運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究的知識圖譜分析

戴文豪 陳 杰 謝 平 李國強(qiáng) 王大鵬*

1(燕山大學(xué)體育學(xué)院，河北 秦皇島 066004)2(燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北秦皇島 066004)

引言

運(yùn)動相關(guān)皮層電位(movement-related cortical potentials，MRCPs)是一種事件相關(guān)電位，是人體在暗示或進(jìn)行隨意運(yùn)動中調(diào)用大腦中與運(yùn)動相關(guān)的認(rèn)知資源時所產(chǎn)生的負(fù)值低頻電位[1]。 在腦電圖(electroencephalograph，EEG)記錄中可以觀察到一個在人體進(jìn)行隨意運(yùn)動開始之前大約1.5 ～2 s，幅值最高可達(dá)50 μV 的電位波形。 經(jīng)典的MRCPs 包含3 個成分:準(zhǔn)備電位(bereitschafts potentia1，BP)[2]、運(yùn)動電位(motor potential，MP)[3]以及運(yùn)動監(jiān)控電位(movement-monitoring potentials，MMP)[4]。這些組成部分主要出現(xiàn)在大腦的初級運(yùn)動皮質(zhì)區(qū)、前運(yùn)動區(qū)以及輔助運(yùn)動皮質(zhì)區(qū)間[5]，并且與運(yùn)動計(jì)劃、準(zhǔn)備和動作的早期執(zhí)行有關(guān)。 人體在進(jìn)行隨意運(yùn)動時大腦所產(chǎn)生的運(yùn)動相關(guān)皮質(zhì)電位(MRCPs)會富含大量的運(yùn)動信息，因此在眾多學(xué)科領(lǐng)域一直受到國外研究人員的廣泛關(guān)注，而國內(nèi)鮮有相關(guān)研究。 理清國外運(yùn)動相關(guān)皮層電位的研究狀況及發(fā)展過程、研究熱點(diǎn)及前沿，有助于從整體上把握國外實(shí)況，促進(jìn)國內(nèi)學(xué)者認(rèn)清國際上在運(yùn)動相關(guān)皮層電位方面的前沿問題、演進(jìn)脈絡(luò)，推動我國在該領(lǐng)域的理論研究與實(shí)踐發(fā)展。 因此，本文以Web of ScienceTM中收錄的運(yùn)動相關(guān)皮層電位的文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)來源，借助Cite Space V 軟件，結(jié)合科學(xué)計(jì)量學(xué)理論，在定量與定性分析結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過繪制相應(yīng)知識圖譜，探析國外運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究的基本狀況、熱點(diǎn)領(lǐng)域及其演進(jìn)。

1 研究熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞或主題詞是文章核心的濃縮和提煉，它們出現(xiàn)的頻次越高，表明其所表達(dá)研究主題的熱度就越高[5]。 Cite SpaceⅤ是通過統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵詞或主題詞的詞頻之間的共現(xiàn)頻率，以可視化的形式將頻率層次和聚類關(guān)系清晰地顯示出來，從而對某一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)進(jìn)行分析[6]。

在Cite SpaceⅤ功能參數(shù)區(qū)對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，時區(qū)分割(time slicing)為2000—2020年，1年為1 個切片，Node Types 選擇節(jié)點(diǎn)Key words，閾值項(xiàng)選擇“Top N% per slice”，節(jié)點(diǎn)閾值設(shè)定為每個時間切片中頻次最高的50 個關(guān)鍵詞，運(yùn)行軟件，結(jié)果如圖1所示。 由257 個節(jié)點(diǎn)和1 335 條連線組成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識圖譜，在圖譜中，節(jié)點(diǎn)代表所要分析的對象，也就是關(guān)鍵詞所出現(xiàn)的頻次越多，節(jié)點(diǎn)越大。 節(jié)點(diǎn)之間的連線則表示共現(xiàn)關(guān)系，其中粗細(xì)程度表現(xiàn)共現(xiàn)的強(qiáng)度，顏色則表示該節(jié)點(diǎn)第一次出現(xiàn)的時間[7]。

將表達(dá)意思相同或相近的關(guān)鍵詞做合并處理，如movement-related potentials 和movement related potentials 為表達(dá)同一意義的關(guān)鍵詞，在Cite SpaceⅤ導(dǎo)出的數(shù)據(jù)中，movement、cortex、potential、brain 等均按照以上方法做相同合并，規(guī)范合并后的部分高頻關(guān)鍵詞和高中心性關(guān)鍵詞見表1。

