Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự kích thích thần kinh điện xuyên da kiểu neuromorphic (nTENS) kích thích các mạng lưới vỏ não liên quan đến cảm giác xúc giác hiệu quả ở những người cụt tay khu vực cẳng tay
Tóm tắt
Sự kích thích thần kinh điện xuyên da thông thường (cTENS), sử dụng sóng vuông biến đổi làm kích thích, đã được sử dụng phổ biến trong việc thử nghiệm và kích thích cảm giác xúc giác nhân tạo ở những người cụt tay khu vực cẳng tay. Tuy nhiên, một mô hình TENS kiểu neuromorphic (nTENS) dựa trên các tín hiệu thần kinh vẫn chưa được quan tâm nhiều. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiếp tục khám phá tác động của các mẫu nTENS để kích thích cảm giác xúc giác ở những người cụt tay khu vực cẳng tay. Bốn người cụt tay khu vực cẳng tay đã được tuyển chọn để thử nghiệm phân biệt cảm giác xúc giác được kích thích bởi các mẫu TENS khác nhau với việc ghi lại điện não đồ (EEG) tại bốn vị trí kích thích sau: ngón tay trỏ và ngón tay út ở cả hai bên ảo và thực. Cuối cùng, chúng tôi so sánh kết quả của các mạng lưới vỏ não trong sáu băng tần tần số tại các vị trí kích thích khác nhau giữa những người cụt tay khu vực cẳng tay và những người không bị tật. Kết quả hành vi cho thấy các mẫu nTENS yêu cầu một điện tích thấp hơn tại mỗi vị trí kích thích so với các mẫu cTENS. Và những người cụt tay khu vực cẳng tay cần một cường độ cao hơn trong mỗi mẫu TENS so với những người không bị tật. Hơn nữa, những người cụt tay thể hiện hệ số cụm thấp hơn (aCP), hiệu suất toàn cầu (aEG), hiệu suất địa phương (aEL), và chiều dài đường đi dài hơn (aLP) so với những người không bị tật trong tất cả sáu băng tần tần số khi kích thích được truy cập. Cụ thể, mẫu SMU cho thấy hiệu suất mạng lưới chức năng cao hơn ở các ngón tay thật so với các vị trí ảo trong các băng tần theta, alpha và gamma cao. Nghiên cứu này làm nổi bật các đặc điểm của các mẫu nTENS trong việc kích thích cảm giác xúc giác ở những người cụt tay khu vực cẳng tay, cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc đánh giá cơ chế thần kinh của quá trình xử lý thông tin xúc giác ở những người cụt tay khu vực cẳng tay và xây dựng các hệ thống nhận thức xúc giác cho phục hồi cảm giác.
Từ khóa
#Kích thích thần kinh điện xuyên da #nTENS #cảm giác xúc giác #cụt tay #điện não đồTài liệu tham khảo
Ramachandran V S, Hirstein W. The perception of phantom limbs. The D. O. Hebb lecture. Brain, 1998, 121: 1603–1630
Yang B, Jiang L, Ge C Y, et al. Control of myoelectric prosthetic hand with a novel proximity-tactile sensor. Sci China Tech Sci, 2022, 65: 1513–1523
Chai G H, Li S, Sui X H, et al. Phantom finger perception evoked with transcutaneous electrical stimulation for sensory feedback of prosthetic hand. In: 2013 6th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER). San Diego, 2013. 271–274
Yin P Y, Hao M Z, Liu X D, et al. Neural correlation between evoked tactile sensation and central activities in the somatosensory cortex. In: 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). Honolulu, 2018. 2296–2299
Vargas L, Whitehouse G, Huang H, et al. Evoked haptic sensation in the hand with concurrent non-invasive nerve stimulation. IEEE Trans Biomed Eng, 2019, 66: 2761–2767
Valle G, Strauss I, D’Anna E, et al. Sensitivity to temporal parameters of intraneural tactile sensory feedback. J NeuroEng Rehabil, 2020, 17: 110
Chai G, Sui X, Li S, et al. Characterization of evoked tactile sensation in forearm amputees with transcutaneous electrical nerve stimulation. J Neural Eng, 2015, 12: 066002
Li M, Zhang D, Chen Y, et al. Discrimination and recognition of phantom finger sensation through transcutaneous electrical nerve stimulation. Front Neurosci, 2018, 12: 283
Osborn L E, Dragomir A, Betthauser J L, et al. Prosthesis with neuromorphic multilayered e-dermis perceives touch and pain. Sci Robot, 2018, 3
Su S, Chai G, Sheng X, et al. Contra-lateral desynchronized alpha oscillations linearly correlate with discrimination performance of tactile acuity. J Neural Eng, 2020, 17: 046041
Su S, Chai G, Shu X, et al. Electrical stimulation-induced SSSEP as an objective index to evaluate the difference of tactile acuity between the left and right hand. J Neural Eng, 2020, 17: 016053
D’Anna E, Petrini F M, Artoni F, et al. A somatotopic bidirectional hand prosthesis with transcutaneous electrical nerve stimulation based sensory feedback. Sci Rep, 2017, 7: 10930
Ding K, Dragomir A, Bose R, et al. Towards machine to brain interfaces: Sensory stimulation enhances sensorimotor dynamic functional connectivity in upper limb amputees. J Neural Eng, 2020, 17: 035002
Strauss I, Valle G, Artoni F, et al. Characterization of multi-channel intraneural stimulation in transradial amputees. Sci Rep, 2019, 9: 19258
Zhang D, Xu F, Xu H, et al. Quantifying different tactile sensations evoked by cutaneous electrical stimulation using electroencephalography features. Int J Neur Syst, 2016, 26: 1650006
