《Cyborg and Bionic Systems》：Sensorimotor Integration by Targeted Priming in Muscles with Electromyography-Driven Electro-vibro-feedback in Robot-Assisted Wrist/Hand Rehabilitation after Stroke
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为解决卒中后腕手（W/H）运动控制障碍和异常神经可塑性代偿问题，研究人员开发了一种肌电图（EMG）驱动的电-振动反馈（EVF）软体机器人，用于靶向调节伸肌（EX）和屈肌（FX）的感觉运动整合（SMI）。研究通过单臂临床试验证实，该EMG驱动的EVF-机器人训练可显著改善慢性卒中患者W/H的自主行为控制、感觉反馈和肌肉间协调性（P < 0.05），并诱导皮质肌肉一致性（CMC）向对侧半球转移，促进运动功能恢复。该研究为卒中后远端关节协调性康复提供了新策略。
卒中后，患者上肢常常出现异常的运动模式代偿，例如利用相对强健的肩肘关节活动来“代替”无力的腕手部完成日常任务。虽然这种代偿策略在康复早期有助于患者尽快实现功能独立，但它也可能导致腕手部肌肉的“习得性废用”，伴随关节活动范围受限、异常关节联动和疼痛等问题，从而限制运动功能恢复的潜力。这些问题源于卒中后中枢神经系统和周围肌肉水平出现的适应不良性神经可塑性。恢复精确的肌肉控制，迫切需要有效的感觉运动整合来纠正这种异常的神经可塑性。然而，当前的康复机器人技术在调节来自特定肌肉的上行体感通路方面存在不足。
为了应对这一挑战，研究人员在《Cyborg and Bionic Systems》上发表了一项研究，开发了一种创新的肌电图（EMG）驱动的软体机器人，它集成了电刺激和振动反馈，称为EVF-机器人。这项研究旨在通过靶向调控腕手部肌肉的感觉运动整合，促进卒中后的运动功能恢复。
该EMG驱动的EVF-机器人系统集成了几个关键组件：用于招募目标腕手屈伸肌体感通路的聚焦振动刺激（FVS）和神经肌肉电刺激（NMES）；用于增强驱动肌肉自主运动控制的EMG驱动算法；以及用于实现协调关节伸屈运动的机器人辅助。该系统采用了一种新颖的感觉运动整合控制策略，通过检测来自瘫痪上肢目标肌肉的表面EMG信号来感知下行自愿运动努力，触发由气动手指驱动的辅助腕手运动，并同时向伸肌（EX）施加NMES，向屈肌（FX）施加FVS，进行靶向体感启动。
研究人员开展了一项单臂临床试验，共有15名慢性卒中参与者完成了为期20次的感觉运动整合康复训练。训练方案包括水平方向和垂直方向的功能性任务模块，模拟日常生活中的物体传递和够取动作。在训练过程中，当目标肌肉的EMG激活水平达到预设阈值时，机器人会提供相应的辅助（EX肌肉触发NMES和气动手指充气以辅助伸展，FX肌肉触发FVS和气动手指放气以辅助屈曲）。
该研究的关键技术方法包括：EMG信号实时处理与触发算法，用于检测自愿运动努力；针对伸肌（EX）的神经肌肉电刺激（NMES）和针对屈肌（FX）的聚焦振动刺激（FVS）的靶向体感启动技术；集成气动驱动手指的软体机器人辅助技术，用于提供腕手关节的伸屈运动辅助；以及基于脑电图（EEG）和肌电图（EMG）信号分析的皮质肌肉一致性（CMC）和定向皮质肌肉一致性（dCMC）计算，用于评估神经可塑性变化。
上肢感觉运动功能的变化
临床评估结果显示，训练后参与者的上肢运动功能（Fugl-Meyer评估，FMA）和手臂动作研究测试（ARAT）得分均显著提高，特别是在腕手部功能方面。这些改善在训练结束后3个月的随访中仍然得以保持。此外，手部特定区域的轻触觉（通过单丝测试评估）也有所改善，肘关节的肌肉痉挛（通过改良Ashworth量表评估）显著减轻。
肌肉间协调性的变化
肌肉间相干性分析表明，训练后伸肌/屈肌、伸肌/肱三头肌以及屈肌/肱二头肌等肌肉对在α频段的相干性显著降低，这表明肌肉间的协同活动得到改善，异常的共同收缩减少。在β和γ频段也观察到了特定肌肉对相干性的有益变化，反映了运动控制选择性的提高和能量消耗的优化。
皮质肌肉神经可塑性的变化
通过分析脑电图和肌电图信号之间的耦合关系，研究发现训练后皮质肌肉一致性（CMC）的拓扑分布发生了向对侧（病灶同侧）半球转移的趋势，表明运动控制的主导权更倾向于由受损侧大脑半球承担。更重要的是，定向皮质肌肉一致性分析发现，从屈肌到大脑皮层的上行体感反馈通路在训练后显著增强。这表明聚焦振动刺激有效地增强了来自屈肌的体感输入，强化了感觉运动整合。
该研究得出结论，这种EMG驱动的EVF-机器人辅助的感觉运动整合训练，能够通过靶向调节下行运动和上行体感通路，有效改善慢性卒中患者的腕手运动功能、体感反馈和肌肉协调性。其机制可能在于：对无力伸肌的NMES增强了下行运动命令的执行；而对痉挛屈肌的FVS则通过增强上行体感反馈，抑制了异常的共同收缩，促进了更精细的运动控制。这种训练诱导的神经可塑性变化，表现为皮质肌肉一致性向对侧半球转移以及上行体感通路连接的增强，为纠正卒中后的适应不良性代偿提供了新的康复策略。该研究为开发更有效的、针对特定神经通路的重塑的卒中康复机器人技术提供了重要的初步证据。
