卒中后運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的腦可塑性理論的研究進(jìn)展

郭 娑 張艷明 申鈺涵

【Abstract】 The brain plasticity is one of the most important research results in the field of rehabilitation of nervous system diseases in the recent 30 years.It has laid a solid theoretical basis for stroke rehabilitation training.Due to the brain plasticity,spontaneous functional recovery can occur after stroke,and the recovery of limb function can be promoted through exercise rehabilitation training.The mechanism is mainly the action-dependent neural network reconnection,synapse enhancement and vessel regeneration of cell and blood.The functional recovery of rehabilitation robot assisted patients after stroke is also based on the theory of brain plasticity in clinical application.For example,the upper limb rehabilitation robot can promote the recovery of upper limb function under the premise of active,task-oriented and highly repeated training.There are significant advantages over traditional treatments.Therefore,this article mainly reviews the brain plasticity theory and post-stroke rehabilitation.

【Keywords】 brain plasticity, stroke, motor function, upper limb rehabilitation robot

腦卒中是由腦梗死、腦缺血、腦出血所導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)長期性的損傷和功能缺陷，是全球?qū)е滤劳龅牡诙笞畛Ｒ姷牟∫騕1]，從1990年到2013年，腦卒中造成的死亡人數(shù)大幅增加，至2013年全球腦卒中幸存患者人數(shù)約2570萬[2]，腦卒中死亡人數(shù)約650萬。在我國，至2010年，腦卒中是導(dǎo)致死亡的首要原因，死亡人數(shù)達(dá)170萬[3]。當(dāng)大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)卒中后，常出現(xiàn)病灶對側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)障礙，包括癱瘓、肌張力異常、姿勢異常、運(yùn)動(dòng)協(xié)同異常等。很大一部分腦卒中患者有上肢功能障礙，導(dǎo)致一側(cè)上肢活動(dòng)受限。人類多數(shù)都是利用雙手來完成任務(wù)[4]，所以任何一側(cè)肢體功能的喪失都需要患者做出巨大調(diào)整來適應(yīng)環(huán)境。因此，大多數(shù)卒中后患者的生活質(zhì)量大大降低。目前，卒中后患者功能康復(fù)的主要方式是康復(fù)訓(xùn)練，而有效的康復(fù)訓(xùn)練是基于對腦可塑性理論的深入了解。

1.腦功能可塑性的理論研究

1.1 腦可塑性 人類大腦通過重組神經(jīng)元間的連接來對環(huán)境中的各種信息做出應(yīng)答，這種現(xiàn)象可以被稱作腦可塑性。1930年，由Bethe等[5]第一次提出中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)可塑性的概念，他認(rèn)為可塑性是存在于生命機(jī)體的一種現(xiàn)象，是生命機(jī)體為了適應(yīng)環(huán)境變化及應(yīng)對危險(xiǎn)的能力，也是CNS在受到損傷后重新組織以保持適當(dāng)功能的基礎(chǔ)。通過兩棲動(dòng)物的研究表明，人和高等脊椎動(dòng)物之所以具有高度的腦可塑性是由于大腦的動(dòng)態(tài)功能重新組織或再適應(yīng)的結(jié)果，而且CNS損傷后的功能恢復(fù)是通過殘留皮質(zhì)功能重組的結(jié)果。

腦有適應(yīng)能力，即在結(jié)構(gòu)和功能上可以進(jìn)行自身修改，以適應(yīng)已改變的現(xiàn)實(shí)環(huán)境[6]，體現(xiàn)在大腦發(fā)育[7]、運(yùn)動(dòng)[8]與知覺能力的學(xué)習(xí)[9]，以及CNS患病前、病期及病后。它介導(dǎo)了認(rèn)知和技能的獲取，以及腦損傷后的修復(fù)。神經(jīng)可塑性由大腦中的樹突和軸突、樹突棘密度、突觸數(shù)目和大小、受體密度參與形成的，在一些腦區(qū)域神經(jīng)元的數(shù)目也決定了神經(jīng)可塑性。這些結(jié)構(gòu)成分共同決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)和復(fù)雜性，并且也參與了卒中后神經(jīng)系統(tǒng)的功能恢復(fù)。

