脳卒中後の生存者における変化した筋ネットワーク

Altered Muscle Networks in Post-Stroke Survivors.

• Michael Houston
• Rihui Li
• Jinsook Roh
• Yingchun Zhang

抄録

筋ネットワークは、運動制御における筋骨格系の冗長性を減らすために中枢神経系の努力で筋肉間の一連の相互作用を表しています。この現象がどのように起こるかについては、筋間コヒーレンス（IMC）を用いて筋間の機能的連結性を調べる新しい手法を用いて健常者を対象に最近調査されたばかりであるが、脳卒中後の筋ネットワークの変化を特徴づける上で、この手法の潜在的な価値は未だに不明である。本研究では、脳卒中後の筋肉への神経振動駆動の変化の可能性を明らかにするために、脳卒中後の生存者と健常対照者の筋ネットワークを評価した。筋線維を支配する脊髄運動ニューロンへの共通の神経入力を非侵襲的に決定するために、8つの主要な上肢筋から表面筋電図（sEMG）を収集した。コヒーレンスは、可能性のあるすべての筋ペア間で計算され、さらに非負の行列分解（NMF）によって分解され、筋ネットワークの根底にあるコヒーレンスの共通のスペクトルパターンを同定した。その結果、動的な力の発生時に同定された筋ネットワークの数は、脳卒中後に減少することが示唆された。本研究で得られた知見は、脳卒中後のリハビリテーションにおける運動制御の回復を理解するための新たな視点を提供するものと考えられます。

Muscle networks represent a series of interactions among muscles in the central nervous system's effort to reduce the redundancy of the musculoskeletal system in motor-control. How this occurs has only been investigated recently in healthy subjects with a novel technique exploring the functional connectivity between muscles through intermuscular coherence (IMC), yet the potential value of this method in characterizing the alteration of muscular networks after stroke remains unknown. In this study, muscle networks were assessed in post-stroke survivors and healthy controls to identify possible alterations in the neural oscillatory drive to muscles after stroke. Surface electromyography (sEMG) was collected from eight key upper extremity muscles to non-invasively determine the common neural input to the spinal motor neurons innervating muscle fibers. Coherence was computed between all possible muscle pairs and further decomposed by non-negative matrix factorization (NMF) to identify the common spectral patterns of coherence underlying the muscle networks. Results suggested that the number of identified muscle networks during dynamic force generation decreased after stroke. The findings in this study could provide a new prospective for understanding the motor control recovery during post-stroke rehabilitation.