表1 所示，運(yùn)動關(guān)聯(lián)電位(movement-related potential)與運(yùn)動皮層(motor cortex)分別以頻次149與頻次108 成為排在第1 與第2 的關(guān)鍵詞，這表明運(yùn)動關(guān)聯(lián)電位與運(yùn)動皮層在運(yùn)動相關(guān)皮質(zhì)電位的研究中受到高度關(guān)注。 還發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(movement)一詞以88 的頻次排在第4 位。 運(yùn)動相關(guān)皮層電位包含運(yùn)動前成分和運(yùn)動后成分兩部分，人體通過運(yùn)動從而誘發(fā)運(yùn)動相關(guān)皮層電位的出現(xiàn)，然而這些成分的產(chǎn)生通常出現(xiàn)在初級運(yùn)動皮質(zhì)區(qū)、運(yùn)動前區(qū)以及輔助運(yùn)動皮質(zhì)區(qū)。 這表明運(yùn)動相關(guān)皮層電位的產(chǎn)生需要大腦在不同的時間過程中有計(jì)劃地激活與運(yùn)動相關(guān)皮層的不同空間區(qū)域。

表1 運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究高頻關(guān)鍵詞及中心度(前15位)Tab.1 High-frequency keywords and centralities in motorrelated cortical potential(TOP15)

腦電圖(EEG)這一關(guān)鍵詞以104 的頻次排在第3 位。 腦電圖可以用來評估腦受累程度，積極參與已經(jīng)被證明可以誘發(fā)皮質(zhì)脊髓可塑性和增強(qiáng)運(yùn)動恢復(fù)的可能性[8]，并且研究者可以在腦電圖中，提取出所需要分析的運(yùn)動相關(guān)皮層電位。 此外，腦(brain)這一關(guān)鍵詞雖然頻次排在最后一名，但是其中心性排在第5 位，為了更好的對腦電圖進(jìn)行研究，需要對腦電圖信號進(jìn)行不同分類(classification)，如Susan 等[9]對腦電圖信號進(jìn)行分類，用來識別在運(yùn)動任務(wù)執(zhí)行過程中的注意變化，進(jìn)而提取不同的腦電圖與運(yùn)動相關(guān)電位。 此方面研究對設(shè)計(jì)運(yùn)動功能康復(fù)的腦機(jī)接口系統(tǒng)具有著重要意義。

高頻關(guān)鍵詞的排名中，皮層電位(cortical potential)雖然排名第6 名，但是其中心性卻最高(0.22)，這表明皮層電位的研究對運(yùn)動相關(guān)皮層電位的研究有著較為重要的連接作用。 如，Knaepen等[10]對與步態(tài)相關(guān)的皮層電位研究，Suntrup 等[11]對吞咽的皮層電位研究，Jochumsen 等[12]對抓握的皮質(zhì)電位研究等都是通過不同范式從皮層電位對運(yùn)動相關(guān)皮層電位進(jìn)行分析。

帕金森病(Parkinson's disease)、自愿運(yùn)動(voluntary movement)和輔助運(yùn)動區(qū)(supplementary motor area)這些關(guān)鍵詞的頻次分別排在第5、8、11位，其中心性分別排在第14、9、5，該類研究主要通過對運(yùn)動相關(guān)皮層電位的刺激，針對帕金森綜合征以及其他具有神經(jīng)性運(yùn)動功能障礙的人群進(jìn)行的康復(fù)研究。 除了以上刺激外，腦-機(jī)接口(braincomputer interface)是使用大腦信號來傳達(dá)用戶的意圖，這些系統(tǒng)不依賴于周圍神經(jīng)和肌肉，因此它們也可以被嚴(yán)重運(yùn)動障礙的人使用。 如，F(xiàn)lint 等[13]通過局部場電位精確解碼肌肉活動，Markowitz 等[14]通過對獼猴皮層局部場電位優(yōu)化運(yùn)動目標(biāo)解碼。在腦-機(jī)接口研究中涵蓋了對人類神經(jīng)性運(yùn)動功能障礙康復(fù)的研究，為日后的運(yùn)動康復(fù)打下基礎(chǔ)。

綜上所述，運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究所涉及的關(guān)鍵詞眾多，通過對關(guān)鍵詞進(jìn)行知識聚類分析，發(fā)現(xiàn)了運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，相關(guān)熱點(diǎn)主要是圍繞出現(xiàn)的問題或現(xiàn)象展開的，具體包括運(yùn)動關(guān)聯(lián)電位、運(yùn)動皮層、腦電圖、運(yùn)動、帕金森綜合征等。 這些熱點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域較為全面，有力促進(jìn)了運(yùn)動相關(guān)皮層電位的研究進(jìn)展，進(jìn)而為運(yùn)動康復(fù)、訓(xùn)練等領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

