基于运动同步脑电的运动功能视觉依赖中枢神经机制研究

Vision is the most important sensory function for human. Many studies have confirmed the impact of changes of visual function on locomotion. Mechanism for how visual signal associating with motor function in central nervous system is still unclear, so it will be a promising cross discipline for further study. Based on our early study manifesting that the clarity of visual signal could affect dynamic vision intensively, we will combine research methods of neuroscience and kinematics to investigate the effects of different visual status on temporal plantar pressure variables, gait posture parameter, synchronic EEG signal while walking. By means of analyzing changes of EEG signals corresponding to changes of parameters for kinematics with different visual status, the mechanism underlying how visual signal associating with locomotion in central nervous system could be presumed. The network drafted from our study would be a foundation for implement of artificial vision with high resolution by intervention from central nervous system.

视觉是人体感知功能最重要的部分，大量研究证实视觉信号清晰程度变化将导致运动功能的改变；同时，运动经验也可影响个体对运动视标的敏感程度。然而，不同清晰程度的视觉信号对脑运动中枢作用的差异、运动功能视觉依赖的脑中枢神经机制均尚不明确。因此，介导视觉与运动关联的脑中枢神经机制研究是眼科领域新的重要交叉研究课题。本课题在证实视觉信号清晰度可显著影响运动视标分辨力的基础上，综合脑科学及运动科学的研究方法,以遮蔽镜片形成短时不完全视觉信号遮蔽，利用年龄相关性白内障的病理过程形成长期慢性不完全视觉信号遮蔽，分析不同时长的视觉信号清晰度降低对行走运动中人体足底压力分布、步态特征及同步脑电的影响,研究与视觉信号改变相关的行走运动变化及与此对应的脑神经生物电活动改变，探讨运动功能视觉依赖的脑中枢神经机制。

背景：视觉信号对行走运动导航作用的中枢神经机制尚有待研究。.方法：以22例健康青年志愿者佩戴遮蔽眼镜的方法构建短期视觉遮蔽机能模型，以36例年龄相关性白内障患者作为长期慢性视觉遮蔽模型，通过Vicon三维运动捕捉系统、Footscan足底压力系统、Gaitsmart关节运动系统及无线干电极脑电进行行走运动中步态测试及同步脑电记录。.结果：健康青年志愿者组视觉遮蔽状态下，步行易发生方向偏斜且步速下降，双向支撑时间延长，足跟触地时间延长（P=0.000, 0.026, 0.001）；右侧髋关节运动角度减小（P≤0.032），足底toe1区压强变小（P=0.030），meta2区压强变大（P=0.022）；左侧膝关节承重载荷期及足跟触地期运动角度减小（P≤0.034），足底meta2区压强变小（P=0.026），heel lateral区压强变大（P=0.009）；前额区Delta波及Theta波功率升高，前额及枕区Alpha波频率增高，前额及枕区Beta波频率增加。患者组，去除慢性视觉遮蔽后，步频加快，每一步用时、步态周期、单相支撑时间及足跟触地时间缩短（P=0.001,0.012,0.001,0.045），步速提高（P=0.008）；右侧膝关节摆动幅度增大（P=0.001），足底 meta1压强增大；左侧髋关节、大腿、小腿摆动幅度增大（P=0.014,0.026,0.031）；大腿运动幅度对称性改善；枕区Delta波、Theta波及Alpha波功率增加。.结论：视觉信号遮蔽可对步态及行走时大脑电活动产生影响。短期视觉信号遮蔽使步速降低并导致支撑期延长；支撑侧膝关节支撑期运动幅度降低，动力侧髋关节运动幅度降低；支撑侧后足压力增大，动力侧前足压力减小；认知、警觉状态及视觉信号相关脑区皮层电活动变化；提示机体通过增加步态支撑期、减小支撑侧关节运动角度及试探步态的方法增加步态稳定性，同时大脑加强认知处理并提高觉醒状态；去除长期慢性遮蔽后，步速增大，支撑侧髋关节、大腿及小腿运动幅度增大，双侧大腿运动均衡性改善，动力侧前足压力增大，视觉信号输入相关脑区出现皮层电活动变化；提示长期慢性视觉遮蔽将导致适应，去遮蔽后步态变化及脑电变化均较局限。