《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Data Glove and Controller utilized in a ball-catching task with virtual reality differentially modulate corticospinal excitability during combined action observation and motor imagery
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虚拟现实（VR）中的运动想象（MI）如何随交互设备不同而影响大脑运动通路的激活？本研究通过经颅磁刺激（TMS）技术，发现使用数据手套（Glove）与普通控制器（Controller）进行短期训练后，大脑皮质脊髓兴奋性（CSE）变化模式不同：只有手套训练能显著提升静息态下CSE（运动诱发电位MEP幅度），并与身体拥有感相关。该成果发表于《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》，为优化VR康复方案提供了神经科学依据。
想象一下，你正戴着头显，在虚拟世界里伸手去接一个飞来的球。这种沉浸式的“运动想象”训练，如今已成为神经康复领域的一个热门工具，它结合了“动作观察”（AO）与“运动想象”（MI），被称为AO+MI（AOMI）范式。理论认为，看到并想象一个动作，能够激活与实际执行该动作相似的大脑运动皮层网络，从而可能促进中风等疾病后运动功能的恢复。虚拟现实（VR）技术的引入，让这种想象变得更加身临其境——你可以控制一个虚拟化身的手去完成任务。
但是，一个关键的科学问题随之浮现：我们通过什么方式去控制这个虚拟的手，会影响我们大脑“运动准备状态”的激活程度吗？在VR交互中，数据手套（Glove）能够精细捕捉每个手指的弯曲，带来更自然的手部映射；而传统的控制器（Controller）则更多依赖按钮和摇杆，是一种符号化的控制。尽管之前的研究暗示，使用不同设备可能会影响使用者的“身体拥有感”（即感觉虚拟手是自己身体的一部分）和运动学习效果，但其背后的大脑神经生理机制——特别是直接反映大脑运动皮层输出能力的“皮质脊髓兴奋性”（CSE）——是否也存在差异，尚不清楚。明确这一点，对于为不同康复阶段的患者精准定制VR训练设备至关重要。
为了回答这个问题，一个研究团队设计了一项精巧的实验，并将成果发表在了《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》上。他们的核心目标是：探究在VR接球任务中进行短期训练后，使用数据手套与使用控制器，是否会以不同的方式调节受试者大脑的皮质脊髓兴奋性。
研究人员开展这项研究主要运用了几个关键技术方法。研究招募了20名健康成人受试者，他们在不同的两天分别使用数据手套和控制器完成VR球类捕捉任务。核心测量技术是经颅磁刺激（TMS），这是一种无创的脑刺激技术，用于在任务前、后评估支配手部肌肉的大脑初级运动皮层的兴奋性（通过测量诱发的肌肉电信号，即运动诱发电位MEP的幅度）。同时，研究记录了手部肌肉的表面肌电图（sEMG）以监测实际肌肉活动，并采用问卷评估了运动想象的生动性和身体拥有感等主观体验。
研究结果
运动想象生动性与主观体验
研究结果显示，无论是使用数据手套还是控制器，经过短期训练后，参与者自我报告的运动想象（MI）生动性都有显著提升。然而，在身体拥有感、能动感等主观体验方面，两种设备之间并未发现统计学上的显著差异。这表明，两种交互方式都能有效增强用户在VR环境中的沉浸式想象体验。
表面肌电图（EMG）活动变化
对任务执行过程中手部肌肉的肌电活动分析发现了一个重要区别：随着练习的进行，只有在使用数据手套训练的那一组，负责抓握动作的“主动肌”（agonist muscle）的肌电活动水平出现了显著下降。而在使用控制器的训练中，则未观察到这种下降。肌电活动的降低通常被解释为运动效率提高、不必要的肌肉协同减少的表现，暗示数据手套可能促进了更优化的运动模式学习。
皮质脊髓兴奋性（CSE）的变化
这是本研究最核心的发现。通过经颅磁刺激（TMS）测量静息状态下大脑运动皮层对手部肌肉的输出能力（即CSE，以MEP幅度为指标），研究发现：仅在完成了数据手套训练之后，受试者的皮质脊髓兴奋性出现了显著增强。而在完成控制器训练后，静息态的CSE则没有明显变化。这一结果清晰表明，短期VR训练对大脑运动系统可塑性的调节作用是“设备依赖性”的。数据手套提供的、更接近真实手部运动的映射关系，更能有效地增强大脑运动通路的兴奋性。
相关性分析
进一步的统计分析揭示了这些生理指标与主观体验之间的内在联系。在训练后，受试者的肌电活动（EMG）水平与运动诱发电位（MEP）幅度之间存在显著的负相关，即肌电活动越低（效率越高），MEP幅度可能越高（皮层兴奋性越强）。更重要的是，研究者发现，训练后受试者对虚拟手的身体拥有感评分，与MEP幅度之间存在显著的正相关关系。这意味着，在VR环境中感觉虚拟手属于自己的程度越强，其大脑运动皮层的兴奋性提升也可能越明显。
研究结论与讨论
这项研究得出了一个明确的结论：在虚拟现实的联合动作观察与运动想象（AOMI）任务中，短期的操作训练能够调节大脑的皮质脊髓兴奋性（CSE），但这种调节作用高度依赖于所使用的交互设备，并且表现出肌肉特异性。具体而言，与使用传统控制器相比，使用能够提供更自然手部运动映射的数据手套进行训练，不仅能更有效地降低任务中不必要的肌肉活动（提高效率），还能显著增强静息状态下大脑运动皮层的输出兴奋性。
其重要意义在于，本研究首次在神经生理层面提供了证据，表明VR康复训练中“交互设备的自然程度”是一个关键变量，它直接影响着训练对大脑运动系统的重塑效果。数据手套因其与真实手部动作的高保真对应，可能通过强化“身体拥有感”，更有效地激活了涉及运动学习与身体表征的脑网络（如顶叶-运动皮层环路），从而带来了独特的神经可塑性变化。这一发现超越了以往仅关注行为表现或主观报告的研究，为临床康复实践提供了深刻的启示：在利用VR进行运动功能康复时，针对旨在诱发神经可塑性、重塑大脑运动通路的目标（例如中风后早期康复），采用数据手套这类高沉浸度设备可能比使用简单控制器更为有效。未来的研究可以在此基础上，进一步探索这种设备依赖性的神经调节效应在不同患者群体（如中风患者）中的表现，以及其与长期功能康复效果之间的直接关联，从而推动个性化、精准化VR神经康复方案的发展。
