基于鏡像神經(jīng)元理論的動(dòng)作觀察療法在腦卒中康復(fù)的應(yīng)用

陳芳婷，歐建林，王冉，廖維靖

腦卒中是常見(jiàn)的全球健康問(wèn)題，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā)率等特點(diǎn)，被認(rèn)為是“人類健康的殺手”[1]。大多數(shù)卒中幸存者都遺留有不同程度的功能障礙，如運(yùn)動(dòng)、言語(yǔ)、認(rèn)知、吞咽障礙等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。近年來(lái)，鏡像神經(jīng)元(mirror neurons，MN)的發(fā)現(xiàn)及其衍生出的治療技術(shù)為康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1 鏡像神經(jīng)元理論概述

1.1 鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn) 上個(gè)世紀(jì)90年代，意大利帕爾馬大學(xué)的研究人員采用“單細(xì)胞記錄技術(shù)”發(fā)現(xiàn)了鏡像神經(jīng)元，并將其定位于恒河猴的腹側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層(F5區(qū))[2]。隨后證明，它們也存在于頂下小葉中[3]。鏡像神經(jīng)元是一類具有特殊映射功能的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，在個(gè)體執(zhí)行特定動(dòng)作及觀察其他個(gè)體執(zhí)行類似動(dòng)作時(shí)都會(huì)興奮，分布在大腦不同區(qū)域的鏡像神經(jīng)元形成了鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)(mirror neuron system，MNS)。該系統(tǒng)遵循“觀察-執(zhí)行匹配機(jī)制”，可以較好地協(xié)調(diào)動(dòng)作感知和動(dòng)作執(zhí)行功能，為觀察者提供內(nèi)在的識(shí)別體驗(yàn)[4]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，“觀察-執(zhí)行匹配機(jī)制”在動(dòng)作理解，動(dòng)作模仿，運(yùn)動(dòng)想象和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)及其他的重要神經(jīng)生理過(guò)程中起著重要作用[5-6]。

1.2 人腦中的鏡像神經(jīng)元 一系列腦功能成像與神經(jīng)電生理研究表明[7-8]，人類大腦中同樣存在能夠?qū)⑺^察的動(dòng)作和自己執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行匹配的鏡像神經(jīng)元，且數(shù)目遠(yuǎn)多于猴腦，分布范圍也更為廣泛。人腦中的鏡像網(wǎng)絡(luò)主要分布于頂額鏡像系統(tǒng)和邊緣鏡像系統(tǒng)，前者主要由前運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)腹側(cè)、中央前回下部、額下回后部、頂下小葉頭部、顳中回等區(qū)域構(gòu)成，后者主要包括前扣帶回、前額葉皮質(zhì)、島葉及杏仁核等區(qū)域[9]。此外，不同區(qū)域的鏡像神經(jīng)元具有不同功能，額下回后部、頂下小葉頭部及顳中回的鏡像神經(jīng)元可能與動(dòng)作的感知與理解有關(guān)，軀體感覺(jué)區(qū)的鏡像神經(jīng)元可能與觸覺(jué)感知有關(guān)，前扣帶回和島葉中后部的鏡像神經(jīng)元與疼痛感受及共情有關(guān)，杏仁核的鏡像神經(jīng)元可能與恐懼的感受相關(guān)[10]。

1.3 鏡像神經(jīng)元的作用機(jī)制 鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)為動(dòng)作觀察和動(dòng)作執(zhí)行之間建立了強(qiáng)有力的紐帶，有學(xué)者認(rèn)為“鏡像神經(jīng)元是人類將視覺(jué)信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)能力的基礎(chǔ)”[11]。通常，鏡像神經(jīng)元被認(rèn)為是通過(guò)一種內(nèi)部模仿機(jī)制促進(jìn)腦功能環(huán)路的重塑，人類可以通過(guò)理解和學(xué)習(xí)將運(yùn)動(dòng)信息作為動(dòng)作記憶儲(chǔ)存在大腦，動(dòng)作觀察時(shí)能夠激活儲(chǔ)存該運(yùn)動(dòng)執(zhí)行腦區(qū)類似動(dòng)作的再現(xiàn)或共振，將行為參與者與觀察者聯(lián)系起來(lái)，有利于對(duì)所觀察動(dòng)作的執(zhí)行、模仿以及模仿性的運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)[12]。進(jìn)一步研究表明[13]，這種鏡像機(jī)制是多模式的，除了能被視覺(jué)刺激激活外，當(dāng)出現(xiàn)與動(dòng)作相關(guān)的聽(tīng)覺(jué)信息時(shí)，即使事件被隱藏，也能引起鏡像神經(jīng)元的激活。

近年來(lái)，基于鏡像神經(jīng)元理論發(fā)展起來(lái)的康復(fù)策略已在臨床上廣泛應(yīng)用，如動(dòng)作觀察療法、運(yùn)動(dòng)想象療法、鏡像療法。同時(shí)也是虛擬現(xiàn)實(shí)療法以及腦-機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的重要神經(jīng)機(jī)制，其臨床療效已得到國(guó)內(nèi)外大量臨床試驗(yàn)的肯定。

