本期关键词
#慢性踝关节不稳与感觉运动功能
#足核心训练
#个体化HD-tDCS
#中枢-外周联合康复中枢

标题:Functional characteristics in supraspinal networks and sensorimotor function following individualized dose-controlled HD-tDCS during foot core exercise in chronic ankle instability
作者：Xiao S, Zhang C, Shen B, Zhou J, Fu W
出版年份： 2026
期刊名称：Journal of Sport and Health Science

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一、实验背景

踝关节扭伤是运动相关下肢损伤中最常见的一类，多达70%的踝扭伤者会出现持续症状，这些症状可能最终进展为CAI，表现为反复“打软腿”、平衡下降和感觉运动功能障碍。传统康复主要针对外周功能障碍，如力量、平衡和本体感觉缺陷，但近十年脑成像研究揭示，CAI患者还普遍存在中枢神经可塑性改变：感觉运动皮层的任务相关激活减弱、静息态功能连接（FC）下降。这意味着，单纯训练外周肌肉可能无法完全纠正其运动控制缺陷。

足核心训练（FCE，如短足练习、提踵、不稳定球平衡等）是目前CAI康复的主流外周干预手段，能改善踝周肌力和本体感觉。然而，其对中枢层面的调控效果有限且个体差异大。与此同时，经颅直流电刺激（tDCS）作为一种非侵入性神经调控技术，可调节感觉运动皮层兴奋性。已有研究显示，tDCS联合外周训练能在健康人群中产生优于单一训练的效果，但在CAI患者中，这种“双靶点”干预对脑网络功能特性的影响尚不明确。

本研究的两大核心假设：
1、与“假刺激+FCE”相比，个体化剂量控制的HD‑tDCS联合FCE能更显著改善CAI患者的踝关节力觉（背屈、跖屈、内翻、外翻）；
2、该联合干预会改变任务相关激活和功能连接，且这些脑功能改变与行为改善存在量化关联。

二、实验方法

1、参与者与分组
样本量：先验功效分析（G*Power）确定总样本量需28例，考虑20%脱落率，最终招募34例,受试者右利足且至少右侧存在CAI；双侧不稳者以CAIT评分较低的右踝为测试侧（大学社区）。

纳入标准：①至少1次踝扭伤史（距入组≥12个月）；②近6个月内≥2次“打软腿”事件；③CAIT＜24分且IdFAI≥11分。

排除标准：下肢其他急慢性损伤史、神经系统疾病、fMRI或tDCS禁忌证。

随机化：计算机生成随机数（2或4），独立助理管理分配隐藏（密封不透明信封），受试者和操作者均设盲。

最终分析人群：34人随机分组,真刺激组16人，假刺激组14人（假刺激组1人因膝伤退出、1人因头动过大剔除fMRI分析）。两组基线人口学及量表无显著差异（年龄p=0.753，CAIT p=0.477，IdFAI p=0.272）。

2、个体化剂量控制的HD‑tDCS方案
针对传统固定电流方案因个体解剖差异导致靶区电场强度不一的问题，本研究采用基于个体脑结构建模的剂量控制：

· 目标电场强度：Cz（感觉运动皮层代表区）处设定为 0.3056 V/m（研究依据既往模型结果选择0.3056 V/m作为目标电场强度，并认为该水平可在所有受试者中实现）

· 电流调整：通过有限元模型反向计算所需电流，实际平均电流 1.76 mA（范围1.25~2.00 mA），确保所有参与者靶区电场一致。

· 电极蒙太奇：5个Ag/AgCl环形电极（半径10 mm），阳极Cz，4个回路电极位于C3、C4、Fz、Pz（国际10‑20系统），形成 4×1环形聚焦刺激。刺激参数：主动组先30秒爬坡至个体化电流，维持19分钟，再30秒下降（总20分钟）；假刺激组仅首尾各30秒有电流（模拟感觉，保持盲法）。

