中大研究：大腦以肌肉組合方式控制運動 提升腦部手術精準度 並有助腦機介面技術發展
步行或拿起水杯等簡單動作，其實大腦需要同時控制及協調多組肌肉活動。一直以來，神經科學家一直探討中樞神經系統如何指令身體執行高複雜性的肌肉操作：究竟直接控制每條肌肉，還是將肌肉以組合方式控制(肌肉協同)？中大醫學院最近研究解答了多年來的爭論，亦為未來的腦機介面技術(brain-machine interface)帶來啟示，有助提升神經外科手術的精準度。研究結果已於國際科學期刊《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS)發表。
將肌肉整合成組件作控制
由中大腦神經科學家與神經外科醫生組成的研究團隊，分析13名接受清醒開顱手術切除膠質瘤病人的數據，研究大腦在運動時協調肌群的機制。手術期間，病人保持清醒，神經外科醫生對掌控自主與意識運動相關的初級運動皮層(primary motor cortex, M1)施加溫和的微弱電刺激。研究團隊利用肌電圖實時收集並分析病人在術前及術中執行上肢自主動作時的肌肉反應數據。結果顯示，術前肌肉自主運動與術中受電激誘發的肌肉運動具有相同的肌肉協同模式，吻合度達69%。研究第一作者、中大醫學院生物醫學學院博士後研究員謝靖萍博士表示：「本研究證實，初級運動皮層是透過『肌肉協同』來控制多組肌肉運動。」
團隊進一步利用神經影像進行分析，發現人類運動皮層或可再細分為兩個不同功能區域，各自具有不同的肌肉組織及協同模式。
有助腦機介面發展
中大醫學院生物醫學學院副教授張智鈞教授指出，「腦機介面屬新興醫療技術，將電極植入癱瘓病人的運動皮層，記錄病人有意識的四肢活動所發出的腦神經訊號，再把訊號解碼及轉化，以驅動輔助病人溝通或行動的裝置。由於初級運動皮層是一個主要的電極植入位置，我們的研究成果，將有助開發更精準及有效的腦機介面系統，為有行動障礙的人士提升活動能力，並為相關電極植入策略提供重要科學依據。此外，研究亦有望為未來運動復康治療方案的設計與提升帶來新啟示。」
提升腦部手術安全
研究團隊借助神經外科電刺激監測平台，於常規術中腦功能定位期間，實時監測及記錄多個肌群的活動。神經外科醫生在清醒開顱手術切除腫瘤前，須先施加電刺激，以定位與運動功能相關的重要腦區。若刺激特定位點能誘發明顯的肌肉反應，顯示該區域具有重要運動功能，施行手術時應予以保護，以盡量減低術後偏癱或運動功能受損等風險。
中大醫學院外科學系名譽臨床副教授胡日明醫生表示：「這項程序能讓神經外科醫生更精確地進行腦部定位，進一步減低術後的神經功能損傷。透過了解運動皮層真正的運作機制，我們可以更有效地把基礎神經科學轉化並應用於日常臨床應用。」