2 發(fā)展演進(jìn)分析

圖2 為運(yùn)動相關(guān)皮層電位的文獻(xiàn)共被引聚類結(jié)果。 圖中每個節(jié)點(diǎn)代表1 篇文獻(xiàn)。 黑色名稱節(jié)點(diǎn)表示高中介中心性的文獻(xiàn)，高中介中心性的節(jié)點(diǎn)表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究的標(biāo)志性意義和鏈接的樞紐作用，它為那些無法直接進(jìn)行連接的節(jié)點(diǎn)或聚類起到了中介的作用，具有控制另兩個引用文獻(xiàn)的交互能力，處于重要的主導(dǎo)地位[15]。 紅色名稱則為聚類命名，聚類的顏色表明運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究在不同時間的演進(jìn)。 從圖可見，運(yùn)動相關(guān)皮層電位的主要聚類有10 個:＃0:frontal Lobe(大腦額葉)、＃1:electroencephalography(腦電圖學(xué))、＃2:brain-machine interfaces (腦機(jī)接口)、 ＃ 3: motor imagination(運(yùn)動想象)、＃4:attention(注意力)、＃5:movement-monitoring potential(運(yùn)動監(jiān)測電位)、＃6:Parkinson's disease(帕金森病)、＃8:evoked potential(誘發(fā)電位)、＃9:grasping(抓握)、＃11:deglutition(吞咽)。 聚類的顏色反映首次被共引的時間，可以通過聚類顏色的變化，看到知識流向隨時間的變化(由淺色到深色)。 根據(jù)圖2 聚類內(nèi)容與演進(jìn)時間(顏色表示)，將共被引網(wǎng)絡(luò)分為3 個時期，分別用黃、橙、紅3 種色彩表示。 圖中10 個聚類分屬在3個時期中，時間演進(jìn)由前及后，形成了連續(xù)的發(fā)展脈絡(luò)，不同聚類的時間演進(jìn)時期會發(fā)生交叉，體現(xiàn)為圖2 中的顏色塊重疊。 對圖中3 個時期的聚類再劃分，并對代表性節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)(見表2)進(jìn)行重點(diǎn)分析，以揭示運(yùn)動相關(guān)皮層電位的整體發(fā)展演進(jìn)。

圖2 運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究文獻(xiàn)共引網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜Fig.2 The co-citation network atlas of motor related cortical potential research literature

表2 運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究各知識聚類高中心性文獻(xiàn)信息Tab.2 Clustering of high school psychosexual literature information based on motor-related cortical potentials

2.1 階段1:聚焦大腦額葉、誘發(fā)電位、吞咽研究

由圖2 可見，階段1 共包含3 個聚類，分別是＃0:frontal lobe(大腦額葉)；＃11:deglutition(吞咽)；＃8:evoked potential(誘發(fā)電位)。 從代表研究來看，此階段的研究多集中于2005年以前。

聚類＃0 為frontal lobe(大腦額葉)，大腦額葉分為4 個主要部分:運(yùn)動區(qū)、前運(yùn)動區(qū)、前額葉區(qū)和額葉內(nèi)側(cè)區(qū)。 在人類行為研究中，對運(yùn)動活動中感知努力的生理和心理基礎(chǔ)的識別由來已久[25-26]。 對于工具的使用和抓握，頂葉和運(yùn)動前區(qū)在準(zhǔn)備和執(zhí)行過程中起著重要作用[27-28]。 為了更好地理解大腦是如何控制運(yùn)動的，不僅要檢查身體表現(xiàn)及其相關(guān)的生理反應(yīng)，還要評估表現(xiàn)的感知成本。 而在這一聚類中被引較高的為文獻(xiàn)[16]，并且中心性較高，表明運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究中針對大腦額葉的研究有著十分重要的影響力。 該研究為了明確自主運(yùn)動中運(yùn)動皮層激活的精確位置和時間，對運(yùn)動相關(guān)皮層電位進(jìn)行了結(jié)合多種約束條件的偶極子源分析，確定了MRCP 中不相關(guān)源的數(shù)量，并且發(fā)現(xiàn)MFC 的激活與雙側(cè)中央前回的激活時間相似，從而確定了大腦中MRCP 的產(chǎn)生和它們激活的時間關(guān)系。 Wheaton 等[29]選取了8 名受試者利用高密度腦電圖來描述在實(shí)踐運(yùn)動中皮層活動的變化，證明了頂葉和額葉活動的動態(tài)顯示了這些區(qū)域在實(shí)踐中產(chǎn)生的時間。 后頂葉皮質(zhì)有助于MRCP 的早期慢波陰性。 表明在左頂葉區(qū)域運(yùn)動前3 秒就開始計(jì)劃自我節(jié)奏的練習(xí)動作，隨后與額葉皮層區(qū)域相結(jié)合。

