腦卒中后運動神經(jīng)網(wǎng)絡重組的橫向功能磁共振研究*

東南大學附屬中大醫(yī)院 放射科

劉圣華 儲成鳳 楊明 劉斌 魏松宇

腦卒中后運動神經(jīng)網(wǎng)絡重組的橫向功能磁共振研究*

東南大學附屬中大醫(yī)院 放射科

劉圣華 儲成鳳 楊明 劉斌 魏松宇

目的 利用功能磁共振成像研究運動功能不同程度恢復卒中患者被動運動任務時大腦的激活差異。方法對20例卒中患者分別行雙側腕關節(jié)被動運動的功能MRI掃描，采用SPM2軟件進行數(shù)據(jù)分析和腦功能區(qū)定位。 結果 不同恢復程度的卒中患者患肢腕關節(jié)被動運動激活腦區(qū)不同：恢復較好者，以對側感覺運動區(qū)（SMC）、同側小腦、雙側輔助運動區(qū)（SMA）激活顯著；恢復不好者，遠隔部位激活較顯著?；颊呓≈せ钅X區(qū)及面積均未見明顯差異。 結論 對側SMC及SMA對運動功能恢復起至關重要的作用；健側大腦半球的代償作用對患肢運動功能的恢復影響較大。

卒中康復，功能磁共振，運動系統(tǒng)，神經(jīng)重塑

腦卒中后40%的病人通過治療可康復，說明功能康復的潛力較大。但目前對康復的機制和康復的決定因素目前還不十分了解, 腦卒中后腦功能恢復與重建過程的生物學機制尚未完全闡明，腦組織究竟如何恢復，一直是人們非常感興趣的問題。功能磁共振成像具有無創(chuàng)性、可操作性及可重復性[1-4]，可以在活體進行，在當前的腦卒中后的運動功能恢復研究中有重要價值。本組實驗在筆者以往正常老年人腕關節(jié)被動運動研究的基礎上[5]，進一步分析卒中患者運動功能恢復的可能機制。為康復的機制提供理論依據(jù)。

資料與方法

1.病例選擇 卒中患者20例，年齡40～81歲，平均年齡62.6±9.3歲，初發(fā)缺血性單側梗死患者12例（DWI證實），累及右側患者9例，左側11例。病例入選標準:①首次缺血性腦梗死所致偏癱，不同程度運動性偏癱為主，無肌張力增高，認知能力較好，能夠配合實驗；②無藥物成癮及酗酒史，既往無神經(jīng)系統(tǒng)及精神疾病病史；③經(jīng)中國人利手判定標準調查，均為右利手;④于發(fā)病后2個月入組行腦功能實驗；⑤無MRI檢查禁忌癥。實驗設計方案經(jīng)東南大學附屬中大醫(yī)院倫理委員會論證并同意。所有被試均知情同意，并簽署知情同意書。

2.檢查方法 采用Philips公司1.5T超導型Eclipse磁共振成像系統(tǒng)。掃描中先使用自旋回波脈沖序列獲取18層橫軸面T1W1解剖圖像。接著采用BOLD技術, 應用單次激發(fā)成像梯度回波序列，在T1WI同樣的層面上進行功能成像。然后對每個受試者作全腦容積掃描以獲得全腦3D圖像，容積掃描3。

3.任務設置 本實驗采用組塊設計。運動任務設置為腕關節(jié)的被動背伸運動。腕關節(jié)放置于自制腕關節(jié)背伸托板上，其最大抬高角度為45°，由固定的輔助實驗人員利用該托板被動抬高腕關節(jié)。運動頻率為1Hz，由E-prime編成聲音頻率為1Hz的文件,由磁共振機EPI序列脈沖控制計算機自動同步播放。輔助實驗人員通過特殊腦功能刺激裝置(深圳市美德醫(yī)療電子技術有限公司)的耳機接聽聲音指令對受試者進行腕的被動運動及休息。被動運動18s，休息15s，共重復5次，以休息狀態(tài)開始，休息狀態(tài)結束，時間共180s。所有受試者先進行左腕、后進行右腕的被動運動時的EPI掃描。

