sLORETA在与运动相关的脑源分析中应用

3.sLORETA在与运动相关的脑源分析中应用

Cardeña等对受试者催眠状态下上肢上举动作与清醒状态随意的上肢上举动作进行了sLORETA功能成像分析,sLORETA的结果表明:随意运动与右侧半球中央-顶区的12.5~44Hz频率的脑波有关,同时与左侧前额区的1.5~8Hz频率的慢波活动有关。

Carrillo-de-la-Peña等用sLORETA功能成像技术对运动想象和运动执行时,大脑皮质不同区域的激活差异进行了研究。研究发现运动想象与运动执行时的ERP电位的第二个峰值电位在大脑额叶的中央前回(BA4)和中央后回(BA3),颞叶的中央旁小叶(BA5)和梭形回(BA20),边缘叶的颞上回(BA42)和扣带后回(BA31)以及岛叶的带状前回(BA24)的像素点具有显著性的差异。除了中央前回(BA4)和中央后回(BA3)外,全部表现为运动执行时的激活强度要显著大于运动想象。

Babiloni等对4名音乐家合奏萨克斯时的脑电α波的事件同步化/去同步化特征进行了研究,他们同样使用了sLORETA脑功能成像技术,结果发现在安静状态时,EEG的功率密度主要集中在α波(8~12Hz),而且主要位于大脑皮层的后部,而大脑皮质前部低频段(δ,1~4Hz;θ,4~8Hz)的功率值最大。但是在任务执行过程中,发现在大脑皮质的顶后区α波功率值幅度下降,表现为α波去同步化,同时高频率窄带β和γ功率水平升高。

Hilty等使sLORETA 脑功能成像技术对受试者以60%VO2peak运动强度蹬骑自行车运动诱发力竭过程中大脑皮质的中/前岛叶与运动皮质之间的信息交流进行了研究。为了量化疲劳诱发的大脑皮层之间信息通信的变化,作者采用了左右大脑半球皮质的中/前岛叶与运动皮质间平均延迟相位同步化(lagged phase synchronization)指标。结果发现,在力竭运动结束末,这种中/前岛叶与运动皮质间平均延迟相位同步化程度显著增加。他们认为,在疲劳运动过程中,中/前岛叶皮质不仅整合和评估来自外周的感觉信息,而且也在与运动皮质之间的通讯中起到了重要作用。而且实验结果发现,疲劳后,在BA11(medial orbitofrontal cortex,mOFC)区α和β波功率显著增加。

Hilty等利用sLORETA研究发现,在握力疲劳运动结束前发现中/前岛叶皮质的活动异常活跃,这暗示这个结构可能参与到调停肌肉疲劳运动,进而保证机体组织的完整性。

尽管早期研究缺乏有效的工具去直接评价中枢在肌肉疲劳发挥中的作用,但是有研究推断出了参与运动性肌肉疲劳的大脑皮层的相关位置,其中有一项研究表明:疲劳也会发生在脊髓水平。在回顾有关肌肉运动引起的中枢疲劳和外周疲劳的定量研究时发现,外周疲劳要比中枢疲劳更明显,例如,在肘关节屈肌做最大随意收缩时发现,在收缩任务结束时肌肉力量下降了大约60%,但是肌肉的激活水平下降率不到10%。同样,在握力实验中,疲劳结束时,其最大握力下降了60%,但是脑核磁共振(fMRI)信号强度和MRCPs幅值只有略微下降。因此,尽管很多研究表明已经识别到中枢疲劳的存在,但是定量研究发现中枢疲劳的程度却远不及外周疲劳。为什么在大脑皮层水平发生的疲劳程度没有肌肉疲劳程度深呢?推测其原因可能是因为大脑是一个“冗余器官(redundant organ)”,在大脑中存在很多控制运动的神经中枢,这些运动中枢发出的神经纤维会平行地投射到脊髓的运动神经元池,参与一项运动任务的肌肉群受多个运动中枢的控制,并且已经有研究表明:受试者在做简单运动时,大脑会有多个运动中枢共同参与工作。已经有学者研究发现,在肌肉发生疲劳时,运动单位以及大脑皮层神经元会轮换工作。因此,基于以上的研究推测在疲劳发生发展过程中可能存在运动中枢激活转移现象(shifting of activation center)。通过转移激活的运动中枢可以避免中枢部位发生疲劳,从而延长执行动作的时间。

直到目前为止,根据我们所掌握的材料,只有Liu等对运动疲劳过程MRCPs电位的发生源位置进行了研究,他们发现,疲劳时大脑激活中心中偶极子的分布更加分散、构成95%置信区间的椭圆面积更大、数据更加分散,说明疲劳组受试者运动激活中心有较大的变动,而疲劳程度小的对照组其运动激活中心变化范围小。但是在该项研究中对EEG进行脑源重构作者使用的是偶极子模型重构法,这种方法需要提前假设偶极子的个数,这对最终的结果影响很大。而且他们使用的是最大随意收缩诱发疲劳的运动模式。

鉴于fMRI方法对血流动力学的反应需要一定的时间,因此,时间分辨率并不高,很难揭示在大脑不同区域运动准备毫秒级的精确时间组织模式。而EEG具有较高的时间分辨率,利用sLORETA对EEG进行逆运算,可以精确地求出运动中毫秒级的脑源特征。另外,鉴于目前很少有学者关注运动肌肉疲劳时,相关运动中枢MRCPs神经元发生源的变化情况,因此可以尝试使用sLORETA分析运动肌肉疲劳时,MRCPs电位神经元发生源的变化特征。