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腦卒中后每4名幸存者中就有3人面臨終身癱瘓風(fēng)險(xiǎn)，其中下肢運(yùn)動功能喪失直接導(dǎo)致患者喪失獨(dú)立生活能力。傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練存在"神經(jīng)激活不足-動作執(zhí)行低效"的惡性循環(huán)，亟待突破性解決方案。然而，開發(fā)可靠的BCI-MI系統(tǒng)，并借此揭示卒中恢復(fù)過程中神經(jīng)可塑性的機(jī)制，需依賴大規(guī)模數(shù)據(jù)集的支持。此類數(shù)據(jù)集需滿足兩大需求：一是精準(zhǔn)捕捉腦卒中患者下肢MI的腦電特征，二是包含反映康復(fù)進(jìn)程的縱向數(shù)據(jù)。

天津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過采集27例腦卒中患者的腦電數(shù)據(jù)填補(bǔ)了這一空白。數(shù)據(jù)涵蓋兩種強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)范式及三個(gè)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)，包含原始腦電信號、預(yù)處理數(shù)據(jù)及患者臨床信息?；贑SP-SVM的初步分析顯示，平均分類準(zhǔn)確率達(dá)80.50%。該數(shù)據(jù)集將推動腦卒中患者腦神經(jīng)可塑性的機(jī)制研究，助力下肢MI解碼算法的開發(fā)，并為構(gòu)建系統(tǒng)的腦卒中康復(fù)體系提供數(shù)據(jù)支撐。

方法

本研究招募27例恢復(fù)期腦卒中患者（男23例，女4例，平均年齡51.44歲），納入標(biāo)準(zhǔn)包括經(jīng)CT/MRI確診、病程1-12個(gè)月、認(rèn)知功能正常等，排除嚴(yán)重并發(fā)癥及心臟疾病患者。研究經(jīng)天津環(huán)湖醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者簽署知情同意書，數(shù)據(jù)匿名化處理。

數(shù)據(jù)集涵蓋五項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：文本提示傳統(tǒng)范式（Pre）、恒定電刺激范式（IES）、步態(tài)相位編碼電刺激范式（SES）及治療后（Post）、隨訪（Follow）縱向?qū)φ铡?/p>

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與場景示意圖。(a) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境全景圖；(b) 刺激電極定位示意圖

實(shí)驗(yàn)分為步態(tài)MI與靜息任務(wù)，采用靜態(tài)視覺提示避免SSVEP干擾，其中IES/SES范式通過時(shí)序電刺激（如SES的腓腸/腓淺神經(jīng)分階段刺激）增強(qiáng)患者注意力。每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)含80次隨機(jī)任務(wù)（40次MI+40次靜息），單次試驗(yàn)歷時(shí)12秒，分準(zhǔn)備期、提示期、任務(wù)期與放松期。

圖2. 實(shí)驗(yàn)范式

使用64導(dǎo)聯(lián)NeuSenW腦電儀（采樣率1000 Hz）采集數(shù)據(jù)，經(jīng)降采樣（250 Hz）、帶通濾波（3-35 Hz）、平均參考及ICA去噪（去除眼動/肌電偽跡）后，提取目標(biāo)標(biāo)簽時(shí)段數(shù)據(jù)。預(yù)處理流程包括手動剔除運(yùn)動偽跡、基于ICLabel的獨(dú)立成分分析及數(shù)據(jù)分段，確保MI特征（8-25 Hz）與噪聲分離?；颊咴敿?xì)信息及實(shí)驗(yàn)記錄見表1-2。

數(shù)據(jù)記錄

該數(shù)據(jù)集已通過Figshare公開發(fā)布，嚴(yán)格遵循腦成像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（Brain Imaging Data Structure, BIDS）。其層級架構(gòu)如圖3所示，主要包含四大模塊：

預(yù)處理數(shù)據(jù)：以 .set 格式存儲分段處理后的腦電信號；

原始數(shù)據(jù)：完整記錄每例受試者全實(shí)驗(yàn)流程的未處理腦電信號（.set 格式）；

附加信息：涵蓋患者臨床檔案、64導(dǎo)聯(lián)電極坐標(biāo)（基于國際10-20系統(tǒng)）及腦電事件標(biāo)記；

代碼庫：提供數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取與可視化的MATLAB腳本。

圖3. 數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

性能驗(yàn)證

本研究通過事件相關(guān)譜擾動（ERSP）分析與CSP-SVM分類雙重驗(yàn)證數(shù)據(jù)集可靠性：在時(shí)頻維度，MI任務(wù)顯著誘發(fā)α/β頻段事件相關(guān)去同步化（ERD），中央?yún)^(qū)（Cz電極群）能量抑制現(xiàn)象與靜息態(tài)形成鮮明對比，如圖4-5所示。

圖4. 范式實(shí)驗(yàn)組與縱向?qū)嶒?yàn)組ERD平均地形圖。足部運(yùn)動相關(guān)特征區(qū)以虛線框標(biāo)注。

圖5. 范式實(shí)驗(yàn)組與縱向?qū)嶒?yàn)組在中央頂區(qū)Cz電極及其周邊電極的平均時(shí)頻圖。任務(wù)提示標(biāo)記為黑色實(shí)線，MI任務(wù)起始時(shí)刻由紅色虛線標(biāo)示。

圖6. 所有患者在Pre（基線）、IES（強(qiáng)化范式1）、SES（強(qiáng)化范式2）、Post（干預(yù)后）及Follow（隨訪）實(shí)驗(yàn)中的解碼準(zhǔn)確率，各組均值以藍(lán)色虛線標(biāo)注。

在解碼性能上，如圖6所示，基于兩種強(qiáng)化范式（IES/SES）與縱向數(shù)據(jù)的分類準(zhǔn)確率均達(dá)80%以上，與健康人群及卒中患者同類研究水平相當(dāng)，其中SES范式以82.41%精度展現(xiàn)最優(yōu)性能。該驗(yàn)證不僅證實(shí)了數(shù)據(jù)集的神經(jīng)生理學(xué)合理性，更為解析下肢康復(fù)的神經(jīng)可塑性機(jī)制、開發(fā)高魯棒性BCI系統(tǒng)提供了關(guān)鍵方法論支撐，標(biāo)志著卒中康復(fù)研究從單一時(shí)間點(diǎn)分析向多模態(tài)動態(tài)評估的跨越。

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