1.2 卒中后功能自發(fā)性恢復(fù) 由于腦可塑性，卒中后大腦可以發(fā)生最大程度的自發(fā)性功能恢復(fù)，恢復(fù)過程涉及到三個(gè)階段：第一階段是神經(jīng)機(jī)能聯(lián)系不能的逆轉(zhuǎn)、細(xì)胞再生和修復(fù)的激活。卒中后功能喪失是由于梗死灶細(xì)胞的壞死以及梗死灶周邊區(qū)域細(xì)胞的功能障礙。除此之外，遠(yuǎn)離梗死灶而與其有聯(lián)系的腦區(qū)，如梗死灶對側(cè)腦區(qū)也會(huì)受影響，表現(xiàn)為基礎(chǔ)代謝率減退、神經(jīng)血管失偶聯(lián)及神經(jīng)傳導(dǎo)的異常，這一切合起來稱為神經(jīng)機(jī)能聯(lián)系不能(diaschisis)。第二階段是改變現(xiàn)存神經(jīng)通路的性能。第三階段是由于神經(jīng)解剖的可塑性，新的神經(jīng)元間的聯(lián)系形成。第二、三階段在大腦學(xué)習(xí)時(shí)也涉及到，認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后功能恢復(fù)到再學(xué)習(xí)過程。

1.3大腦皮層的可塑性具有經(jīng)驗(yàn)依賴性 大腦皮層是高度相關(guān)的神經(jīng)元細(xì)胞的集合體。這些復(fù)雜的和空間分布的網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)及功能是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膠質(zhì)成分調(diào)節(jié)或控制的。對環(huán)境改變做出應(yīng)答并適應(yīng)其改變的能力是神經(jīng)組織最基本的性質(zhì)，也構(gòu)成了學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。神經(jīng)可塑性是以“經(jīng)驗(yàn)依賴”的方式適應(yīng)和學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，其機(jī)制包括兩個(gè)：一是動(dòng)作依賴的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重新連接；二是突觸增強(qiáng)[10]。兩個(gè)機(jī)制協(xié)同促進(jìn)了神經(jīng)可塑性的形成，可以體現(xiàn)在以下幾方面。

1.3.1 皮層重組與代償：大腦皮層神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能，可以根據(jù)環(huán)境的改變而改變，從而促使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重組。大腦的功能重組會(huì)在腦卒中后立即發(fā)生，當(dāng)正常輸入到主要軀體感覺皮層特定區(qū)域的刺激因損傷而喪失時(shí)，大腦的正常部分通常會(huì)在同側(cè)及其對側(cè)皮質(zhì)的病灶周圍進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能重組，伴有皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)樹突、突觸結(jié)構(gòu)的改變及神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)節(jié)，例如突觸的再生、軸突側(cè)支發(fā)芽以及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[11]。上肢肌陣攣是腦卒中后常伴發(fā)的后遺癥之一，其特征是速度依賴性的肌張力增高并伴腱反射亢進(jìn)，這會(huì)嚴(yán)重影響患者的運(yùn)動(dòng)功能、自理能力以及生活質(zhì)量。有研究發(fā)現(xiàn)上肢康復(fù)機(jī)器人可以幫助腦卒中患者減輕肌陣攣，其原理可能是通過改變大腦或脊髓水平的肌陣攣相關(guān)突觸過程[12]。Federico等[13]人更具體地說明了相關(guān)原理，即是：上肢康復(fù)機(jī)器人引導(dǎo)的患側(cè)上肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以通過激活拮抗肌收縮引起的交互抑制反射(是一種突觸后抑制)降低拮抗肌的肌張力，從而改善腦卒中后上肢肌陣攣。

除此之外，運(yùn)動(dòng)皮層的損傷會(huì)導(dǎo)致其他運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域的代償，例如在獼猴的實(shí)驗(yàn)中，單側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層受損后運(yùn)動(dòng)敏感性的恢復(fù)就是由健側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮層介導(dǎo)的。另有一項(xiàng)研究表明，卒中后恢復(fù)良好的患者，健側(cè)大腦背側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層有活動(dòng)性增加。Hsu等[14]研究表明，卒中后大腦在恢復(fù)時(shí)，損傷越重，健側(cè)大腦初級皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)(M1區(qū))活動(dòng)性越強(qiáng)。健側(cè)大腦可促進(jìn)患側(cè)肢體的活動(dòng)，但這一現(xiàn)象在正常人中并未發(fā)現(xiàn)。當(dāng)卒中患者在活動(dòng)患側(cè)肢體時(shí)，可觀察到健側(cè)大腦的活動(dòng)性增加。

