基于運(yùn)動想象療法的神經(jīng)機(jī)制在腦卒中后運(yùn)動功能障礙中的研究進(jìn)展

腦卒中是危害人類健康及生命安全的常見疾病，也是全球致殘及死亡的主要原因之一。卒中患者需要長期的康復(fù)治療，但即使在完成規(guī)范的康復(fù)治療之后，仍有50%～60%的卒中患者會遺留不同程度的運(yùn)動障礙，由于嚴(yán)重偏癱的患者通?；贾珱]有動作輸出，因此，基于常規(guī)運(yùn)動訓(xùn)練的療法不適用此類患者。在這種局限性條件下衍生出運(yùn)動想象療法(Motor imagery therapy,MIT)這種康復(fù)治療技術(shù)。MIT是建立在腦功能重塑理論基礎(chǔ)上的一種康復(fù)治療手段，雖然MIT的基本操作簡單，只需要反復(fù)運(yùn)動想象(Motor imagery,MI)，而無需任何肌肉活動，但實施效果參差不一。通過功能影像學(xué)和神經(jīng)電生理技術(shù)等腦認(rèn)知科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，病變類型及部位對MI的實施結(jié)果有重大影響。目前，關(guān)于MI在卒中后運(yùn)動功能康復(fù)中的機(jī)制仍缺乏詳細(xì)的研究，因此，本綜述的目的是系統(tǒng)闡述腦卒中后運(yùn)動功能的神經(jīng)恢復(fù)機(jī)制。

1 MI的概念

Hossack早在1950年提出心理意象的概念，自20世紀(jì)90年代開始，MI開始應(yīng)用于腦卒中患者[1]。MI指無任何動作輸出的想象動作的執(zhí)行，包括知覺MI和視覺MI，前者想象自己實際完成動作，后者則想象在看到自己完成動作。MI的理論模式目前主要有三重編碼模式、生物信息理論、想象架構(gòu)等，其中想象架構(gòu)包含符號學(xué)習(xí)和心理神經(jīng)肌肉理論，一般認(rèn)為心理神經(jīng)肌肉理論的解釋最為有力[2]。心理神經(jīng)肌肉理論是基于存儲于人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的運(yùn)動計劃或運(yùn)動“流程圖”，若實際活動時所涉及的運(yùn)動“流程圖”和在MI時所涉及的“流程圖”是相同的，則可通過MI強(qiáng)化完善這一“流程圖”。有研究顯示[1]，MI時與運(yùn)動執(zhí)行時大部分腦功能激活區(qū)相似，初級運(yùn)動區(qū)、基底核和小腦與實際執(zhí)行該活動時激活的部位相同。由于卒中患者往往不能進(jìn)行特定的動作，但如果卒中患者具有足夠的認(rèn)知能力來理解和執(zhí)行MI任務(wù)指示，MI將成為“重新學(xué)習(xí)”如何執(zhí)行患者動作的有效有段。

假設(shè)運(yùn)動控制系統(tǒng)中的信號傳導(dǎo)可分為4個階段：①運(yùn)動中樞產(chǎn)生運(yùn)動信號，②運(yùn)動信號在神經(jīng)纖維中傳導(dǎo)，③運(yùn)動信號激活并作用于相應(yīng)的肌肉，④有意識或者無意識感覺反饋在肌肉收縮后被傳入大腦，終止于軀體感覺皮質(zhì)。這種信號流構(gòu)成運(yùn)動感覺傳導(dǎo)閉環(huán)在運(yùn)動的傳出階段，獲得關(guān)于運(yùn)動的潛在信息，但是明確排除了運(yùn)動輸出。運(yùn)動指令之前有一個準(zhǔn)備階段，機(jī)體在允許運(yùn)動之前等待提示。MI對應(yīng)于潛在的運(yùn)動體征的神經(jīng)激活，并且被認(rèn)為在功能上等同于運(yùn)動控制的計劃與準(zhǔn)備階段(但不是執(zhí)行階段)[3]。這表明MI與實際運(yùn)動的執(zhí)行是通過類似的過程產(chǎn)生的[4]，并且涉及相似的大腦結(jié)構(gòu)。