Pleger B, Villringer A. The human somatosensory system: From perception to decision making. Prog Neurobiol, 2013, 103: 76–97
Hatlestad-Hall C, Bruña R, Syvertsen M R, et al. Source-level EEG and graph theory reveal widespread functional network alterations in focal epilepsy. Clin Neurophysiol, 2021, 132: 1663–1676
Hasanzadeh F, Mohebbi M, Rostami R. Graph theory analysis of directed functional brain networks in major depressive disorder based on EEG signal. J Neural Eng, 2020, 17: 026010
Wu S F, Wang L B, Zhao Y W, et al. Chronic electrical stimulation induces functional network changes in cortical neuron cultures. Sci China Tech Sci, 2020, 63: 637–647
Bullmore E, Sporns O. Complex brain networks: Graph theoretical analysis of structural and functional systems. Nat Rev Neurosci, 2009, 10: 186–198
Rubinov M, Sporns O. Complex network measures of brain connectivity: Uses and interpretations. NeuroImage, 2010, 52: 1059–1069
Stam C J, Reijneveld J C. Graph theoretical analysis of complex networks in the brain. Nonlinear Biomed Phys, 2007, 1: 3
Zhang Y, Wu W, Toll R T, et al. Identification of psychiatric disorder subtypes from functional connectivity patterns in resting-state electroencephalography. Nat Biomed Eng, 2021, 5: 309–323
Frolov N S, Maksimenko V A, Khramova M V, et al. Dynamics of functional connectivity in multilayer cortical brain network during sensory information processing. Eur Phys J Spec Top, 2019, 228: 2381–2389
Yang D P, Liu H. Human-machine shared control: New avenue to dexterous prosthetic hand manipulation. Sci China Tech Sci, 2021, 64: 767–773
Oddo C M, Raspopovic S, Artoni F, et al. Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans. eLife, 2016, 5: e09148
Liu Y, Xi P, Li B, et al. Effect of neuromorphic transcutaneous electrical nerve stimulation (nTENS) of cortical functional networks on tactile perceptions: An event-related electroencephalogram study. J Neural Eng, 2022, 19: 026017
Pascoe M A, Enoka J A, Enoka R M. Discharge characteristics of motor units during long contractions. Soc Neurosci Abstr 652.13, 2006. [Online dataset R010, available at http://www.emglab.net]
Delorme A, Makeig S. EEGLAB: An open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis. J Neurosci Methods, 2004, 134: 9–21
Destrieux C, Fischl B, Dale A, et al. Automatic parcellation of human cortical gyri and sulci using standard anatomical nomenclature. NeuroImage, 2010, 53: 1–15
Lachaux J P, Rodriguez E, Martinerie J, et al. Measuring phase synchrony in brain signals. Hum Brain Mapp, 1999, 8: 194–208
Wang J, Wang X, Xia M, et al. GRETNA: A graph theoretical network analysis toolbox for imaging connectomics. Front Hum Neurosci, 2015, 9: 386
Xia M, Wang J, He Y. BrainNet viewer: A network visualization tool for human brain connectomics. PLoS ONE, 2013, 8: e68910
Hao M, Chou C H, Zhang J, et al. Restoring finger-specific sensory feedback for transradial amputees via non-invasive evoked tactile sensation. IEEE Open J Eng Med Biol, 2020, 1: 98–107
Björkman A, Weibull A, Olsrud J, et al. Phantom digit somatotopy: A functional magnetic resonance imaging study in forearm amputees. Eur J Neurosci, 2012, 36: 2098–2106
Ives G C, Kung T A, Nghiem B T, et al. Current state of the surgical treatment of terminal neuromas. Neurosurgery, 2018, 83: 354–364
Moore C I, Crosier E, Greve D N, et al. Neocortical correlates of vibrotactile detection in humans. J Cogn Neurosci, 2013, 25: 49–61
Schröder P, Schmidt T T, Blankenburg F. Neural basis of somatosensory target detection independent of uncertainty, relevance, and reports. eLife, 2019, 8: e43410
Auksztulewicz R, Spitzer B, Blankenburg F. Recurrent neural processing and somatosensory awareness. J Neurosci, 2012, 32: 799–805
Dehaene S, Changeux J P, Naccache L, et al. Conscious, preconscious, and subliminal processing: A testable taxonomy. Trends Cogn Sci, 2006, 10: 204–211
Grund M, Forschack N, Nierhaus T, et al. Neural correlates of conscious tactile perception: An analysis of bold activation patterns and graph metrics. NeuroImage, 2021, 224: 117384
Yıldırım E, Güntekin B, Hanoğlu L, et al. EEG alpha activity increased in response to transcutaneous electrical nervous stimulation in young healthy subjects but not in the healthy elderly. PeerJ, 2020, 8: e8330
Genna C, Oddo C, Fanciullacci C, et al. Bilateral cortical representation of tactile roughness. Brain Res, 2018, 1699: 79–88
Kanayama N, Hara M, Kimura K. Virtual reality alters cortical oscillations related to visuo-tactile integration during rubber hand illusion. Sci Rep, 2021, 11: 1436
Adhikari B M, Sathian K, Epstein C M, et al. Oscillatory activity in neocortical networks during tactile discrimination near the limit of spatial acuity. NeuroImage, 2014, 91: 300–310
Wang Y, Fang P, Tang X, et al. Effective evaluation of finger sensation evoking by non-invasive stimulation for sensory function recovery in transradial amputees. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng, 2022, 30: 519–528