Динамическая модуляция кортикомышечной когерентности при тыльном сгибании стопы после инсульта: к гибридным БCI для реабилитации нижних конечностей

Цель. Гибридные интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI) используют электроэнцефалографию (EEG) и электромиографию (EMG) для извлечения признаков кортикомышечной когерентности (CMC), что позволяет саморегуляцию нейронной коммуникации. Несмотря на перспективность для реабилитации после инсульта, нейрофизиологический механизм, лежащий в основе терапии гибридными BCI, остается малоизученным. Чтобы заполнить этот пробел, мы охарактеризовали динамику CMC у пациентов после инсульта при тыльном сгибании стопы и установили их связь с функциональным восстановлением моторики. Подход. Мы получили синхронные записи EEG и высокоплотной EMG у 13 пациентов в субакутной стадии инсульта (с пораженной конечностью) до и после трехнедельной реабилитации, а также у 9 сопоставимых по возрасту здоровых контролей (с доминантной конечностью) во время изометрического тыльного сгибания стопы. С помощью многомерного анализа связей мы вычислили проекционные векторы EEG и EMG для идентификации оптимальных схем связи. Далее мы получили спектры и топографии CMC с помощью анализа когерентности для характеристики кортикомышечных взаимодействий в пространственной и спектральной областях. Основные результаты. По сравнению со здоровыми контрольными испытуемыми пациенты после инсульта продемонстрировали сниженные паттерны CMC в бета-диапазоне, особенно в сенсомоторных областях, участвующих в движении стопы. Между показателями CMC у пациентов до и после реабилитации значимых различий не было. Дополнительный анализ выявил значимую корреляцию между изменениями CMC в бета-диапазоне и клиническими улучшениями, измеренными по шкале Берга для оценки равновесия (Berg Balance Scale). Значение. CMC в бета-диапазоне является потенциальным нейрофизиологическим биомаркером восстановления моторики после инсульта. Полученные результаты дают новые представления о нарушенной кортикомышечной коммуникации, лежащей в основе постинсультной моторной дисфункции, и предоставляют механистические основания для разработки и внедрения гибридных BCI-систем, ориентированных на эти специфические биомаркеры для терапевтического вмешательства.