4.神經(jīng)運動功能量表評定 本實驗對缺血性卒中后患者進行運動量表的測量，判斷卒中后運動功能的恢復程度。運用的量表為：美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表（NIHSS），改良Barthl(modified Barthel index,MBI)指數(shù),Fugl－Meyer（Fugl Meyer assessment,FMA）中的上肢評價法，量表的評定由康復科固定高年資主治以上醫(yī)師評定。

5.統(tǒng)計學處理 采用MATLAB平臺的SPM2軟件系統(tǒng)對fMRI實驗數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析。計算SMC（sensorimotor cortex,感覺運動皮質）、PMC（premotor cortex，運動前區(qū)）、SMA（supplementary motor area，輔助運動區(qū)）激活的差異及偏側性指數(shù)（laterality index，LI）。觀察不同程度腦卒中患者SMC、PMC、SMA激活的差異及偏側性指數(shù)的差異，評價功能重組在運動恢復中的作用，并與正常對照組進行對比。

結 果

1.根據(jù)患者NIHSS，MBI, FMA等結果評價患者恢復程度并將患者分為3組：A組：恢復較差者（患肢腕關節(jié)已無功能）6例；B組：恢復中等者（患肢腕關節(jié)已遠部分功能恢復）7例；C組：恢復較好者（患肢功能與正常者無區(qū)別）7例。

2.三組激活腦區(qū)分析比較結果

2.1三組患者腕關節(jié)被動運動激活腦區(qū)部位不同（圖1）：①A組患側被動運動時，主要運動功能區(qū)（SMC-IL、雙側SMA、PMC-CL、PPCCL）激活較少，前額葉、島葉、基底節(jié)區(qū)及扣帶皮層雙側大面積激活較顯著；②C組患側被動運動時，主要運動功能區(qū)激活較明顯，前額葉、島葉、基底節(jié)區(qū)及扣帶皮層等腦區(qū)未見明顯激活，與健側激活模式較接近；③B組患側被動運動時，腦區(qū)激活模式居于較差及較好兩者之間。

2.2三組患者腕關節(jié)被動運動激活腦區(qū)面積不同：①患肢運動：三組間，（見表1）雙側SMC、SMA及同側小腦半球的激活面積差異是有統(tǒng)計學意義的， C組激活面積較大，A組激活面積較小，其他腦區(qū)與運動恢復無明顯關聯(lián)。②患側腕關節(jié)被動運動時的SMC激活區(qū)，A組與C組偏側性指數(shù)有差異，A組與B組比較無明顯差異，即A、B組在對側SMC激活面積增多的同時，同側（健側）SMC激活增加的更為明顯（見表2）。

2.3①三組健側腕關節(jié)被動運動激活腦區(qū)部位較接近（見表3），均表現(xiàn)為SMC、SMA、PMC-CL、PPC-CL的規(guī)律激活，前額葉、島葉、基底節(jié)區(qū)及扣帶皮層未見明顯激活；三組健肢被動運動腦區(qū)激活面積無明顯差異，均接近正常組患者激活模式。②恢復較好的患肢與健側諸腦區(qū)激活中（見表4），健側對側SMC激活體積較患肢多，差異有統(tǒng)計學意義。

表1 患肢運動雙側SMC、SMA、CER激活面積及F、P值（P<0.05作為檢驗水準）

表2 感興趣區(qū)SMC的偏側性指數(shù)（LI）（P<0.05作為檢驗水準）

表3 健肢運動雙側SMC、SMA、CER激活面積及F、P值（P<0.05作為檢驗水準）

表4 恢復較好者患肢與所有3組健肢腦區(qū)對比（P<0.05作為檢驗水準）

討 論

運動功能重組的fMRI研究大多采用橫向[2]及縱向模式[3]。橫向(cross－sectional)研究是指在卒中后某個時期進行的腦成像研究。研究腦卒中后受損運動功能重建的方法之一就是觀察卒中病人康復后與正常人的區(qū)別及患肢與健肢的區(qū)別。大多數(shù)的研究對象是腦卒后功能恢復良好的病人，而對功能恢復不好的病人報道較少，這是因為研究時的任務多選擇為主動運動，本實驗克服了以上的局限性，采用了被動腕關節(jié)的運動任務研究卒中后腦功能的改變。