已有研究表明執(zhí)行實際運(yùn)動和MI時出現(xiàn)重疊的腦功能活動區(qū)，但兩者各有優(yōu)勢功能活動區(qū)，即實際運(yùn)動的優(yōu)勢功能活動區(qū)位于初級感覺運(yùn)動皮層、頂島蓋區(qū)、小腦前部(MI時幾乎無功能活動)以及運(yùn)動前區(qū)后部和5區(qū)(MI時有輕度或中度功能活動)；而MI的優(yōu)勢功能活動區(qū)則主要位于中央前回、中央溝前緣、楔前葉以及頂葉后上部。如上所述二者激活的大腦皮層區(qū)域類似，因此神經(jīng)運(yùn)動環(huán)路受損后，可同時導(dǎo)致實際運(yùn)動和MI能力的損害[5]。現(xiàn)階段運(yùn)動想象能力的評估主要有3個實用量表，包括運(yùn)動想象問卷、運(yùn)動想象清晰度問卷(即運(yùn)動想象問卷修訂版)、動覺和視覺運(yùn)動想象問卷；部分學(xué)者提出也可采用生理指標(biāo)如前額肌電值、心率、手指皮膚肌電值、手掌心溫度、指端血容波幅等監(jiān)測想象過程[6]。

2 MI相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制

大量的神經(jīng)影像學(xué)檢查已證明，在MI任務(wù)期間激活的皮層和皮層下區(qū)域與實際運(yùn)動執(zhí)行中所涉及的區(qū)域基本重疊。我們簡要回顧卒中后MI對大腦相關(guān)區(qū)域的影響以及卒中后相關(guān)的神經(jīng)恢復(fù)機(jī)制，以幫助提高臨床對MI的理解。

2.1 小腦和基底節(jié)區(qū) 通常，初級運(yùn)動皮質(zhì)(Primary motor cortex,M1)、輔助運(yùn)動區(qū)(Supplementary motor area,SMA)以及運(yùn)動前區(qū)(Premotor cortex,PMC)被認(rèn)為是與運(yùn)動控制相關(guān)的大腦皮質(zhì)[7]，這些區(qū)域與小腦和基底節(jié)區(qū)密切聯(lián)系，形成廣泛的運(yùn)動反饋環(huán)路系統(tǒng)。這些環(huán)路系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)、反饋以及控制，一直被認(rèn)為是小腦的主要功能。2006年Battaglia 等[8]在一項針對8例單側(cè)小腦卒中的經(jīng)顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)的研究中表明，小腦后下動脈供血區(qū)缺血使運(yùn)動皮層的興奮性降低，其MI能力下降。2016年Cengiz 等[9]的一項使用經(jīng)顱直流電(Transcranial direct Current Stimulation,TCD)刺激小腦的研究表明，小腦病變對MI有抑制作用，主要通過阻止由MI誘導(dǎo)的傳出信號到達(dá)延髓和骨骼肌水平實現(xiàn)。除了小腦外，MI已被證明可以影響皮層下運(yùn)動區(qū)域，如基底節(jié)區(qū)。早有研究表明，基底神經(jīng)節(jié)損傷，特別是殼核的損傷可能會對MI能力產(chǎn)生負(fù)面影響[10]。2011年Heremans 等[11]的研究表明帕金森(PD)患者M(jìn)I能力降低，雖然PD患者黑質(zhì)功能上不等同于卒中引起的基底節(jié)區(qū)損傷，但這些研究亦表明了基底神經(jīng)節(jié)在MI中的重要性。

