近日，苏州大学机电工程学院张虹淼副教授团队围绕脑机接口新范式开展深入研究，提出任务前电刺激结合运动想象的新型实验范式改善运动想象的神经机制与验证效能。通过同步采集脑电、肌电信号，结合卷积脉冲神经网络模型，深入探究了任务前电刺激对运动想象相关皮层激活、皮质-肌肉耦合的增强效应及作用机制，有效破解传统电刺激应用于运动想象脑机接口的技术痛点，显著提升皮质激活水平与运动意图识别准确率，为运动想象脑机接口的优化及临床康复转化提供全新技术方案。相关成果以“A study of cortical activation and corticomuscular coupling enhancement following pre-task electrical stimulation in motor imagery”为题发表在神经工程领域知名期刊《Journal of Neural Engineering》。机电工程学院研究生索晓阳为论文第一作者，李伟达副教授，研究生廖肖剑、吴宇立为主要参与人员，张虹淼副教授为通讯作者。

创新实验范式解决传统技术痛点

传统研究中电刺激与运动想象同步实施，易产生脑电伪影、分散受试者注意力，严重干扰脑电信号分析与实验效果。本研究创新采用任务前电刺激模式，在运动想象任务开始前完成电刺激施加，并自主研发定制化电刺激仪，将刺激电极贴附于实现手部抓握的关键肌肉，从源头上解决了伪影与注意力分散问题。研究招募8名健康右利手受试者，设置仅运动想象、任务前电刺激+运动想象两组对照实验，同步采集64通道脑电与肌电信号并完成标准化预处理。

任务前电刺激使脑皮质激活与皮质肌肉耦合效应显著提升

研究团队通过事件相关谱扰动（ERSP）分析皮质激活水平发现，任务前电刺激组受试者大脑双侧半球的α、β节律均呈现出显著的事件相关去同步化（ERD）现象，而仅运动想象组仅左脑半球有明显ERD表现，证明任务前电刺激显著增强了运动相关皮质的激活水平，且该刺激带来的皮质脊髓兴奋性提升效应可在刺激结束后持续数秒。

为分析皮质肌肉耦合效应，研究计算了β、γ波段脑电与肌电信号的皮尔逊相关系数，结果显示任务前电刺激后，两个波段的相关系数均显著高于刺激前，表明任务前电刺激对皮质肌肉耦合具有极强的增强作用，有效强化了大脑皮质与外周肌肉的通信机制。

运动意图识别准确率实现统计学意义上的显著提升

研究通过模型对两组实验采集的脑电信号进行运动意图分类识别，并采用5折交叉验证评估识别效果。结果显示，任务前电刺激组的运动意图平均识别准确率达92.04%，较仅运动想象组提升5.20%，且二者差异具有统计学意义（p=0.045，p<0.05）。从个体表现来看，任务前电刺激组所有受试者的识别准确率均超过80%，其中6名受试者突破90%，最高达98.12%；而仅运动想象组有1名受试者准确率低于80%，其余受试者多在80%-90%之间，无受试者超过95%，直观验证了任务前电刺激对受试者运动想象能力的增强作用。

该研究从信号产生源头而非单纯的解码技术层面，解决了运动想象脑机接口的核心性能瓶颈，同时系统分析了任务前电刺激对皮质激活、脑区功能连接及皮质肌肉耦合的影响，揭示了外周电刺激增强皮质运动表征的神经机制，为脑肌协同康复研究奠定了重要基础。

文章链接：https://doi.org/10.1088/1741-2552/ae3e17