聚類＃11 為deglutition(吞咽)，在吞咽控制中涉及了多個額葉、頂葉和顳葉皮層區(qū)域，包括了咽部和食道階段[30-32]，文獻(xiàn)[17]表現(xiàn)出較高被引量，其作者選取了7 名受試者，通過對受試者的MRCPs 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與咽吞咽相關(guān)的運(yùn)動相關(guān)皮層電位的特征不同于肢體運(yùn)動，與咽下感覺信息相關(guān)的皮層過程和咽吞咽的皮層準(zhǔn)備過程都取決于吞咽的類型吞咽任務(wù)。 Mosier 等[33]進(jìn)行了功能性磁共振成像(fMRI)研究健康成人受試者參與意志吞咽任務(wù)的皮層、皮層下和小腦系統(tǒng)。 結(jié)果表明吞咽的皮層組織結(jié)構(gòu)可能包含一個取代解剖結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)，其中每個功能單元或模塊在感覺運(yùn)動的規(guī)劃和執(zhí)行中起著特定的作用，并且支持了對于吞咽、皮層組織是基于排列成平行系統(tǒng)的功能連接模塊，該作者另一研究指出，成年人吞咽控制具有相當(dāng)大的可塑性和適應(yīng)性。

聚類＃8 為evoked potential(誘發(fā)電位)，其中Babiloni 等[18]的文章在這一聚類中表現(xiàn)出較高被引量。 由于腦電圖和腦磁圖擁有的高時間分辨率，因此被認(rèn)為是研究大腦動力學(xué)的有用技術(shù)，并且對大腦電磁信號進(jìn)行的所有連接都是計(jì)算從電或磁傳感器采集的信號之間的連接[34-35]，然而，在這種情況下，由于相干性計(jì)算的非方向性，信息在皮層區(qū)域之間流動的方向是不可用的。 因此，Babiloni 選取了4 名受試者，通過手指敲擊動作，并且基于定向傳遞函數(shù)(DTF)提出了一種綜合評估大腦皮層連通性信息的方法。

階段1 的研究主要集中在2005年之前，學(xué)者們所關(guān)注的領(lǐng)域主要集中在對大腦額葉刺激、誘發(fā)電信號采集以及成人吞咽研究。 在大腦額葉的信號處理上，確定了MRCP 中不相關(guān)源的數(shù)量以及MRCP 的產(chǎn)生和它們激活的時間關(guān)系，并證明了頂葉和額葉活動的動態(tài)顯示了這些區(qū)域在實(shí)踐中產(chǎn)生的時間；在吞咽研究上，發(fā)現(xiàn)與咽吞咽相關(guān)的運(yùn)動相關(guān)皮層電位的特征不同于肢體運(yùn)動，支持了對于吞咽、皮層組織是基于排列成平行系統(tǒng)的功能連接模塊，并反對通過大量分布的皮層區(qū)域來控制吞咽的觀點(diǎn)，通過該系統(tǒng)可以促進(jìn)吞咽行為與其他運(yùn)動動作的協(xié)調(diào)，從而產(chǎn)生豐富的行為序列；有關(guān)誘發(fā)電位的研究中，基于定向傳遞函數(shù)(DTF)提出了一種綜合評估大腦皮層連通性信息的方法，通過這種方法，既適用于分析人類簡單的動作，也適用于分析復(fù)雜的動作或認(rèn)知任務(wù)。 這些研究均以證實(shí)為主，為今后運(yùn)動相關(guān)皮層電位的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

2.2 階段2:聚焦腦-機(jī)接口、運(yùn)動想象、運(yùn)動檢測電位、帕金森綜合征的研究

由圖4 可見，階段2 時期共包含4 個聚類，分別是＃5:movement-monitoring potential(運(yùn)動監(jiān)測電位)；＃2:brain-machine interfaces(腦-機(jī)接口)；＃3:motor imagination(運(yùn)動想象)；＃6:Parkinson's disease(帕金森病)。 從圖4 中可以看見，Period 2 時期正屬于運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究的交叉時期。 從代表研究來看，此階段的研究多集中于2005年-2012年之間。

聚類＃5 為movement-monitoring potential(運(yùn)動監(jiān)測電位)，其中文獻(xiàn)[19] 有較高的中心性，Slobounov 選取了6 名19-25 歲的大學(xué)生，檢驗(yàn)了腦電圖中等距力的產(chǎn)生與受試者的表現(xiàn)能力和相關(guān)的短期肌肉努力感知之間的相關(guān)性。 發(fā)現(xiàn)運(yùn)動相關(guān)皮層電位與力的產(chǎn)生以及感知的努力相關(guān)，從而證實(shí)了從額中央皮層區(qū)域到腦電的選擇敏感性特定動力學(xué)變量的實(shí)驗(yàn)操作和與產(chǎn)生力的某些階段相關(guān)的感知的努力，即大腦可以感受到人們的感知努力，為老年人康復(fù)以及有各種運(yùn)動障礙的患者的康復(fù)訓(xùn)練打下基礎(chǔ)[36]。