2.2 運(yùn)動前區(qū)、輔助運(yùn)動區(qū)以及前額葉區(qū) MI誘導(dǎo)的腦區(qū)激活通常涉及運(yùn)動前區(qū)(PMC)和輔助運(yùn)動區(qū)(SMA)，此兩個腦區(qū)的激活最常見于MI過程。大量的研究表明，PMC和SMA在運(yùn)動的設(shè)計、準(zhǔn)備、執(zhí)行階段起著關(guān)鍵的作用[12]。一些研究發(fā)現(xiàn)，MI對SMA激活部位與實際運(yùn)動執(zhí)行部位區(qū)域部分重疊，這意味著，SMA的部分區(qū)域在MI中發(fā)揮著特定作用。2012年Olsson 等[13]的一項關(guān)于腦磁圖(Magnetoencephalography,MEG)的研究表明，SMA的部分神經(jīng)元抑制MI活動，從而阻止運(yùn)動的執(zhí)行。這與先前研究證實的SMA對MI有抑制作用相吻合。2015年的一項關(guān)于10名腦卒中患者受損和未受損大腦半球之間的有效連接的研究顯示，在執(zhí)行MI任務(wù)和實際運(yùn)動過程中，SMA抑制MI任務(wù)，但是，SMA并不影響實際運(yùn)動的執(zhí)行[14]。MI和運(yùn)動執(zhí)行在PMC中也發(fā)現(xiàn)有重疊區(qū)域，尤其是PMC背側(cè)(PMCd)部分區(qū)域，已被證實在MI中被激活，并被認(rèn)為是MI和運(yùn)動執(zhí)行的基礎(chǔ)。盡管有關(guān)PMC(PMCv)腹側(cè)部的報道存在差異，但是早在1995年的一項研究中已表明，MI和運(yùn)動執(zhí)行過程中存在PMCv的激活，2014年的一項研究也證實，上下肢的MI激活了PMCv[15]。此外，對靈長類動物研究表明，PMCd和PMCv在運(yùn)動動作計劃、準(zhǔn)備、執(zhí)行階段起著關(guān)鍵作用，PMCd與神經(jīng)沖動的控制有關(guān)，它被認(rèn)為限制了早期的運(yùn)動啟動反應(yīng)，并且可能是MI與運(yùn)動執(zhí)行之間差異的一個關(guān)鍵因素[16]。此外，在一項關(guān)于截肢患者的MI研究中發(fā)現(xiàn)，相比于運(yùn)動執(zhí)行，PMCd在MI中更為明顯的被激活[17]。在一些神經(jīng)影像學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，前額葉的認(rèn)知區(qū)域在MI也起著重要作用。盡管前額葉區(qū)域被認(rèn)為與認(rèn)知過程相關(guān)。但一些研究證實，前額葉腹側(cè)和扣帶回在運(yùn)動準(zhǔn)備階段對運(yùn)動的控制有抑制作用，在另一些采用功能磁共振(fMRI)研究前額葉在MI任務(wù)中的作用發(fā)現(xiàn)，其與對熟悉或者陌生的物體的認(rèn)識、想象力的出現(xiàn)、肌肉的同心或者離心收縮有關(guān)[18]。在卒中患者中，前額葉損傷可能會影響MI任務(wù)中想象的生動性[16]。然而，卒中患者中前額葉皮質(zhì)與MI的關(guān)系應(yīng)該做進(jìn)一步探討，以明確前額葉認(rèn)知區(qū)域在MI過程中的特異性。

2.3 初級運(yùn)動皮層(M1) 在近年來的研究中，MI過程中M1的激活比PMC的激活更有爭議。通常情況下，在MI任務(wù)期間M1激活被認(rèn)為同其在運(yùn)動執(zhí)行過程中被激活相比是次要的，關(guān)于M1在MI任務(wù)中的意義的爭議是由于幾項存在相互矛盾的研究引起的[11]，其中一些研究表示在MI任務(wù)期間激活了M1，而另外一些沒有。然而，最近的研究已經(jīng)堅定的支持，M1在MI任務(wù)期間被激活的觀點[19]。盡管，M1在促進(jìn)肌肉收縮的方面的作用機(jī)制并不十分清楚，但是在卒中后存在殘余運(yùn)動功能的患者中，MI任務(wù)中M1的激活可能有助于運(yùn)動模式的“再學(xué)習(xí)”。的確，Szameitat等[20]得出的結(jié)論是，由于MI有激活M1的能力，所以MI是卒中后運(yùn)動障礙患者康復(fù)訓(xùn)練最有效的方法。然而，一個小樣本量的研究顯示，對病程至少已經(jīng)8個月的患者，MI似乎不會顯著激活同側(cè)的M1區(qū)(即病灶側(cè)的M1)，表明MI在直接促進(jìn)運(yùn)動輸出方面的作用是有限的[21]。相反，2009年Sharma等[19]在一項關(guān)于fMRI研究中顯示，在基于MI的手指-拇指對指任務(wù)中，M1區(qū)域明確被激活。雖然，M1在MI任務(wù)過程中是激活的，但是運(yùn)動過程仍然是無序的，因為通常累及雙側(cè)M1及PMCd區(qū)。因此，該研究得出的結(jié)論認(rèn)為，在運(yùn)動功能嚴(yán)重受損的患者中，M1及相關(guān)運(yùn)動皮層更易受MI影響。