CNS再適應(yīng)的過程是腦損傷后功能重組的重要部分。當(dāng)大腦變化與個(gè)體行為能力的改善相關(guān)聯(lián)時(shí)，神經(jīng)可塑性表現(xiàn)為適應(yīng)(adaptive)[15]。因此通過識(shí)別神經(jīng)可塑性及其行為相關(guān)性，以及對其機(jī)制的理解，可以制定增強(qiáng)腦的適應(yīng)性的策略，以改善個(gè)人的行為能力。此項(xiàng)干預(yù)對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)有重要意義，對于腦卒中更是如此。

1.3.2 皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)中健側(cè)軸索的重建：哺乳類動(dòng)物在成熟期的運(yùn)動(dòng)技巧依賴皮質(zhì)脊髓束，因?yàn)槠べ|(zhì)脊髓系統(tǒng)是與技巧性、精細(xì)類運(yùn)動(dòng)相關(guān)的主要運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，其包含了從運(yùn)動(dòng)皮層直接投射到脊髓的纖維束以及腦干的運(yùn)動(dòng)通路，雖然下行投射纖維的最終目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，但是脊髓中間神經(jīng)元也從運(yùn)動(dòng)通路中獲得重要的輸入，并在協(xié)調(diào)肌肉運(yùn)動(dòng)中起關(guān)鍵作用。下行傳導(dǎo)給運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及中間神經(jīng)元的信號可以與肌肉、關(guān)節(jié)的感覺信號區(qū)分，從而為運(yùn)動(dòng)控制提供反饋[16]。當(dāng)皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)因卒中受損后，技巧性運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性會(huì)受影響，還會(huì)導(dǎo)致反射亢進(jìn)與肢體痙攣。卒中后脊髓水平的神經(jīng)可塑性近幾年才被提出，具體的機(jī)制尚待探索。Williams等[17]研究表明，四個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)依賴性機(jī)制解釋了神經(jīng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是如何建立恰當(dāng)?shù)穆?lián)系，以實(shí)現(xiàn)對技巧性運(yùn)動(dòng)的控制，除此之外也對發(fā)育時(shí)期的皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)損傷后可塑性的機(jī)制產(chǎn)生了啟發(fā)性的作用：①皮質(zhì)脊髓束與大腦半球間的突觸競爭；②皮質(zhì)脊髓束與脊髓神經(jīng)元間的相互作用；③皮質(zhì)脊髓束與本體感覺纖維間的突觸競爭；④發(fā)育時(shí)期的皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)與紅核脊髓束的相互作用。他們認(rèn)為以上四個(gè)機(jī)制對圍產(chǎn)期孩子腦卒中后可塑性機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供了重要線索。另外，Liu等[18]在卒中小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性行為運(yùn)動(dòng)恢復(fù)與頸髓中皮質(zhì)脊髓束軸突的重建及雙側(cè)大腦半球皮質(zhì)錐體神經(jīng)元的重組高度相關(guān)，而且功能恢復(fù)只在卒中急性期與健側(cè)皮層環(huán)路有關(guān)。

1.3.3 突觸增強(qiáng)：目前，對基于學(xué)習(xí)和記憶的突觸機(jī)制模型進(jìn)行了廣泛研究，包括大鼠海馬區(qū)或大腦皮質(zhì)中的長時(shí)程增強(qiáng)(long term potentiation,LTP)和長時(shí)程抑制(long term depression,LTD)現(xiàn)象。LTP和LTD可以誘導(dǎo)突觸增強(qiáng)(synaptic strengthening)的變化，從而形成了學(xué)習(xí)與記憶[19]。新皮質(zhì)中的LTP誘導(dǎo)與樹突形態(tài)的改變和脊柱密度的增加有關(guān)，與暴露于復(fù)雜環(huán)境中的大鼠相似[20]，而在復(fù)雜環(huán)境中生長的大鼠大腦中有更密集的樹突分支與樹突棘，以及更廣泛的突觸連接[21]。