· 盲法检验：参与者猜测分组正确率仅56.67%（Fisher精确检验p=0.713），提示盲法成功。

3、足核心训练（FCE）
所有参与者均接受相同FCE方案，每周3次、共4周（12次实验室监督训练），由盲态教练指导。方案包括：
· 弹力带抗阻训练
· 短足练习（short foot）
· 提踵（heel raises）
· 不稳定球平衡训练
· 每周进阶动作变体，符合渐进抗阻原则。

4、感觉运动功能评估（主要行为结局）
流程：先测3次最大自主收缩（MVC），取峰值扭矩计算25% MVC作为目标力级。受试者在视觉反馈下维持目标力5秒后，移除反馈，要求复制该力级。每方向（背屈、跖屈、内翻、外翻）重复3次，顺序平衡。

指标：绝对误差（AE）= |目标力 – 复制力|，AE根据目标阶段最后1秒与力重现阶段最初1秒的数据计算；AE越小表示力重现准确性越高。因AE非正态分布，进行对数转换后再进入统计（方差齐性检验p=0.169~0.985）。

5、fMRI数据采集与处理
扫描序列：
· 高分辨率T1‑MPRAGE（1 mm³各向同性）
· 静息态fMRI（6 min，TR=2000 ms，TE=30 ms，翻转角80°，2×2×2 mm³）

任务态fMRI（6 min，块设计）：
· 使用自研MRI兼容踝关节运动装置，限定矢状面活动（背屈15°~跖屈15°），以2 Hz节律进行*背屈‑跖屈交替运动，每任务块30秒、休息块30秒，共5个循环。
· 预处理：使用DPABI（基于SPM12）进行头动校正（平移＞2 mm剔除）、配准、标准化（DARTEL）至MNI空间、6 mm高斯平滑。

静息态FC分析：
选取既往CAI研究发现异常的感觉运动及额顶叶区域作为兴趣区（包括双侧壳核、双侧IPL、rSMA、额中/下回等），计算种子间FC。

6、统计方法
行为数据：双因素ANOVA（组×时间），协变量（年龄、性别、BMI、CAIT、对应方向基线力觉），Bonferroni校正（4方向→α=0.0125），效应量ηₚ²。
脑影像数据：SPM12双因素ANOVA，体素水平p＜0.001（未校正）+ 团块水平FWE校正p＜0.05。
关联分析：线性回归，以Δ脑信号/ΔFC为自变量，Δ力觉为因变量，校正后α=0.017（主变量）和0.025（次变量）。

图1 研究流程图。CAI = 慢性踝关节不稳； CAIT = Cumberland踝关节不稳评估工具评分；FCE = 足部核心锻炼；HD-tDCS = 高度精确经颅直流电刺激；IdFAI = 功能性踝关节不稳识别评分

三、实验结果

1、脑功能变化：任务态皮层激活
双因素ANOVA显示显著的组×时间交互效应，真刺激组在干预后任务相关信号强度显著降低，具体脑区：

此外，右侧额上/中回及中央前回也呈现显著降低（F＞19.02，p＜0.05 FWE校正）。（图2A‑C）

图2 个体化剂量调控 HD-tDCS 与 FCE 联合干预对 CAI 患者任务相关皮层激活及功能连接的影响。干预后：(A) 左顶下小叶、(B) 右顶下小叶及 (C) 右 SMA 群组的信号强度降低

2、脑功能变化：静息态功能连接（FC）
以lIPL为种子点，真刺激组干预后：
lIPL ↔ 右侧壳核（putamen）FC显著增强（图3）；
lIPL ↔ 右侧额下回（rIFG）FC显著减弱（图3）。
两种变化均具有组×时间交互显著性（p＜0.05）。

图3 (D、E、F) 左顶下小叶与右壳核及右额下回之间的功能连接（FC）。* p < 0.05。CAI = 慢性踝关节不稳；FC = 功能连接；FCE = 足部核心锻炼；HD-tDCS = 高度精确经颅直流电刺激；lIPL = 左顶下小叶；rIFG = 右额下回；rPUT = 右壳核；rSMA = 右辅助运动区