最近，有研究使用靜息態(tài)fMRI的方法對卒中偏癱患者的同側(cè)M1與整個大腦之間的連接進(jìn)行了研究，正如所預(yù)期的一樣，卒中改變了運(yùn)動通路的功能連接(與健康對照相比)。Zhang等[22]的研究顯示，在常規(guī)康復(fù)治療之后進(jìn)行MI訓(xùn)練，雙側(cè)的M1之間的功能連接會增強(qiáng)，同側(cè)的M1和同側(cè)的SMA之間的功能連接減少，盡管缺少對照組，該研究發(fā)現(xiàn)MI訓(xùn)練后運(yùn)動功能連接改變與Fugl Meyer 評分之間存在顯著相關(guān)性，表明功能恢復(fù)可能受益于MI。顯然，需要進(jìn)一步的研究來明確MI任務(wù)在M1激活中的作用。

2.4 頂葉皮層 頂葉皮層在整合感覺和運(yùn)動執(zhí)行過程中起著重要作用，并且有強(qiáng)烈證據(jù)表明頂葉皮層受MI影響，雖然在MI和實際運(yùn)動過程中頂葉區(qū)域都被激活，但2000年的一項關(guān)于fMRI的研究顯示，在真實和想象的手部運(yùn)動過程中，頂葉皮質(zhì)區(qū)域的激活是有區(qū)別的[23]。在最近的一項研究中發(fā)現(xiàn)，后頂葉皮層(posterior parietal cortex，PPC)在MI期間比實際運(yùn)動過程中更活躍[17]。此外，許多神經(jīng)影像學(xué)研究已經(jīng)證實，MI誘導(dǎo)的PPC的激活，PPC損傷后MI功能缺陷。諸如，頂下小葉、頂上小葉、邊緣回區(qū)域也涉及MI任務(wù)[24]。一項2006年的研究強(qiáng)調(diào)了完整的頂葉結(jié)構(gòu)對MI任務(wù)實施的重要性，頂葉損傷的受試者在MI任務(wù)的能力受損亦最嚴(yán)重[11]。

3 MI在卒中后運(yùn)動功能康復(fù)中的作用

3.1 上肢訓(xùn)練 常規(guī)的康復(fù)治療技術(shù)如Bobath技術(shù)、Rood技術(shù)、PNF技術(shù)等在腦卒中偏癱患者的下肢運(yùn)動功能康復(fù)中效果顯著，但是在上肢的運(yùn)動功能康復(fù)過程中的效果并不明顯，尤其是BrunnstromIII期患者。而MI通過運(yùn)動神經(jīng)元和運(yùn)動皮層中已經(jīng)存儲的“運(yùn)動模式”反復(fù)訓(xùn)練，激活大腦皮層中此類運(yùn)動的特定區(qū)域，實現(xiàn)對動作技巧的的理解和學(xué)習(xí)，從而達(dá)到提高患者上肢運(yùn)動能力的目的[25]。最新的研究主要集中于MI與其他類型的康復(fù)治療技術(shù)相結(jié)合，以獲得最佳的功能恢復(fù)。Kim等[26]對卒中患者采用以MI為基礎(chǔ)的康復(fù)治療與物理運(yùn)動相結(jié)合的方法，得出其對上肢運(yùn)動功能的恢復(fù)有益處。此外，曹克勇等[27]對卒中恢復(fù)期的研究發(fā)現(xiàn)，MI與改良的鏡像療法結(jié)合時，更利于上肢的恢復(fù)，另一項研究發(fā)現(xiàn)，MI與鏡像視覺反饋療法相結(jié)合，可以促進(jìn)上肢功能的恢復(fù)[28]。Page等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，MI與傳統(tǒng)物理療法、任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練、CIMT結(jié)合時，可明顯改善上肢受損的功能，其中還指出，這些有意的變化在康復(fù)訓(xùn)練療程結(jié)束后，仍將持續(xù)3個月以上?？偠灾@些研究結(jié)果都表明，以MI為基礎(chǔ)的康復(fù)治療方案與各種常規(guī)治療聯(lián)合使用時對卒中的康復(fù)是有益的，盡管目前尚未制定出最佳的治療方案。雖然，以MI為基礎(chǔ)的研究越來越熱門，但是關(guān)于最佳有效治療時間的研究仍較少。Page 等[29]的一項研究通過給予29例輕度偏癱受試者20、40、60 min MI任務(wù)，來證明其最佳有效時間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)60 min MI組的康復(fù)效果顯著。但是，一項大樣本的隨機(jī)對照試驗顯示，在卒中后6個月內(nèi)的患者未能得出相應(yīng)的結(jié)論[30]。然而，Cochrane[31]的研究表明，臨床醫(yī)生可能會使用MIT提高卒中后上肢的功能，只是因為沒有更多的證據(jù)闡明MI的副作用或者不利作用。