1.4 再生

1.4.1 細(xì)胞再生：成人大腦中，神經(jīng)干細(xì)胞會(huì)以遠(yuǎn)低于發(fā)育時(shí)期的速度，在兩個(gè)腦區(qū)分化成新的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。這兩個(gè)腦區(qū)為海馬齒狀回和腦室下區(qū)。室下區(qū)的正常神經(jīng)干細(xì)胞分裂活躍，沿著固定遷移通路-延髓的遷徙流，遷移細(xì)胞至嗅球，在那里分化為成熟的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞補(bǔ)充給卒中半暗帶。在齒狀回，神經(jīng)發(fā)生在顆粒下區(qū)，局部產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞，遷入顆粒細(xì)胞層[22]。

1.4.2 血管再生：在小鼠卒中模型中，血管新生也在卒中后缺血腦組織的重建中發(fā)揮了重要作用。卒中后，由神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，通過作用于VEGF受體-2而誘導(dǎo)微血管的生長。卒中后，血流灌注和神經(jīng)系統(tǒng)的恢復(fù)有著密切關(guān)系[23]。如血流灌注的增加會(huì)直接供應(yīng)于組織的代謝，新生微血管通過釋放營養(yǎng)因子(如BDNF生長因子)，作用于腦實(shí)質(zhì)。而且在梗死周圍區(qū)域，新生血管會(huì)釋放基質(zhì)衍生因子，VEGF，間質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)及MMP-9，為成神經(jīng)細(xì)胞的遷移、歸巢和神經(jīng)元分化創(chuàng)造環(huán)境，進(jìn)而吸引成神經(jīng)細(xì)胞。此外，成神經(jīng)細(xì)胞通過釋放VEGF加強(qiáng)新生血管的產(chǎn)生。由此，卒中后大腦中血管新生和神經(jīng)發(fā)生會(huì)相互促進(jìn)，血管內(nèi)皮細(xì)胞和成神經(jīng)細(xì)胞之間的相互作用會(huì)在卒中發(fā)生后一個(gè)月尤其明顯[24]。

2.卒中后康復(fù)

2.1 臨床評估 腦卒中后患者的上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙嚴(yán)重影響了患者的生活自理能力，在進(jìn)行臨床康復(fù)訓(xùn)練前以及訓(xùn)練過程中需要一套統(tǒng)一、規(guī)范的評定方法對患者的運(yùn)動(dòng)、感知能力及治療效果等進(jìn)行評估。以下簡單介紹兩種評估方法。

2.1.1 Fugl-Meyer量表：Fugl-Meyer量表是評估卒中患者運(yùn)動(dòng)功能損害最為常用的一種定量測量方法，具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性[25]。卒中后1周到1年的患者都可用此量表評估，量表中有運(yùn)動(dòng)功能、感覺功能、平衡能力、關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍以及關(guān)節(jié)疼痛等五方面的內(nèi)容，以評估患者的隨意運(yùn)動(dòng)與協(xié)同運(yùn)動(dòng)能力，在每項(xiàng)中使用三個(gè)等級評估運(yùn)動(dòng)(0=不能完成；1=部分完成；2=順利完成)。

2.1.2 Chedoke-Mc Master腦卒中評估量表(Chedoke-Mc Master stroke assessment,CMSA)：CMSA與Fugl-Meyer量表一樣，也被廣泛運(yùn)用于評估卒中后或神經(jīng)損傷患者的運(yùn)動(dòng)功能損害情況[26]。由損傷評估量表及活動(dòng)評估量表(曾用名“殘疾評估量表”)兩部分組成。損傷評估量表主要評估是否有肩痛、姿勢控制障礙、上下肢損傷及其嚴(yán)重程度，分為七個(gè)等級(“肩痛”除外，其有特殊的評定方法)，這七個(gè)等級是以Brunnstrom的六個(gè)恢復(fù)階段為基礎(chǔ)的?；顒?dòng)評估量表則評估患者的活動(dòng)能力，分為兩部分：①運(yùn)動(dòng)功能指數(shù)：包含項(xiàng)目為能在床上活動(dòng)并轉(zhuǎn)移到凳子上；②行走指數(shù)：包含項(xiàng)目為直立行走及上樓梯。