聚類＃2 為brain-machine interfaces(腦-機(jī)接口)，腦計(jì)算機(jī)接口(BCIs)是使用大腦信號來傳達(dá)用戶的意圖。 由于這些系統(tǒng)不依賴于周圍神經(jīng)和肌肉，因此它們可以被嚴(yán)重運(yùn)動障礙的人使用。 文獻(xiàn)[20]在這一聚類中表現(xiàn)出了較高被引量，且中心性較高。 Schalk 選取了5 名受試者，要求他們使用操縱桿來移動光標(biāo)跟蹤電腦屏幕上的移動目標(biāo)，以此來確定是否有可能從記錄在腦皮層電圖(electrocorticogram，ECoG)的信號中有效解碼實(shí)時運(yùn)動學(xué)參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)腦皮層電圖(ECoG)信號可用于精確解碼人體二維操縱桿運(yùn)動學(xué)，并發(fā)現(xiàn)了可以明顯清晰表現(xiàn)ECoG 特征的余弦調(diào)諧，該余弦調(diào)諧之前只在猴子的皮質(zhì)內(nèi)微電極上檢測到[37-38]。該研究同時還發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)于大腦運(yùn)動方向的新的信號，這表明ECoG 是研究腦功能的潛在且強(qiáng)有力的工具，成為此聚類的研究基礎(chǔ)。 Velliste 等[39]通過對猴子進(jìn)行試驗(yàn)，證明了使用皮質(zhì)信號來控制多關(guān)節(jié)假肢裝置，實(shí)現(xiàn)與物理環(huán)境直接實(shí)時交互，并證明了除運(yùn)動的三個維度外，受試者的皮層信號還可成比例地控制手臂末端的一個夾持器，該研究的多自由度假肢控制演示，為開發(fā)靈巧的假肢裝置奠定了基礎(chǔ)，有望在接近自然水平上實(shí)現(xiàn)手臂和手的功能。

聚類＃3 為motor imagination(運(yùn)動想象)，從＃2:brain-machine interfaces(腦-機(jī)接口)到＃3:motor imagination(運(yùn)動想象)既可以看作是一個發(fā)展過程，也可以看作是一個大的相關(guān)聚類。 運(yùn)動想象是自身運(yùn)動行為在心理上的復(fù)現(xiàn)，而不存在真實(shí)的肌肉活動[40]。 在這一聚類中，共分為兩個方向:一個是以Farina 等[21]為主的信號處理研究，相關(guān)研究提出了一種基于特征提取階段主小波和分類步驟中核和正則化參數(shù)優(yōu)化的MRCPs 分類新方案，其研究結(jié)果有望用于使用MRCP 來控制復(fù)雜的運(yùn)動任務(wù)。另一個是以Daly 等[41]為主的證實(shí)研究，相關(guān)研究闡述了腦-機(jī)接口(BCI)技術(shù)可用于控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)或肢體矯形器，控制文字處理和訪問互聯(lián)網(wǎng)，通過使用腦信號來補(bǔ)充受損的肌肉控制，證實(shí)BCIs 可以提高康復(fù)方案的效率，從而改善患者的肌肉控制。 Nascimento[3]研究指出，MRP(運(yùn)動檢測電位)與涉及不同扭矩發(fā)展速率和扭矩水平的運(yùn)動任務(wù)之間的相關(guān)性表明，MRP 可能包括用于編程由基于神經(jīng)康復(fù)技術(shù)的系統(tǒng)執(zhí)行的預(yù)期運(yùn)動的潛在解決方案。

聚類＃6 為Parkinson's disease(帕金森病)，隨著運(yùn)動相關(guān)皮層電位的發(fā)展，其帶來的康復(fù)功能也被越來越多的研究者所關(guān)注。 從圖4 可以發(fā)現(xiàn)，通過運(yùn)動相關(guān)皮層電位來促進(jìn)帕金森綜合征患者康復(fù)的聚類面積較大，表明這在運(yùn)動相關(guān)皮層電位的研究中占重要部分。 Lalo 等[42]調(diào)查了帕金森病患者靜息和運(yùn)動期間，內(nèi)側(cè)及外側(cè)皮質(zhì)區(qū)域與丘腦底核(STN)之間雙向耦合的模式，以及沒有藥理學(xué)多巴胺能輸入的情況，發(fā)現(xiàn)STN 與內(nèi)側(cè)及外側(cè)皮質(zhì)區(qū)之間存在不對稱的雙向耦合，在35HZ 頻率下，皮層對STN 的驅(qū)動力較大；運(yùn)動過程中，內(nèi)側(cè)皮質(zhì)對STN的驅(qū)動力下降；并且STN 與內(nèi)側(cè)皮質(zhì)之間及外側(cè)皮質(zhì)對稱雙向驅(qū)動力增加多巴胺能治療后的皮質(zhì)驅(qū)動STN，結(jié)果證實(shí)了皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)通信的雙向模式，其在頻帶上被差異化的圖案化，并且隨著運(yùn)動和多巴胺能輸入而變化。 Litvak 等[22]證明了γ 波段中幾個與運(yùn)動相關(guān)的增加，其中，STN 中60-90Hz頻帶功率之和與M1 的相應(yīng)一致，與PD 患者的對側(cè)運(yùn)動遲緩剛性相關(guān)，并且支持了這種同步形式的促動力性質(zhì)，即這種同步與所執(zhí)行的運(yùn)動類型無關(guān)，因此可以支撐電機(jī)控制的一般特征。 Hsu[43]通過對14 名PD 患者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析了STN 在帕金森病意志運(yùn)動終止準(zhǔn)備中的作用，結(jié)果表明STN 參與意志運(yùn)動終止的準(zhǔn)備，STN 中跨寬帶的同時事件相關(guān)的去同步(ERD)可能在終止意志運(yùn)動中起關(guān)鍵作用。

