经皮神经电刺激（TENS）可改变运动神经元的输入输出功能并影响力量感知

背景介绍

    经皮脊髓电刺激（tSCS）是一种非侵入性的神经调控技术，通过在皮肤表面放置电极，利用电流刺激脊髓神经网络，从而诱发或调控运动反应。它被认为不仅有助于深入理解脊髓中间神经元的功能，还能为脊髓损伤（SCI）等神经系统疾病患者的康复提供新途径。其作用机制主要基于对脊髓后根感觉传入纤维的优先去极化，由此引发的运动反射反应被称为后根-肌肉（PRM）反射或多节段单突触反应（MMR）。与直接刺激运动神经的传统技术不同，tSCS被认为通过单突触或少突触通路进行跨突触传递，从而调节脊髓网络的兴奋性，可能激活中枢模式发生器（CPG）和脊髓固有系统（PSS），降低运动冲动传播的阈值，为慢性瘫痪患者的运动功能恢复带来希望。

    尽管一些初步研究报道了tSCS在改善慢性SCI患者下肢、躯干和上肢功能方面的积极案例，但该领域仍处于早期探索阶段。目前，在刺激参数（如电极配置、剂量）、实验方案和结果测量（尤其是表面肌电图，EMG）方面缺乏共识，存在巨大的方法学异质性。此外，现有研究的证据质量普遍不高，样本量小且异质性强，限制了得出明确结论的可能性。因此，系统性地评估现有研究的方法学，总结当前使用的参数，并指出未来研究的标准方向，对于推动tSCS的临床转化至关重要。

论文摘要

    本研究通过两项随机对照实验，评估了单次20分钟TENS对15名健康成年人力量、位置、触觉感知及运动单位放电活动的影响。实验1评估力量感知，实验2评估位置感知，两种实验均包含TENS组和假刺激组。结果显示，TENS期间所有感知均出现偏差，但仅力量感知在刺激后仍持续受损（图3A）。  

    同时，第一背侧骨间肌（FDI）和短拇指外展肌（APB）的运动单位放电率在相同力量输出下显著升高（图4B），且放电率变化与力量感知误差变化呈正相关。这表明TENS可能通过改变运动神经元的输入-输出功能，导致力量匹配任务表现持续下降，而其效应持续时间（本研究为5–10分钟）及具体机制仍需进一步探讨。

研究方法

    研究采用双盲随机设计，每名参与者完成两次实验，分别接受TENS或假刺激。力量感知通过捏力匹配任务评估，位置感知通过腕部尺偏旋转匹配任务评估，触觉感知采用Semmes-Weinstein单丝测试。

    运动单位活动通过高密度表面肌电（HdEMG）记录，使用OTBioelettronica（Italy）的EMG-Quattrocento系统，采样率2048 Hz，配合64电极网格（GR04MM1305）采集FDI和APB肌肉信号。TENS采用Digitimer DSS刺激器，电极置于腕部正中神经、桡神经（阳极）和尺神经（阴极），频率100 Hz，脉冲宽度400 μs，强度设定在运动/痛阈以下。数据通过卷积盲源分离法分解运动单位脉冲序列，追踪其放电率与相干性变化。

实验结果

    感知误差变化：TENS期间力量与位置感知均出现显著误差，但仅力量感知在刺激后仍显著高于假刺激组（图3A、B）。

    触觉感知：TENS期间触觉阈值下降（Roshen评分降低），刺激后恢复至基线（图3C）。

    运动单位活动：TENS后FDI和APB运动单位平均放电率显著升高（FDI: 15.6 vs. 12.1 pps; APB: 14.1 vs. 12.1 pps），而力量稳定性和运动单位相干性未发生显著变化（图4C、D）。

总结与展望

    本研究证实单次长时间TENS可持续改变力量感知，并伴随运动单位放电率升高，提示TENS可能通过调节运动神经元兴奋性改变其输入-输出功能。这一发现对临床使用TENS进行“运动前 priming”具有重要启示：在精细力量控制任务中需考虑TENS可能带来的短期感知偏差。未来研究应进一步探索：

1.TENS后效应的时间进程与空间范围（如对侧或协同肌群的影响）；

2.刺激强度与个体差异对效应的影响；

3.在运动障碍人群中进行验证，以优化TENS在康复中的时序与应用策略。

原文链接

https://doi.org/10.1152/jn.00140.2024

研究团队介绍

    本研究由来自美国芝加哥Shirley Ryan AbilityLab的Legs + Walking Lab及Northwestern University生物医学工程系的跨学科团队合作完成。Nish Mohith Kurakuti为第一作者，负责实验执行、数据收集与初步分析；Simon Avrillon（共同第一作者）来自同一实验室，并兼任Imperial College London生物工程系研究员，主导信号处理、运动单位分解与统计分析；Jose L. Pons（通讯作者）为实验室负责人，同时任Northwestern University物理医学与康复系教授，负责研究设计、理论框架与论文指导。团队融合神经工程、康复科学与运动控制等多领域专长，依托高密度表面肌电与神经调控技术，深入探究TENS对感觉-运动整合的短期神经可塑性影响，致力于推动电刺激在神经康复中的精准应用。

关于瑞鸿安

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