香港中文大學（中大）醫學院最新研究取得重大突破，首次以人體實證數據揭示人類大腦如何透過「肌肉協同」（muscle synergy）機制精密控制自主運動。這項發現不僅解答了神經科學界長達數十年的爭論，更為神經外科手術的精準度及腦機介面（brain-machine interface，簡稱BCI）技術的發展提供了關鍵科學依據。研究團隊分析了13名接受清醒開顱手術切除膠質瘤患者的數據，發現初級運動皮層（primary motor cortex，簡稱M1）並非單獨控制每條肌肉，而是將多組肌肉整合成模組化組件進行協調運作。研究結果已於國際頂級期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表，標誌著香港本地神經科學研究取得國際認可。
為何這項發現如此重要？即使是日常簡單動作如步行或拿起水杯，大腦都需同時協調數十組肌肉精確運作。過去數十年來，神經科學家一直在探討中樞神經系統如何執行這些高度複雜的肌肉操作——究竟是直接控制每條肌肉，還是透過組合式的模組化控制？中大研究團隊透過清醒開顱手術這一獨特研究模式，為這一長期爭論提供了明確答案。研究團隊在手術期間對患者的初級運動皮層施加溫和的微弱電刺激，並利用肌電圖（electromyography，一種透過貼在皮膚上的電極記錄肌肉電活動的技術）即時收集與分析患者在術前及術中執行上肢自主動作時的肌肉反應。結果顯示，術前自主運動與術中電刺激誘發的肌肉運動呈現相同的「肌肉協同」模式，吻合度高達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。」
這一發現對腦機介面技術的發展具有顯著影響。腦機介面是一種新興醫療技術，透過將微型電極植入癱瘓患者的運動皮層，記錄其有意識的四肢活動產生的腦神經訊號，經解碼後轉為指令，驅動輔助裝置（如機械手臂或語音合成裝置），協助患者恢復溝通或行動能力。中大醫學院生物醫學學院副教授張智鈞教授指出，由於M1是腦機介面電極的主要植入位置，團隊的研究成果將有助開發更精準及有效的系統，為行動障礙人士提升生活質素。張教授補充說：「這項研究亦為運動復康治療方案的設計提供了新思路。未來有望針對不同肌肉協同模式開發個性化復康訓練，例如針對中風患者或運動功能受損者，設計更有效的復健方案。」
目前，腦機介面技術仍處於發展階段，全球多個研究團隊正積極推進相關研究。中大團隊的基礎發現為本地創新提供了關鍵的生理模型，有望提升香港在該領域的競爭力。與此同時，研究團隊進一步利用神經影像技術進行深入分析，發現人類運動皮層可能再細分為兩個不同功能區域，各自負責不同的肌肉組織及協同模式。這一發現為腦部手術的定位提供了重要參考，有助神經外科醫生在切除腫瘤時避開與運動功能相關的關鍵腦區，從而顯著降低術後併發症風險。
在清醒開顱手術中，神經外科醫生於切除腫瘤前，會對患者的運動皮層施加電刺激，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，則顯示該區域具重要運動功能，手術時需予以保護，以降低術後偏癱或運動功能受損的風險。中大研究團隊借助神經外科電刺激監測平台，實時監測及記錄多個肌群的活動，進一步提升了手術的精準度及安全性。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。」胡醫生強調，傳統腦部手術多依賴經驗判斷，而這項研究則提供了客觀科學依據，有助減少手術風險及提升患者術後恢復質素。
張智鈞教授總結道：「我們希望透過此項研究展示神經外科醫生與神經科學家如何攜手合作，解答有關人類大腦的重要基礎科學問題，並最終把研究成果轉化為實際應用，惠及病人。」據官方公布，本研究獲教資會研究資助局的優配研究金計畫資助，顯示香港特區政府對基礎科學研究及臨床轉化的重視。
這項研究為神經科學基礎理論提供了突破性證據，同時為臨床應用帶來了實質進展。隨著腦機介面技術的不斷發展，未來有望為癱瘓患者及運動功能受損者提供更有效的治療方案。此外，研究團隊的發現亦為神經外科手術的安全性提供了重要科學依據，有助降低手術風險及提升患者術後的生活質素。目前，研究團隊正計劃將此發現應用於未來的腦機介面研發及運動復康方案設計，為香港及全球神經醫學領域帶來新的科學啟示。
據公開數據顯示，中大醫學院的記憶、注意力與神經科學實驗室（Memory, Attention & Neuroscience Laboratory，簡稱MAN Lab）長期致力於探索人類認知過程及其神經機制，運用神經科學技術和心理學研究方法，深入了解大腦如何支持思考、記憶、注意力等認知功能，並將基礎理論應用於實際的認知訓練和復健。該實驗室的研究領域涵蓋基礎理論與實證應用兩個面向，在基礎理論方面，主要關注注意力控制與工作記憶之間的互動，並透過行為實驗與腦電圖（EEG）技術探索這些認知過程的神經基礎。在實證應用方面，則專注於為中高齡族群設計科技化的認知訓練模組，以及與長庚大學健康老化研究中心合作，為衰弱族群（如中風病人）設計針對認知與上肢復健的介入方案。這些方案結合了經顱直流電刺激（tDCS）與肌電刺激技術，並透過EEG與行為指標來評估療效。
此外，中大的另一研究團隊亦透過人腦神經造影技術，探討大腦區域如何分工及連結，為臨床醫學提供重要參考。神經造影作為一種非侵入性的研究方法，能直接測量病患個體，觀察其大腦活動，因此是研究「個體差異」的最佳利器。這對於釐清疾病機制及設計個性化治療方案具有重要意義，例如探討憂鬱症患者對藥物治療的反應差異等。公開資料未足以回答中大團隊在本次研究中是否直接應用了神經造影技術，因為新聞稿僅提及肌電圖及電刺激監測平台，並未明確說明是否使用了功能性磁振造影（fMRI）或正子斷層造影（PET）等神經造影技術。因此，無法確定這些技術在本次研究中的具體應用情況。
在運動復康領域，神經回饋訓練（neurofeedback training）作為一種生物回饋技術，近年來開始被應用於提升運動員的表現及中風患者的復健。神經回饋訓練透過教導用戶學習控制大腦活動，達到改善症狀或功能的目的。目前常用的神經回饋儀器包括腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）、核磁共振造影（MRI）等，其中EEG因其高時間解析度及便捷性成為最普遍的選擇。公開資料未足以回答中大團隊在本次研究中是否應用了神經回饋訓練，因為新聞稿主要聚焦於肌肉協同機制的發現及腦機介面技術的應用，並未提及神經回饋訓練的相關內容。因此，無法確定這一技術在本次研究中的角色。
胡日明醫生在新聞稿中強調：「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。」這一發現不僅為神經外科手術提供了更精準的定位技術，亦為腦機介面技術的發展奠定了科學基礎。隨著研究的深入，未來有望為更多神經系統疾病患者帶來福音。
張智鈞教授最後表示：「我們希望透過此項研究展示神經外科醫生與神經科學家如何攜手合作，解答有關人類大腦的重要基礎科學問題，並最終把研究成果轉化為實際應用，惠及病人。」這一研究成果不僅展示了中大在神經科學領域的領先地位，亦為香港的醫療科技創新注入了新動力。