階段2 的研究主要集中于2004年-2010年間，學(xué)者們關(guān)注的領(lǐng)域主要為運(yùn)用腦-機(jī)接口針對有運(yùn)動功能障礙患者進(jìn)行的康復(fù)實(shí)驗(yàn)。 從圖4 來看，聚類3 與聚類5 有部分重合，并且與上一時期緊密相連，說明了聚類3 與聚類5 之間關(guān)系密切。 從內(nèi)容上看聚類3 圍繞著通過運(yùn)動想象來進(jìn)行針對運(yùn)動功能障礙患者展開，聚類5 則是通過運(yùn)動檢測信號展開，由此看出這一時期的研究繼承并強(qiáng)化了上一時期的研究。 同時還關(guān)注了新出現(xiàn)的問題——帕金森綜合征，并指出丘腦底核在帕金森病意志運(yùn)動終止準(zhǔn)備中的作用。 這些研究仍以證實(shí)為主，為有運(yùn)動功能障礙人群的康復(fù)打下基礎(chǔ)，也為運(yùn)動相關(guān)皮層電位更好發(fā)展有所推進(jìn)。

2.3 階段3:聚焦腦電圖學(xué)、注意力、抓握研究

由圖4 可見，階段3 共包含4 個聚類，分別是＃1:electroencephalography(腦電圖學(xué))；＃9:grasping(抓握)；＃4:attention(注意力)。 從代表研究來看，此階段的研究多集中于2010年以后。

聚類＃1 為electroencephalography(腦電圖學(xué))，腦電圖可以用來評估腦受累程度，積極參與已經(jīng)被證明可以誘發(fā)皮質(zhì)脊髓可塑性和增強(qiáng)運(yùn)動恢復(fù)的可能性。 在這一聚類中，文獻(xiàn)[23]的研究具有較高的被引量，其研究提出并證明了潛在的范式檢測運(yùn)動意圖的潛伏期限制在200 ms 以內(nèi)。 該作者另一篇文章指出，使用基于在線運(yùn)動想象的異步腦-機(jī)接口系統(tǒng)可以改變對脛前肌的皮質(zhì)脊髓投射，并同時觸發(fā)外圍刺激[44]。 Xu 等[45]調(diào)查了健康個體在運(yùn)動想象過程中單次試驗(yàn)的腦電軌跡，并對運(yùn)動任務(wù)、頻帶和處理技術(shù)進(jìn)行了綜合比較，研究顯示MRCP 中延長負(fù)性期的交叉學(xué)科一致性、重復(fù)任務(wù)中感覺以及運(yùn)動節(jié)律的延遲反彈。 當(dāng)使用帶有時間序列分析的彈道MRCP 時，檢測性能具有最大的準(zhǔn)確性。 此方面的研究對設(shè)計(jì)運(yùn)動功能康復(fù)的腦-機(jī)接口系統(tǒng)具有重要意義。

聚類＃9 為grasping(抓握)，小電脈沖可以刺激仍受神經(jīng)支配的癱瘓手臂肌肉，這表明，神經(jīng)假體能夠恢復(fù)手的功能，尤其是不同的抓握方式[46]。 在這一聚類中，Jochumsen 等[12]的工作與聚類1 和聚類4 有緊密關(guān)系，并且具有較高的被引量。 作者證明了在有限的潛伏期內(nèi)檢測運(yùn)動意圖，提取和分類不同水平的力和速度是可能的，為神經(jīng)康復(fù)打下基礎(chǔ)。 Schwarz 等[47]利用人腦電信號的低頻時域特征，成功在線解碼兩個抓取和一個腕部擺動運(yùn)動。這些發(fā)現(xiàn)有助于開發(fā)一種更自然、更直觀的基于BCI 的控制模式，可用于運(yùn)動障礙患者的上肢運(yùn)動神經(jīng)假體或機(jī)械臂。