3、感觉运动功能改善（力觉）
经对数转换后ANOVA结果：

结论：真刺激组在内翻、外翻、背屈方向力觉均显著改善，内翻效果最强。所有效应独立于年龄、性别、BMI、CAIT评分（协变量p=0.062~0.951）。（图4）

图4 个体化剂量调控的 HD-tDCS 联合 FCE 对慢性踝关节不稳（CAI）患者踝关节力觉的影响：(A)内翻力觉；(B)外翻力觉；(C)背屈力觉。* p < 0.05；AE = 绝对误差；CAI = 慢性踝关节不稳；FCE = 足部核心训练；HD-tDCS = 高度精确经颅直流电刺激

4、脑‑行为关联分析
在真刺激组内：
左侧IPL信号强度降低（Δ）与内翻AE减少呈显著负相关（β=-0.706，调整R²=0.523，p=0.006），rSMA信号降低也与内翻AE减少相关（β=-0.635，p=0.014）——（图5AB）。lIPL–壳核FC增加与背屈AE减少呈边缘显著正相关（β=-0.798，p=0.039）——（图5C）。进一步发现，FC增加程度越大，rSMA和rIPL的激活降低越明显（边缘显著），提示增强的皮质‑纹状体耦联可能与减少高位皮层依赖有关。

图5 个体化剂量控制型HD-tDCS诱导的脊髓上神经网络功能特征变化与CAI患者感觉运动功能之间的关联性：(A) 左侧IPL区域内信号强度变化与反向力觉感知变化之间的关联；(B) 右侧rSMA区域内信号强度变化与反向力觉感知变化之间的关联；(C) 左侧IPL与右侧壳核之间功能连接（FC）变化与背屈力觉感知变化之间的关联。CAI = 慢性踝关节不稳；HD-tDCS = 高度精确经颅直流电刺激；lIPL = 左侧顶下小叶；rPUT = 右侧壳核；rSMA = 右侧辅助运动区

四、实验结论

1、核心发现
· 4周个体化HD‑tDCS联合FCE可显著改善CAI患者的踝关节内翻、外翻、背屈力觉，其中内翻效果最优（效应量大）；
· 联合干预降低了双侧顶下小叶和辅助运动区在踝运动任务中的过度激活，提示神经效率提升；
· 静息态下增强了顶下小叶‑壳核的功能连接，减弱了顶下小叶‑额下回连接，反映了感觉运动整合优化和认知资源重分配；
· 脑功能变化与行为改善存在量化关联，其中IPL/rSMA激活下降与内翻力觉改善最为密切。

2、临床意义
本研究为CAI康复提供了中枢‑外周双靶点联合干预的II级证据。与传统单用FCE相比，附加个体化HD‑tDCS可带来额外的中枢获益。该方案的可推广性在于：个体化电流建模可在一次MRI后完成，后续居家FCE配合便携式tDCS设备存在转化潜力。对于临床上那些“练了但效果不佳”的CAI患者，神经调控辅助训练可能是值得尝试的升级策略。

3、局限性
· 样本量较小（每组约15人），属探索性研究，需扩大验证；
· 仅评估即刻效应（4周后），缺乏随访数据，长期维持效果不明；
· 仅个体化电流强度，未个体化刺激靶点和时间参数，未来可探索全参数个体化；
· 未直接比较个体化方案与标准固定电流方案，后者在临床可推广性上可能更简便；
· 脑影像校正虽采用团块级FWE，但空间特异性受限，后续可结合非参数置换检验。

五、科研设备亮点

本研究使用Neuroelectrics Starstim 32 高精度tDCS经颅电刺激系统，支持 4×1环形聚焦蒙太奇，相比传统大电极（如5×7 cm）更聚焦于感觉运动皮层。

内置阻抗监测和自动爬坡/下降功能，确保盲法安全和舒适性；可无线控制，适用于与fMRI兼容的实验环境（刺激在MRI室外进行）。

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