神經反饋康復訓練的反饋策略和控制方法研究

《神經反饋康復訓練的反饋策略和控制方法研究》是依託上海交通大學，由牛傳欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：神經反饋康復訓練的反饋策略和控制方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：牛傳欣
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

卒中造成的神經損傷會引起患者感覺障礙，進而阻斷康復階段的運動再學習。以人工神經反饋的手段彌補感覺障礙已證明可改善患者的運動功能。但由於尚未建立神經反饋下對運動學習的持續觀測，使康複方案無法根據學習進程靈活調整。我們前期建立了一套基於肌電的實時神經反饋技術能較好改善患者即期運動功能。其下一步關鍵科學問題是根據卒中患者運動學習的速率建立自適應動態反饋方案，實現卒中個性化智慧型康復。本課題將：（1）研究能否增強卒中患者運動學習中的肌肉感知，開發以隨機微分方程模型將肌電實時轉為體表震動的技術；（2）確定神經反饋的肌肉靶點，捕捉受損肌肉與正常肌肉的噪聲水平差異；（3）研究神經反饋下卒中患者的運動學習，基於運動學習速率調整神經反饋增益。神經反饋下的運動學習將以人體運動學中“速度—精確度置換率”等指標進行客觀評定。本課題的結果將為卒中康復訓練提供新途徑，可迅速轉化至康復臨床，並對卒中後運動學習理論提供新證據。

結題摘要

卒中造成的神經損傷會引起患者感覺障礙，進而阻斷康復階段的運動再學習。以人工神經反饋的手段彌補感覺障礙已證明可改善患者的運動功能。本課題發展了利用表面肌電信號形成的“神經反饋康復技術”，實時將患者的肌肉活動轉化為易於理解的反饋信號。並著重研究了卒中患者在接收到神經反饋信號時，其風險感知、運動軌跡、肌群協同、速度—精確度置換率等指標受到何種影響。 在本項研究中，發現將“任務導向型”訓練中不易被患者察覺的任務表現轉換成聲、光、電、體表震動等物理形式，可以改變患者的任務表現。特別地，在參數選取合適的情況下，神經反饋可以提高患者的即期運動功能，因而具備了在長期訓練後提供持久治療功效的可能性。關鍵技術細節已申報國家發明專利。本課題發現了腦卒中後上肢運動功能障礙的若干規律，具體體現為卒中患者的“速度—精確度”置換回歸線的斜率顯著大於對照組，其風險感知模式更加偏重保守策略。基於這些發現，未來可以算法化的方式，最佳化任務導向型康復訓練的方案設計。 通過項目執行期間建立的合作，發現在結合了功能性電刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）後，更能對卒中患者的肌肉異常活動的調製管控效用，因而也更有利於糾正其錯誤運動模式。因此本課題執行期間，還基於表面肌電信號的神經反饋技術與FES技術相結合，探索了“感覺增強—運動調控”相結合的康復範式。在神經反饋與 FES的結合中，一再發現腦卒中康復設備智慧型控制的共性問題是“高速仿生控制”，因此本課題執行期間還對上肢肌肉骨骼的仿生神經擬態模型進行了拓展。由此形成的神經擬態晶片技術作為核心技術參加了康復工程方向多項國家級重點課題。 總體而言，本項目按照申報書和任務書要求，發展了基於表面肌電的腦卒中神經反饋技術，研究了與其相關的腦卒中後上肢運動異常模式的康復規律，獲得IEEE EMBC 2018等國際會議邀請口頭報告，獲得了一定的學術影響。本研究為下一步康復設備的智慧型控制建立了技術基礎，並為其大規模多中心隨機雙盲對照臨床驗證做好了準備。