聚類＃4 為attention(注意力)，注意力的減退會降低在運(yùn)動意圖檢測過程中腦-機(jī)接口的表現(xiàn)[48]，在這一聚類中，文獻(xiàn)[24]具有較高的被引量，其涉及一個在線BCI 實(shí)驗(yàn)。 該研究比較了LPP-LDA 算法與MF 方法在檢測精度和延遲性能方面的差異，其結(jié)果表示LPP-LDA 算法具有高精度和易于在線實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，并且可用于神經(jīng)調(diào)節(jié)與運(yùn)動康復(fù)領(lǐng)域。 Aliakbaryhosseinabadi 等[49]發(fā)現(xiàn)注意轉(zhuǎn)移對健康受試者和腦卒中患者的運(yùn)動意向檢測均有延遲作用，但對患者組的運(yùn)動準(zhǔn)備階段影響較大，并且發(fā)現(xiàn)注意變化會影響動作表現(xiàn)的習(xí)慣化。 該作者另一研究發(fā)現(xiàn)，注意水平的變化會影響運(yùn)動皮層與運(yùn)動準(zhǔn)備和執(zhí)行相關(guān)的輔助運(yùn)動區(qū)域的活動，更高的注意力轉(zhuǎn)移導(dǎo)致運(yùn)動任務(wù)的特定MRCP 特征大大減少[9]，對設(shè)計(jì)實(shí)時腦-機(jī)接口系統(tǒng)具有重要意義。

階段3 的研究主要集中于2010年及之后，學(xué)者們主要關(guān)注的領(lǐng)域已經(jīng)由動作模式對運(yùn)動相關(guān)電位的探索轉(zhuǎn)向?yàn)橥ㄟ^對運(yùn)動相關(guān)電位的監(jiān)測與設(shè)置，觀察人的運(yùn)動意圖，主要為腦電圖學(xué)、抓握、注意力幾個方面。 關(guān)于腦電圖學(xué)，研究指出了運(yùn)動意圖的潛伏期限制在200 ms 以內(nèi)，當(dāng)使用帶有時間序列分析的彈道MRCP 時，檢測性能具有最大的準(zhǔn)確性，對設(shè)計(jì)運(yùn)動功能康復(fù)的腦-機(jī)接口系統(tǒng)具有重要意義；關(guān)于抓的研究，指出了利用腦電信號可以提取和分類不同水平的力和速度，并且可以解碼人的實(shí)時動作，有助于開發(fā)一種更自然的BCI 控制模式；關(guān)于注意力的研究，指出了LPP-LDA 算法具有高精度和易于在線實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，并且發(fā)現(xiàn)注意水平的變化會影響運(yùn)動皮層與運(yùn)動準(zhǔn)備區(qū)域的活動，對設(shè)計(jì)實(shí)施腦-機(jī)接口系統(tǒng)具有重要意義。 這些研究還是多以證實(shí)為主，所關(guān)注的問題更加多元化，為運(yùn)動相關(guān)皮層電位的全面研究提供了保障。

綜上所述，運(yùn)動相關(guān)皮層電位的研究以不同時期出現(xiàn)的問題或現(xiàn)象為引領(lǐng)，以實(shí)證研究為手段，主要經(jīng)歷了3 個階段的研究。 2005年及之前，以大腦額葉、吞咽、誘發(fā)電位為主要研究領(lǐng)域。 而后，對上一階段的問題進(jìn)行了承續(xù)并深化，同時關(guān)注到這一時期(2005年-2010年)出現(xiàn)的帕金森綜合征問題，隨著時間的推移(2010年)，學(xué)者們逐漸把研究重心放到了腦電圖學(xué)、抓握、注意力這類研究中，相應(yīng)的研究也在前兩段研究的基礎(chǔ)上繼續(xù)深化。 尤其是對腦-機(jī)接口的研究，折射出了人類對于神經(jīng)類疾病康復(fù)的追求，這也將成為運(yùn)動相關(guān)皮層電位研究的前沿。

3 總結(jié)與展望

文獻(xiàn)分析表明，運(yùn)動相關(guān)皮層電位的研究熱點(diǎn)緊密圍繞心理學(xué)、生理學(xué)以及體育學(xué)等領(lǐng)域的具體問題或現(xiàn)象展開，研究的發(fā)展歷程可以分為3 個階段:第1 階段(2005年及之前)，以大腦額葉、吞咽、誘發(fā)電位為主；第2 階段(2005年-2012年)以運(yùn)動檢測電位、腦-機(jī)接口、運(yùn)動想象、帕金森綜合征研究為主；第3 階段(2010年以后)以腦電圖學(xué)、抓握、注意力研究為主。 運(yùn)動相關(guān)皮層電位作為一種事件相關(guān)電位，因?yàn)槠淠芊从尺\(yùn)動前的策劃、準(zhǔn)備、早期的運(yùn)動執(zhí)行過程的能力，因此可以應(yīng)用于檢測大腦運(yùn)動意圖、識別運(yùn)動參數(shù)、探索運(yùn)動神經(jīng)機(jī)制和評價運(yùn)動康復(fù)效果等研究。 但自1965年首次發(fā)現(xiàn)MRCPs 信號以來，雖引起了不同領(lǐng)域?qū)W者對其不同程度的關(guān)注，但至今仍進(jìn)展緩慢。