3.2 下肢訓(xùn)練 腦卒中后肢體肌力、肌張力、運(yùn)動模式異常、肌群不能協(xié)調(diào)等導(dǎo)致患者下肢運(yùn)動功能下降，究其原因為腦部產(chǎn)生神經(jīng)沖動的神經(jīng)元或神經(jīng)傳導(dǎo)通路受損，對下級運(yùn)動神經(jīng)元的調(diào)控出現(xiàn)障礙[32]。大量的康復(fù)治療可通過大腦皮質(zhì)功能重組、軸突發(fā)芽、樹突再生、改變突觸傳遞效率等途徑促進(jìn)機(jī)體腦功能重塑。而MI通過在大腦中反復(fù)想象某種動作或情境，可誘發(fā)和增強(qiáng)來自外周感受器的感覺信息輸入以及來自大腦中樞神經(jīng)沖動信息傳出，促進(jìn)潛伏神經(jīng)傳導(dǎo)通路及休眠突觸活化，加速神經(jīng)系統(tǒng)重塑及功能重組，降低腦卒中神經(jīng)功能殘損程度。大量的研究支持將MI應(yīng)用于步態(tài)恢復(fù)中。2008年，Dunsky等[33]對腦卒中患者進(jìn)行步行MI訓(xùn)練，結(jié)果顯示治療后患者步行速度、跨步長、步頻明顯提高，患側(cè)肢體單支撐期延長而雙支撐期縮短。2016年，徐立偉等[34]研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化MI可改善腦卒中偏癱患者下肢步行和生活能力。就像以MI為基礎(chǔ)的上肢研究一樣，近年來的研究集中于將MI與其他康復(fù)治療技術(shù)結(jié)合使用，以達(dá)到最大限度的恢復(fù)。2015年Bae等[35]的一項研究中將MI與常規(guī)的平衡訓(xùn)練相結(jié)合發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)的平衡訓(xùn)練相比，平衡訓(xùn)練結(jié)合MI能明顯的改善步行功能。2016年Kumar 等[36]動態(tài)研究了卒中后偏癱患者M(jìn)I訓(xùn)練對其肌力和步態(tài)恢復(fù)的影響，實驗組患者除了任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練外每天接受30 min 的基于MI的下肢肌力訓(xùn)練，結(jié)果顯示實驗室組患者的步行速度和測試的肌力更顯著增強(qiáng)，在其后的6周隨訪中，MI訓(xùn)練對步行能力的影響持續(xù)存在。

4 結(jié)論及展望

近十年來，一些新的康復(fù)治療技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于臨床，如強(qiáng)迫性運(yùn)動療法、機(jī)器人輔助治療、TMS、 鏡像療法等，由于患者自身肢體功能、治療成本等原因限制了這些治療方法的廣泛應(yīng)用，而MIT不需要特殊設(shè)備、場地、入選標(biāo)準(zhǔn)低、不依賴于患者的殘存能力又與患者的主動運(yùn)動相關(guān)，相對于傳統(tǒng)的卒中后康復(fù)，MI在有效性、無創(chuàng)性及經(jīng)濟(jì)適用性方面存在明顯的優(yōu)勢。在得到一些指導(dǎo)后，患者可以在家進(jìn)行訓(xùn)練。此外，MI可用于卒中康復(fù)的各個階段，即使在弛緩性癱瘓狀態(tài)下，患者也可以開始訓(xùn)練[37]。

盡管國內(nèi)外研究都證明MIT能改善腦卒中患者的運(yùn)動功能，但這些臨床研究之間的差異性較大，比如在卒中類型、卒中階段、病程選擇、干預(yù)持續(xù)的時間及頻率、MI訓(xùn)練內(nèi)容等方面尚未形成統(tǒng)一規(guī)范的模式，對腦卒中運(yùn)動康復(fù)工作的臨床指導(dǎo)意義比較局限。因此，仍需要更多規(guī)范的、科學(xué)的、大樣本的臨床研究來加以驗證，為MI的有效性提供更好的理論依據(jù)。