JNER:通过新型机器人镜像疗法增加抓取过程中的运动皮层激活

镜像疗法（MT）通过提供未受影响手部运动的镜像图像，诱导受影响手对侧皮质半球的神经激活，用于受影响手的功能恢复。最近，许多辅助手部运动的可穿戴机器人已经开发出来，一些研究提出了机器人镜像疗法（RMT），该疗法使用机器人向受影响的手提供未受影响手的镜像运动，机器人通过测量未受影响手的肌电图或姿势来控制。在RMT的某些情况下，放置镜子是为了让患者只观察未受影响的手，而在其他情况下，用户只是观察机器人辅助的手执行镜像运动，就像本研究中的情况一样。与提供被动运动的MT和机器人治疗（RT）相比，RMT期间的皮质活动评估有限，尽管感觉反馈和运动意图的参与方式不同。

在本文中，机器人治疗（RT）和RMT在康复运动中的神经效应。此外，还进行了RT测试，以观察在不涉及运动意图时的神经效应。RMT是通过使用定制设计的传感器手套测量未受影响手的运动，并使用软机器人手套诱导受影响手的运动来进行的，该软机器人手套可以帮助我们的研究小组之前开发的4自由度运动。RT通过使用软机器人手套移动受影响的手进行，而不涉及未受影响的手的移动。fNIRS用于测量MT、RT和RMT期间大脑中的神经活动。分析和比较了每种情况对健康受试者和中风幸存者的神经影响。本文发表在《J NeuroEngineering Rehabil》。

本文使用功能近红外光谱（fNIRS）分析了9名健康受试者和5名慢性中风幸存者在MT、RT和RMT条件下执行捏压任务时双侧运动皮层的激活情况。在MT状态下，患者移动未受影响的手，并在镜子中观察，而受影响的手保持静止。在RT状态下，软机器人手套向受影响的手提供被动运动，而在RMT状态下，通过传感手套测量未受影响手的姿势，软机器人手套反映其在受影响手上的运动。

软机器人手套的设计

对于这两组，与其他条件相比，RMT条件下患侧（健康组为非显性）运动皮层对侧的平均皮层激活最大。个体结果表明，与MT和RT条件相比，RMT诱导运动皮层上类似或更大的神经激活。在RMT条件下，两组大脑半球的激活是平衡的。在MT状态下，两组受试者患侧（健康组占优势）手的同侧半球的激活显著增强，而在RT状态下，健康组的对侧半球的激活显著增强。

通过fNIRS测量的皮质激活来分析MT、RT和RMT对手的神经效应。该系统根据传感器手套测量的未受影响手（健康受试者的非支配手）的运动，用软机器人手套辅助受影响手（健康受试者的支配手）的4自由度运动。与MT和RT相比，RMT诱导受影响手的对侧运动皮层发生更大的激活。通过受试组之间的比较，与仅在RMT条件下的健康人相比，中风受试者对侧的初级运动皮层发生了显著更大的激活，这可能表明，运动强度、视觉反馈和体感反馈的结合对于诱发中风后运动皮质的更大激活非常重要。

受试者组和任务条件的偏侧性结果：MT和RT结果分别显示同侧和对侧显性结果，但RMT显示同侧和对侧大脑之间的平衡激活。对侧指中风组患手的对侧半球，健康组指非优势手的对侧半球

以适当的方式提供感觉反馈对初级运动皮层的更大激活非常重要，这可能会促进功能恢复。MT通过未受影响手的反射图像提供受影响手运动的视觉错觉，而RMT直接提供受影响手的视觉和体感反馈。在视觉反馈和躯体感觉反馈条件下，与视错觉（MT）条件下相比，对侧运动皮层的激活程度更高。

实验结果表明，视觉反馈、体感反馈和运动意图相结合，对受影响手的对侧运动皮层产生更大的刺激非常重要。

Kim, D.H., Lee, KD., Bulea, T.C. et al. Increasing motor cortex activation during grasping via novel robotic mirror hand therapy: a pilot fNIRS study. J NeuroEngineering Rehabil 19, 8 (2022). https://doi.org/10.1186/s12984-022-00988-7