)重并沒有恢復(fù)的患者，均發(fā)現(xiàn)從急性階段到晚期亞急性階段患者運動功能的小幅度增強。為研究包括嚴(yán)重受影響患者在內(nèi)的LFOs模式，研究者探討在視覺“go”線索后（0-600ms），所有患者的LFO功率特征。為探討特定的恢復(fù)模式是否與中風(fēng)后運動相關(guān)LFOs的重新出現(xiàn)有關(guān)，研究者對最初和3個月中風(fēng)后的運動功能（平均相對握力、UEFMA和NHP值）進行聚類分析。該算法將患者分為3種不同的恢復(fù)組：受影響?。?/span>n=10）、恢復(fù)良好（n=18）和恢復(fù)不好（n=5；圖4D）。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)從急性到晚期亞急性階段，僅恢復(fù)良好組出現(xiàn)了LFO功率的連續(xù)增強（Figure4E），然而受影響小組以及恢復(fù)不好組未呈現(xiàn)出連續(xù)的LFOs重新出現(xiàn)。在運動-準(zhǔn)備階段LFOs功率的重新出現(xiàn)似乎是恢復(fù)過程的一個標(biāo)志物。但該分析的有效性受到小樣本量的限制，特別是在未恢復(fù)組（n=5）。

圖4：運動相關(guān)LFO功率與運動功能相關(guān)，LFO重新出現(xiàn)與運動恢復(fù)相關(guān)

A) 從中風(fēng)后3-5天至3個月，患者呈現(xiàn)出顯著的恢復(fù)（UEFMA）。

B) UEFMA分?jǐn)?shù)與LFO功率相關(guān)。

C) UEFMA的增加與運動相關(guān)LFO功率的增加相關(guān)。

D) 對所有患者進行分類：組1（受影響小組）、組2（恢復(fù)良好）和組3（恢復(fù)不好）。

E) 每個恢復(fù)組LFO功率重新出現(xiàn)的平均值和95%置信區(qū)間。

LFOs功率重新出現(xiàn)的特異性

研究中風(fēng)后運動相關(guān)LFOs的減少和重新出現(xiàn)是否是對LFOs特異性的，或者在典型的感覺運動頻帶（alpha和beta頻帶）是否出現(xiàn)相似的模式（圖5）。

1）首先分析健康對照組中，握力開始時間周圍的alpha（8-12Hz）和beta（15-22Hz）調(diào)制的時間模式。alpha和beta頻帶在整個握力任務(wù)執(zhí)行過程中呈現(xiàn)出持續(xù)性的波幅降低。M1和aIPS(頂葉內(nèi)前溝)均呈現(xiàn)出運動相關(guān)alpha和beta減少。

2）在aIPS，與健康對照組相比，中風(fēng)后急性和晚期亞急性階段患者的beta頻帶調(diào)制顯著更少?；颊吲c對照組的運動相關(guān)alpha功率無顯著差異。

3）隨時間推移，沒有腦區(qū)呈現(xiàn)出alpha和beta頻帶調(diào)制的一致性變化。盡管缺少alpha和beta頻帶調(diào)制隨時間的改變，但握力恢復(fù)較強的患者呈現(xiàn)出更強的運動相關(guān)beta節(jié)律調(diào)制（模型估計-0.61）。beta節(jié)律波幅調(diào)制的強度與UEFMA相關(guān)（模型估計-1.02），隨時間推移，越強的UEFMA增加伴隨著越強的beta功率波幅調(diào)制（模型估計-0.81）。精細運動技能及其恢復(fù)與alpha或beta節(jié)律調(diào)制無顯著相關(guān)（圖5）。

Figure5：中風(fēng)患者和健康對照組的感覺運動alpha和beta節(jié)律

A, B) 中風(fēng)患者（A）和健康對照組（B）在急性（3-5天）、亞急性（1個月）和晚期亞急性（3個月）階段頂內(nèi)葉前溝的時頻動態(tài)性。該圖說明中風(fēng)患者alpha和beta節(jié)律不太明顯的調(diào)制。通過握力開始前2-4s的休息時間段將功率標(biāo)準(zhǔn)化，冷色調(diào)表示相對于休息階段運動相關(guān)的功率減少。

C) 隨時間推移，beta功率未發(fā)生顯著變化。在急性、早期亞急性和晚期亞急性階段，中風(fēng)患者比對照組呈現(xiàn)出顯著更小的beta節(jié)律功率減少。

總結(jié)：

1）該研究要求健康被試執(zhí)行一個視覺指導(dǎo)手部握力任務(wù)，探討其運動相關(guān)LFOs的頭皮分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在運動之前，健康對照組大腦的運動皮層會出現(xiàn)短暫的LFO活動（對側(cè)額頂葉運動區(qū)，3-5Hz）。

2）中風(fēng)后，運動相關(guān)LFOs的減少：患者的縱向運動相關(guān)數(shù)據(jù)顯示急性中風(fēng)患者在運動皮層的運動相關(guān)LFOs遭到損壞，且運動相關(guān)beta去同步化在急性階段減小。

3）運動相關(guān)LFOs支持功能恢復(fù)：恢復(fù)更好的患者LFOs增加更強，但未恢復(fù)患者的LFOs則沒有相對的增加，這說明LFOs重新出現(xiàn)與運動恢復(fù)有關(guān)。UEFMA、握力、握力穩(wěn)定性和NHP與LFO重新出現(xiàn)緊密聯(lián)系，這說明運動功能恢復(fù)伴隨著LFO功率的增加。

4）中風(fēng)后皮質(zhì)回路功能障礙的特點是人腦缺乏協(xié)調(diào)的LFO活動，與運動損害成比例。這種皮質(zhì)功能障礙的正?；c運動缺陷的恢復(fù)有關(guān)。

5）該研究提出LFOs可作為恢復(fù)相關(guān)大腦信號（該信號可比較容易地在運動開始前用有限的電極記錄）的標(biāo)志，將LFOs（低頻振蕩）的恢復(fù)作為中風(fēng)患者腦部刺激的目標(biāo)是有價值的。
原文：Low-Frequency Brain Oscillations Track Motor Recovery in Human Stroke

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