2.1.3 改良Ashworth量表：此量表廣泛用于對肌張力的評估，基于在整個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)度(range of motion,ROM)內(nèi)被動(dòng)拉伸的阻力是否增加來進(jìn)行評分(0=被動(dòng)拉伸的肢體在整個(gè)ROM阻力不增加；1=被動(dòng)拉伸的肢體在ROM末阻力輕度增加；1+=被動(dòng)拉伸的肢體在不到ROM的一半時(shí)阻力稍增加；2=被動(dòng)拉伸的肢體在大部分ROM的阻力增加，但肢體可活動(dòng)；3=被動(dòng)拉伸的肢體在ROM阻力增加，被動(dòng)活動(dòng)困難；4=肢體僵直)[27]。

2.2 上肢康復(fù)機(jī)器人(upper limb rehabilitation robot) 過去幾十年腦卒中康復(fù)領(lǐng)域已取得一些成就，特別是中樞神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的發(fā)現(xiàn)，為康復(fù)機(jī)器人的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在腦卒中患者中，大約有70%～80%有上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙，大大影響了患者的生活質(zhì)量。上肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練主要是將患者的偏癱側(cè)上肢縛于上肢康復(fù)機(jī)器人手臂支架上，要求患者完成特定的動(dòng)作訓(xùn)練任務(wù)，在積極、任務(wù)導(dǎo)向性和高度重復(fù)的訓(xùn)練下，增強(qiáng)神經(jīng)突觸作用，促進(jìn)由運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的神經(jīng)可塑性進(jìn)程[28]。Proietti等[29]人對“重復(fù)的任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練是否能改善卒中后患者的功能恢復(fù)(其中包括上肢功能恢復(fù))”進(jìn)行了系統(tǒng)評價(jià)，研究表明有低到中等質(zhì)量的證據(jù)表明重復(fù)的任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練可改善上肢功能。目前，上肢康復(fù)機(jī)器人主要包括：上肢康復(fù)機(jī)器人、功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation，F(xiàn)ES)輔助上肢康復(fù)機(jī)器人、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality,VR)的上肢康復(fù)機(jī)器人、基于表面機(jī)電信號(surface electromechanical signal，sEMG)的上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人、基于腦機(jī)接口(brain computer interface，BCI)的上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。

有研究表明功能性電刺激輔助傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練可以改善單側(cè)輕偏癱患者的運(yùn)動(dòng)功能，并且當(dāng)患者自主收縮肌肉從而觸發(fā)FES時(shí)(EMG觸發(fā)FES)，效果會(huì)更好。因此，這些研究結(jié)果都催生了FES與機(jī)器人的結(jié)合。在傳統(tǒng)的上肢康復(fù)訓(xùn)練中，發(fā)現(xiàn)近端關(guān)節(jié)(如肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié))比遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)(如腕關(guān)節(jié)和指關(guān)節(jié))恢復(fù)好。主要的原因可能是：①卒中后大腦早期的自發(fā)性恢復(fù)是從近端到遠(yuǎn)端的；②由于在傳統(tǒng)的“徒手干預(yù)”治療過程中康復(fù)師更容易對患者的近端關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)患者也更自愿控制近端關(guān)節(jié)，所以近端關(guān)節(jié)在康復(fù)過程中比遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)得到了更多有效的鍛煉。但是，由于“伸手、持物”之類的動(dòng)作都需要上肢近、遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)才能完成，即使改善了上肢近端關(guān)節(jié)的功能，遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)未與其同步恢復(fù)，則還是難以恢復(fù)日?；顒?dòng)。因此，還需探索能使上肢遠(yuǎn)近端關(guān)節(jié)同步恢復(fù)的康復(fù)方法。卒中后的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)康復(fù)通常為多種方法的組合，包括神經(jīng)興奮技術(shù)(如神經(jīng)肌肉刺激)、特定任務(wù)訓(xùn)練和任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練。神經(jīng)興奮技術(shù)包括幾種在通過促進(jìn)正常運(yùn)動(dòng)或抑制異常運(yùn)動(dòng)來重新訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)控制的方法。特定任務(wù)訓(xùn)練旨在提高執(zhí)行選定動(dòng)作的技能。任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練考慮到多個(gè)系統(tǒng)(運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、感知、認(rèn)知以及神經(jīng)系統(tǒng))的相互作用，以目標(biāo)為導(dǎo)向，對運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行重新訓(xùn)練。上肢康復(fù)機(jī)器人就是通過特定任務(wù)訓(xùn)練與任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練模式來輔助患者康復(fù)的。為了促進(jìn)患者在機(jī)器人輔助訓(xùn)練中肌肉協(xié)調(diào)性的改善，Hu等[30]將神經(jīng)肌肉電刺激(neuromuscular electrical stimulation，NMES)和肌電圖(electromyography，EMG)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人整合為一個(gè)系統(tǒng)去進(jìn)行腕關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)兩者的聯(lián)合輔助可以減少肘部肌肉的過度活動(dòng)，提高手腕相關(guān)肌肉的活動(dòng)水平，這在單純的機(jī)器人輔助訓(xùn)練中是不存在的。