腦損傷后功能重組的機制包括系統(tǒng)內和系統(tǒng)間的功能重組。系統(tǒng)內的重組是在同一系統(tǒng)內，相同或不同水平上出現(xiàn)代償。系統(tǒng)間重組是指由另一個在功能上完全不同的系統(tǒng)來代償。我們發(fā)現(xiàn)腦卒中C組（恢復較好者）患側腕關節(jié)被動運動激活的主要腦區(qū)，即激活面積較大的腦區(qū)依次位于對側SMC、同側小腦和雙側SMA，與前期實驗正常組平均腦激活方式較一致，而恢復不好的患者則激活更多其它的腦區(qū)，如島葉、基底節(jié)區(qū)、額葉、扣帶皮質，這些區(qū)域多呈雙側大面積激活。這與 Weiller[5]、Ward等[6]諸多國外研究者研究結果較一致。對于對側小腦、PMC、PPC等非主要運動腦區(qū)恢復較好者與中等者、較差者無明顯差異。近年來越來越多的研究進一步證實了腦梗死后不同時期均可以觀察到這種患肢運動所引起的廣泛腦區(qū)激活[3]。本實驗中島葉、基底節(jié)區(qū)、額葉、扣帶皮質遠隔部位的激活可能就屬于系統(tǒng)間重組的模式。未完全恢復患者中以島葉、基底節(jié)區(qū)、額葉、扣帶皮質遠隔部位的激活較明顯，即以系統(tǒng)間重組為主；而恢復較好者未見此種腦功能重組模式的出現(xiàn)，而僅僅表現(xiàn)為腦區(qū)面積的明顯增大，向正常組激活模式靠近，及系統(tǒng)內重組為主。因此，考慮可能是系統(tǒng)內重組對患肢運動功能的有效程度更高一些，或者是系統(tǒng)內重組達不到完全康復的水平時，進而才依賴系統(tǒng)間重組來彌補部分功能。

對于恢復程度不同的患者激活腦區(qū)的不同面積中，雙側SMC、SMA及同側小腦半球的差異是有統(tǒng)計學意義的，恢復較好者激活面積較大，恢復差者激活面積較小，其他腦區(qū)與運動恢復無明顯關聯(lián)。這說明雙側SMC、SMA及同側小腦半球的激活對于患肢功能的恢復有極其重要的意義。這種對側SMC損傷灶周邊區(qū)域激活及同側SMC的激活對功能恢復的重要作用也見于多位學者的報道[6，7]。

患側腕關節(jié)被動運動時，A組與C組偏側性指數(shù)有差異，A組與B組比較無明顯差異，即A組在對側SMC激活面積增多的同時，同側（健側）SMC激活增加的更為明顯。健側半球SMC的激活參與了很重要的功能重組。國外學者song等[8]也發(fā)現(xiàn)了健側半球對運動功能恢復起到一定作用。動物實驗發(fā)現(xiàn)，康復訓練可以提高實驗性腦梗死后老鼠的運動功能，并導致健側半球運動皮層樹狀突的生長[9]。

腦卒中組恢復較好者患肢與健側運動功能無明顯差別，激活模式較相似，但對側SMC的激活存在差異，考慮患側大腦SMC激活模式與健側腦SMC皮質還是存在一定的差異性，這種差異在患肢運動時通過健側腦功能可以充分重組補償，故運動功能還可以保持正常水平。而健肢被動運動激活腦區(qū)較一致，且腦區(qū)激活面積無明顯差異，均接近正常組患者激活模式。

