振动触觉刺激在软体康复手套辅助手部康复训练中的作用：一项探索性研究

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：The Role of Vibrotactile Stimulation in Soft Rehabilitation Glove-Assisted Hand Rehabilitation Training: A Pilot Study

本研究针对脑控手部康复系统中运动意象解码准确率低、神经响应机制不明确的问题，开发了一种结合振动触觉刺激的软体机器人手套康复系统。通过脑电图（EEG）和功能性近红外光谱（fNIRS）实验发现，振动刺激能显著增强健康受试者和卒中患者运动感觉皮层的激活，提升在线解码性能，并加强半球间功能连接。该研究为多模态感觉输入促进神经可塑性提供了新证据，对优化卒中康复策略具有重要意义。

　　

想象一下，中风后你的手不再听从大脑的指挥，这不仅是行动不便，更是生活质量的急剧下降。卒中已成为全球范围内导致死亡和残疾的主要神经系统疾病，其中高达87%的患者会出现手部或上肢功能显著减弱。传统康复训练强度不足、效果有限，而新兴的康复机器人虽能提供重复性训练，但其长期疗效仍存争议。更棘手的是，临床缺乏快速有效的评估方法来实现个性化治疗。

问题的核心在于大脑运动与感觉功能的紧密耦合。许多卒中患者虽然运动通路受损，但触觉通路往往保持完整。这为通过感觉刺激促进运动功能恢复提供了可能。以往研究多采用高强度振动或电刺激，但患者需长时间保持固定姿势，易产生耐受性甚至依赖。近阈值振动刺激和可穿戴设备逐渐受到关注，但其对大脑激活的实时影响及神经机制仍不明确。

在此背景下，发表于《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》的最新研究提出了一种创新方案：将振动触觉刺激整合到脑控软体手套康复系统中。研究人员招募了23名健康受试者和5名卒中患者，设计了基于EEG的主动康复任务和基于fNIRS的被动康复任务。所有实验均设置有无振动刺激两种条件，旨在验证振动刺激在激活大脑运动感觉区方面的有效性，并探索其在手部康复训练中的神经响应机制。

研究采用多项关键技术：利用共同空间模式（CSP）和线性判别分析（LDA）算法进行运动意象（MI）在线解码；通过事件相关谱扰动（ERSP）和事件相关去同步（ERD）分析脑电信号；采用格兰杰因果分析（GCA）评估功能连接；使用软体康复手套提供精确的被动运动；通过压电陶瓷致动器施加200 Hz振动刺激。

神经电特性结果显示，软体手套驱动的抓握和伸展运动能有效激活受试者的运动感觉皮层。振动刺激显著增强了健康受试者MI期间的运动感觉皮层激活，特别是改善了训练效果较差受试者的在线解码性能。在卒中患者中，振动刺激加强了双侧感觉运动激活，而健康受试者主要表现为对侧体感皮层的ERD现象增强。

血流动力学特性结果表明，振动刺激增加了被动运动期间运动感觉区的氧合血红蛋白（HbO）浓度，并增强了左右半球间的双向功能连接。fNIRS数据显示，在康复训练期间和结束后，TRT任务的HbO浓度均高于VRT任务，表明振动刺激对相关脑区具有持续激活效应。

研究结论明确指出，提出的触觉辅助手部康复系统能有效增强运动感觉皮层的神经激活，可能改善卒中患者的手功能恢复。振动刺激不仅调节了大脑激活模式，提高了主动康复效率，还可能通过促进半球间信息交换诱导神经功能重组。这种多模态感觉输入方法为脑机接口与康复机器人的深度融合提供了新思路，对推动个性化智能康复系统发展具有重要意义。

讨论部分指出，振动刺激对在线解码效率的影响存在个体差异，可能与感觉皮层激活引入新特征或认知负荷重新配置有关。未来研究将扩大样本量，涵盖不同病程的卒中患者，通过多模态数据融合深入分析振动刺激的神经调制机制，为个性化康复方案制定提供依据。