原因是由于MRCPs 信號相比較于其他EEG 信號，幅值小、信噪比低，并且波形組合復(fù)雜，更容易受到人體中各類生理、心理活動的干擾，且在空間分布上存在明顯的個體差異。 MRCPs 的信號主要分布在運(yùn)動開始前1.5～2 s 的準(zhǔn)備時間內(nèi)與運(yùn)動想象期間，現(xiàn)在針對MRCPs 信號檢測以及特征提取技術(shù)還有所局限，很難將MRCPs 信號中蘊(yùn)含的大量運(yùn)動意圖信息特征提取出來，這也是從發(fā)現(xiàn)MRCPs 信號到現(xiàn)在，制約其在運(yùn)動康復(fù)以及神經(jīng)等領(lǐng)域應(yīng)用的最根本原因；其次則是在運(yùn)動想象研究中，運(yùn)動想象在BCI 領(lǐng)域中是應(yīng)用最廣泛的一種范式，大多應(yīng)用于帕金森綜合征、腦卒中等由于運(yùn)動功能障礙而無法執(zhí)行實(shí)際動作的患者中，而MRCPs 信號的在線檢測結(jié)果一直不理想，這制約了MRCPs 在BCI 領(lǐng)域中的康復(fù)應(yīng)用，運(yùn)動想象時所產(chǎn)生的MRCPs 信噪比遠(yuǎn)低于珍視運(yùn)動，并且在信號提取時，需要采用一定長度的運(yùn)動想象腦電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)過長則影響MRCPs 的檢測效果，截止到目前，也難以針對其選取合適的數(shù)據(jù)長度，這也是導(dǎo)致MRCPs 難以取得重大突破的原因。

運(yùn)動相關(guān)皮層電位與大腦額葉、誘發(fā)電位、人類吞咽、腦機(jī)接口、運(yùn)動想象、運(yùn)動檢測電位、帕金森綜合征、腦電圖學(xué)、注意力、抓握等角度的研究，可能為某些康復(fù)活動提供新的解釋，也為某些疾病的研究提供新治療方法。 在運(yùn)動康復(fù)領(lǐng)域中，BCI系統(tǒng)為運(yùn)動功能障礙患者帶來了新的曙光，并且在當(dāng)下研究中，通過運(yùn)動想象、運(yùn)動檢測等方法已經(jīng)在康復(fù)領(lǐng)域中取得了很好的突破，但在一些方面還存在局限性。 目前的BCI 系統(tǒng)應(yīng)用于康復(fù)領(lǐng)域主要分為兩個方面，一是通過運(yùn)動神經(jīng)假體代替已經(jīng)受損或喪失運(yùn)動功能的肢體，以替代的手段完成康復(fù)目的；二是通過從腦電信號中獲取的大量運(yùn)動意圖信息控制外部輔助裝置或醫(yī)療設(shè)備，如外骨骼、功能性電刺激裝置等，以功能重建的方式實(shí)現(xiàn)康復(fù)目的。 顯然后一種康復(fù)手段要優(yōu)于前一種。MRCPs 信號在其中則扮演了重要角色，目前針對MRCPs 信號的特征提取方法主要采用事件相關(guān)去同步/同步(ERD/ERS)信號的特征，來識別與控制BCI 系統(tǒng)中的運(yùn)動參數(shù)，但由于局限于特定的頻段能量特征而導(dǎo)致應(yīng)用受限。

在未來的BCI 領(lǐng)域以及運(yùn)動康復(fù)領(lǐng)域中，MRCPs 信號因其無需復(fù)雜訓(xùn)練即可實(shí)現(xiàn)控制，不會因?yàn)殚L時間使用而導(dǎo)致過度疲勞等特點(diǎn)，十分值得研究人員關(guān)注。 筆者認(rèn)為，MRCPs 研究的未來趨勢應(yīng)分為信號提取與神經(jīng)類疾病運(yùn)動康復(fù)兩個方向，通過研究具有神經(jīng)性以及運(yùn)動功能障礙患者的運(yùn)動相關(guān)電位，探究有效的康復(fù)治療以及調(diào)控手段，或通過反向研究設(shè)計(jì)輔助康復(fù)設(shè)備等，在未來康復(fù)的研究中，MRCPs 的研究仍會占有重要地位。