VR可以在復(fù)雜、豐富的環(huán)境中提供感覺運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，通過虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，這是現(xiàn)實(shí)世界中不可能設(shè)計(jì)的。它可以優(yōu)化患者的參與度，并為患者提供量身定制的訓(xùn)練內(nèi)容。Laver等[31]meta分析表明，當(dāng)與單純傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練相比，VR輔助的康復(fù)訓(xùn)練使卒中患者的上肢運(yùn)動(dòng)功能與日?；顒?dòng)顯著改善。關(guān)于VR與上肢康復(fù)機(jī)器人的結(jié)合，研究表明特殊設(shè)計(jì)的虛擬環(huán)境可能通過提供改良的視覺反饋激活運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過程中涉及的神經(jīng)回路。慢性腦卒中患者中，已經(jīng)證實(shí)使用機(jī)電一體化VR系統(tǒng)訓(xùn)練手指比傳統(tǒng)康復(fù)治療更有效。除此之外，Maris等[32]已經(jīng)證明自適應(yīng)機(jī)器人介導(dǎo)的訓(xùn)練與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境相結(jié)合可以改善慢性卒中患者的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性。

sEMG的上肢康復(fù)機(jī)器人是機(jī)器人通過電極采集到的表面機(jī)電信號來對人體運(yùn)動(dòng)意圖進(jìn)行辨識(shí)，從而為患者提供自主性的運(yùn)動(dòng)控制。此外，由于BCI可以提供一種不經(jīng)過人的外周神經(jīng)和肌肉組織的參與，而僅通過人的大腦與外界進(jìn)行信息交流的手段，可以為有肢體運(yùn)動(dòng)障礙的患者提供與外界進(jìn)行交互的機(jī)會(huì)，基于腦機(jī)接口的上肢康復(fù)機(jī)器人可以將患者的運(yùn)動(dòng)想象與實(shí)際運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，患者按照康復(fù)計(jì)劃進(jìn)行主動(dòng)控制訓(xùn)練，充分調(diào)動(dòng)其參與康復(fù)訓(xùn)練的積極主動(dòng)性[33]。

3.展望

上肢康復(fù)機(jī)器人對腦卒中患者上肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練較傳統(tǒng)康復(fù)治療有更顯著的療效，但腦卒中康復(fù)領(lǐng)域仍存在一些挑戰(zhàn)。大部分現(xiàn)代卒中后運(yùn)動(dòng)康復(fù)策略只適用于高功能(high-function)卒中患者，而卻不太適用于低功能(low-function)及殘余皮質(zhì)功能更弱的患者。如果要更廣泛、更有效地滿足臨床需求，那就需要制定出替代性的腦卒中康復(fù)策略。替代性策略至少應(yīng)滿足兩個(gè)要求：①這項(xiàng)策略可以增強(qiáng)腦可塑性的適應(yīng)性；②該策略的效果不應(yīng)受限于卒中后殘余皮質(zhì)的功能，它不僅適用于殘留功能低下的卒中患者，而且對整個(gè)功能水平的患者都適用。因此，這可以作為未來腦卒中康復(fù)領(lǐng)域努力的方向。

參 考文獻(xiàn)

1 Global,regional,and national life expectancy,all-cause mortality,and cause-specific mortality for 249 causes of death,1980-2015: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2015[J].Lancet,2016,388(10053): 1459-1544.DOI:10.1016/S0140-6736(16)31012-1.