可見主要運動功能區(qū)及輔助運動功能區(qū)對運動功能恢復起至關重要的作用，當主要運動功能區(qū)及輔助運動功能區(qū)受損激活減低時，遠隔部位亦參與代償激活，但其代償功能在運動恢復中作用較有限；健側大腦半球的代償作用對患肢運動功能的恢復影響較大，而健肢運動時，患側大腦對其影響較小。

綜上所述，卒中后患者聯(lián)合正常組老年人的fMRI研究能夠較為明確地得出不同恢復程度患者腦區(qū)激活的差異性，為臨床康復治療提供理論依據(jù)。

1. Hlustik P, Solodkin A, Noll DC, et al. Cortical plasticity during threeweek motor skill learning[J] . J Clin Neurophysiol,2004,21(3):180-191.

2. Cramer SC,Shah R,Juranek J,et al.Activity in the Peri-Infarct Rim in Relation to Recovery From Stroke[J].Stroke,2006,37(1):111-115.

3. Binkofski F, Seitz RJ.Modulation of the BOLD-response in early recovery from sensorimotor stroke[J] .Neurology. 2004 ,63(7):1223-1229.

4. 尹昳麗 楊小慶 劉斌。正常老年人與輕度認知功能障礙患者計算任務的功能磁共振研究[J].中國CT和MRI雜志，2008, 6 (4): 7-10。

5. 劉圣華，儲成鳳，楊明。fMRI觀察正常老年人腕關節(jié)被動運動下腦激活區(qū)[J]。中國醫(yī)學影像技術，2008，24（11）：8-11。

6. Schaechter J D , Perdue K L .Enhanced Cortical Activation in the Contralesional Hemisphere of Chronic Stroke Patients in Response to Motor Skill Challenge[J].Cereb Cortex,2008; 18(3): 638 - 647.

7. Yun-Hee Kim, Sung H. You, Myoung-Hwan Ko, et al,Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation–Induced Corticomotor Excitability and Associated Motor Skill Acquisition in Chronic Stroke[J].Stroke, Jun 2006; 37(6): 1471 - 1476.

8. Song Y M ,Lee JY ,ParK JM,Yoo BW,Roh JK.Ipsilateral hemiparesis caused by a corona radiate infarct after a previous stroke on the opposite side[J].Arch Neurol,2005,62(5):809-811.

9. Biemaskie J, Corbett D. Enriched rehabilicative training promotes improved forelimb motor function and enhanced dendritic growth after focal is chemic injury [J].J Neurosci,2001,21(14):5272-5280.

10.劉洪武，陳艷. 腦腫瘤卒中的發(fā)病機制與HRI表現(xiàn)[J].中國CT和MRI雜志，2005, 3 (3): 19-21.

The plasticity of motor neural net After stroke：a cross-sectional functional MRI study

LIU Sheng-hua，CHU Cheng-feng，YANG Ming，et al. Department of radiology,Zhongda Hospital,Southeast University,Nanjing 210009,China

ObjectiveTo study the similarities and differences of hand motor area in the patient with cerebral infaction during passive wrist movement with functional magnetic resonance imaging.MethodsTwenty stroke patients were scanned while they were performing the passive movement tasks with their right and left wrist and SPM2 was adopted to process the fMRI data and to localize the functional areas.ResultsThe area activated in different degree of recorvey were different￡ofor the subject with better recovery, contralateral sensorimotor cortex, ipsilateral cerebellum and bilateral SMA were activated; the patients with relatively bad recovery have significantly activation in some distant area.ConclusionContralateral sensorimotor cortex and bilateral supplementary area play an important role in the recovery of motor function.

stroke recovery; functional MRI; motor system; neuronal plasticity.

R743;R445.2

A

東南大學科技基金資助

項目（KJ0790300）；部分受973項目

資助（2007CD512303）

(210009)江蘇省南京市東南大學附屬中大醫(yī)院放射科 儲成鳳

2009-10-18