2 Feigin VL,Krishnamurthi RV,Parmar P,et al.Update on the Global Burden of Ischemic and Hemorrhagic Stroke in 1990-2013: The GBD 2013 Study[J].Neuroepidemiology,2015,45(3): 161-176.DOI:10.1159/000441085.

3 Zhou M,Wang H,Zhu J,et al.Cause-specific mortality for 240 causes in China during 1990-2013: a systematic subnational analysis for the Global Burden of Disease Study 2013[J].Lancet,2016,387(10015): 251-272.DOI:10.1016/S0140-6736(15)00551-6.

4 Bailey RR,Klaesner JW,Lang CE.Quantifying Real-World Upper-Limb Activity in Nondisabled Adults and Adults With Chronic Stroke[J].Neurorehabil Neural Repair,2015,29(10): 969-978.DOI:10.1177/1545968315583720.

5 Bethe A,Woitas E.Studien über die Plastizit?t des Nervensystems[J].Pflügers Archiv für die Gesamte Physiologie des Menschen und der Tiere,1930,224(1): 821-835.DOI:10.1007/bf01771423.

6 Kolb B,Harker A,Gibb R.Principles of plasticity in the developing brain[J].Dev Med Child Neurol,2017,59(12): 1218-1223.DOI:10.1111/dmcn.13546.

7 Dayan E,Cohen LG.Neuroplasticity subserving motor skill learning[J].Neuron,2011,72(3): 443-454.DOI:10.1016/j.neuron.2011.10.008.

8 Horton JC,Fahle M,Mulder T,et al.Adaptation,perceptual learning,and plasticity of brain functions[J].Albrecht von Graefes Archiv fur klinische und experimentelle Ophthalmologie,2017,255(3): 435-447.DOI:10.1007/s00417-016-3580-y.

9 Gray WA,Sabatier MJ,Kesar TM,et al.Establishing between-session reliability of TMS-conditioned soleus H-reflexes[J].Neurosci Lett,2017,640: 47-52.DOI:10.1016/j.neulet.2017.01.032.

10 Hara Y.Brain plasticity and rehabilitation in stroke patients[J].Nippon Ika Daigaku zasshi,2015,82(1): 4-13.DOI:10.1272/jnms.82.4.

11 Cho S R,Suh H,Yu J,et al.Astroglial Activation by an Enriched Environment after Transplantation of Mesenchymal Stem Cells Enhances Angiogenesis after Hypoxic-Ischemic Brain Injury[J].International Journal of Molecular Sciences,2016,17(9): 1550.DOI:10.3390/ijms17091550.

12 Pellegrino L,Coscia M,Muller M,et al.Evaluating upper limb impairments in multiple sclerosis by exposure to different mechanical environments[J].Sci Rep,2018,8(1): 2110.DOI:10.1038/s41598-018-20343-y.

13 Calabrò RS,Naro A,Russo M,et al.Is two better than one? Muscle vibration plus robotic rehabilitation to improve upper limb spasticity and function: A pilot randomized controlled trial[J].PLoS ONE,2017,12(10): e0185936.DOI:10.1371/journal.pone.0185936.

14 Hsu JE,Jones TA.Contralesional neural plasticity and functional changes in the less-affected forelimb after large and small cortical infarcts in rats[J].Exp Neurol,2006,201(2): 479-494.DOI:10.1016/j.expneurol.2006.05.003.

15 Elbert T,Pantev C,Wienbruch C,et al.Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players[J].Science,1995,270(5234): 305-307.DOI:10.1126/science.270.5234.305.

16 Lemon RN.Descending pathways in motor control[J].Annu Rev Neurosci,2008,31: 195-218.DOI:10.1146/annurev.neuro.31.060407.125547.

17 Williams PTJA,Jiang YQ,Martin JH.Motor system plasticity after unilateral injury in the developing brain[J].Dev Med Child Neurol,2017,59(12): 1224-1229.DOI:10.1111/dmcn.13581.

18 Liu Z,Zhang RL,Li Y,et al.Remodeling of the corticospinal innervation and spontaneous behavioral recovery after ischemic stroke in adult mice[J].Stroke,2009,40(7): 2546-2551.DOI:10.1161/STROKEAHA.109.547265.

19 Lynch MA.Long-term potentiation and memory[J].Physiol Rev,2004,84(1): 87-136.DOI:10.1152/physrev.00014.2003.

20 Turski CA,Kessler-Jones A,Chow C,et al.Extended Multiple-Field High-Definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is well tolerated and safe in healthy adults[J].Restor Neurol Neurosci,2017,35(6): 631-642.DOI:10.3233/RNN-170757.

21 West RW,Greenough WT.Effect of environmental complexity on cortical synapses of rats: preliminary results[J].Behav Biol,1972,7(2): 279-284.DOI:10.1016/s0091-6773(72)80207-4.

22 Arkuszewski M,Swiat M,Opala G.Perfusion computed tomography in prediction of functional outcome in patients with acute ischaemic stroke[J].Nucl Med Rev Cent East Eur,2009,12(2): 89-94.

23 Hermann DM,Chopp M.Promoting brain remodelling and plasticity for stroke recovery: therapeutic promise and potential pitfalls of clinical translation[J].Lancet Neurol,2012,11(4): 369-380.DOI:10.1016/S1474-4422(12)70039-X.

24 Fugl-Meye A R,J??sk? L,Leyman I,et al.The post-stroke hemiplegic patient.1.a method for evaluation of physical performance.[J].Scandinavian journal of rehabilitation medicine,1975(1): 13-31.

25 Bohannon RW,Smith MB.Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity[J].Phys Ther,1987,67(2): 206-207.DOI:10.1093/ptj/67.2.206.

26 Hu XL,Tong RK,Ho NS,et al.Wrist Rehabilitation Assisted by an Electromyography-Driven Neuromuscular Electrical Stimulation Robot After Stroke[J].Neurorehabil Neural Repair,2015,29(8): 767-776.DOI:10.1177/1545968314565510.

27 Anjos SM,Cohen LG,Sterr A,et al.Translational neurorehabilitation research in the third world: what barriers to trial participation can teach us[J].Stroke,2014,45(5): 1495-1497.DOI:10.1161/STROKEAHA.113.003572.

28 Stephenson A,Stephens J.An exploration of physiotherapists’ experiences of robotic therapy in upper limb rehabilitation within a stroke rehabilitation centre[J].Disabil Rehabil Assist Technol,2018,13(3): 245-252.DOI:10.1080/17483107.2017.1306593.

29 Proietti T,Guigon E,Roby-Brami A,et al.Modifying upper-limb inter-joint coordination in healthy subjects by training with a robotic exoskeleton[J].J Neuroeng Rehabil,2017,14(1): 55.DOI:10.1186/s12984-017-0254-x.

30 Otaka E,Otaka Y,Kasuga S,et al.Clinical usefulness and validity of robotic measures of reaching movement in hemiparetic stroke patients[J].J Neuroeng Rehabil,2015,12: 66.DOI:10.1186/s12984-015-0059-8.

31 Thielbar KO,Lord TJ,Fischer HC,et al.Training finger individuation with a mechatronic-virtual reality system leads to improved fine motor control post-stroke[J].J Neuroeng Rehabil,2014,11: 171.DOI:10.1186/1743-0003-11-171.

32 Maris A,Coninx K,Seelen H,et al.The impact of robot-mediated adaptive I-TRAVLE training on impaired upper limb function in chronic stroke and multiple sclerosis[J].Disabil Rehabil Assist Technol,2018,13(1): 1-9.DOI:10.1080/17483107.2016.1278467.

33 Li Z,Wang B,Sun F,et al.sEMG-based joint force control for an upper-limb power-assist exoskeleton robot[J].IEEE J Biomed Health Inform,2014,18(3): 1043-1050.DOI:10.1109/JBHI.2013.2286455.