2 動(dòng)作觀察療法概述

2.1 動(dòng)作觀察療法定義及康復(fù)機(jī)制 動(dòng)作觀察療法(action observation therapy，AOT)是借助視頻形式讓患者觀察、想象動(dòng)作，然后指導(dǎo)患者進(jìn)行模仿的一種康復(fù)訓(xùn)練方法[14]。一系列研究表明，動(dòng)作觀察療法是改善卒中后患者功能障礙的有效策略，但作用機(jī)制仍未完全明確，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其獲益機(jī)制主要?dú)w因于以下幾點(diǎn)：動(dòng)作觀察療法通過(guò)激活各個(gè)鏡像神經(jīng)元分布的腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路，以一種“自上而下”的方式來(lái)促進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)大腦皮層的重塑及功能重組[15]；動(dòng)作觀察療法通過(guò)提升感覺(jué)運(yùn)動(dòng)記憶神經(jīng)環(huán)路形成，影響大腦內(nèi)多巴胺的分泌來(lái)提升患者的運(yùn)動(dòng)記憶儲(chǔ)備[12, 16]；動(dòng)作觀察療法向觀察者傳達(dá)了動(dòng)作的目標(biāo)及動(dòng)作如何準(zhǔn)確執(zhí)行的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息，可以介導(dǎo)新技能的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)，提高運(yùn)動(dòng)執(zhí)行表現(xiàn)[17]；除了潛在的神經(jīng)恢復(fù)機(jī)制外，動(dòng)作觀察療可以提高患者的康復(fù)興趣和熱情，有助于患者進(jìn)行長(zhǎng)期訓(xùn)練。

2.2 動(dòng)作觀察療法的應(yīng)用形式 目前研究，動(dòng)作觀察療法的實(shí)施一般包含三個(gè)步驟，即任務(wù)說(shuō)明、動(dòng)作觀察與動(dòng)作執(zhí)行。經(jīng)典的臨床應(yīng)用形式是讓患者以舒適的狀態(tài)坐在電腦或視頻顯示器前，治療師根據(jù)患者的功能狀態(tài)和需求選擇相關(guān)視頻，如：拿水杯喝水、拿放鑰匙或肩關(guān)節(jié)外展與內(nèi)收、肘關(guān)節(jié)屈曲與伸展等目標(biāo)導(dǎo)向性運(yùn)動(dòng)或功能性運(yùn)動(dòng)[18-19]。此外，這類運(yùn)動(dòng)往往會(huì)被拆分成幾個(gè)簡(jiǎn)單分動(dòng)作，從不同角度對(duì)動(dòng)作進(jìn)行呈現(xiàn)。訓(xùn)練開(kāi)始前，給予患者正確的指導(dǎo)和說(shuō)明，提醒動(dòng)作觀察時(shí)所需注意的細(xì)節(jié)，讓患者更好的模仿。通常動(dòng)作觀察療法的療程會(huì)持續(xù)4～8周，每周治療5～6d，每天1～2次，每次治療持續(xù)20～30min。若患者滿足以下條件，可能會(huì)取得更理想的治療效果：患者意識(shí)清醒，無(wú)明顯認(rèn)知功能障礙，能理解聽(tīng)從治療師指令進(jìn)行治療；視力或矯正視力無(wú)明顯異常；患者有較好的依從性，能夠配合治療；沒(méi)有嚴(yán)重的抑郁癥或精神性疾病。因此，治療師在治療之前應(yīng)該注意評(píng)估以上癥狀，再繼續(xù)后續(xù)的治療。

3 動(dòng)作觀察療法在腦卒中的應(yīng)用

3.1 上肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù) 動(dòng)作觀察療法與其他治療方法相比，不需要個(gè)體產(chǎn)生實(shí)際的運(yùn)動(dòng)，這為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)障礙患者開(kāi)辟了新的治療思路。研究證實(shí)，動(dòng)作觀察療法對(duì)急慢性腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)有積極的影響。Ertelt等[20]首次將動(dòng)作觀察療法應(yīng)用于慢性卒中患者，結(jié)果顯示其上肢運(yùn)動(dòng)功能明顯改善，且改善效果可持續(xù)至治療結(jié)束后8周。功能磁共振成像發(fā)現(xiàn)，觀察組患者雙側(cè)腹前運(yùn)動(dòng)皮層、雙側(cè)顳上回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和對(duì)側(cè)緣上回的激活顯著增加。莊衛(wèi)生等[21]也得出類似結(jié)論，觀察組患者的重要運(yùn)動(dòng)腦區(qū)的激活體素明顯較對(duì)照組增加，說(shuō)明動(dòng)作觀察療法可促進(jìn)腦卒中患者的腦功能重組，修復(fù)受損神經(jīng)環(huán)路。姜麗等[22]要求患者仔細(xì)觀看從不同角度拍攝的肢體動(dòng)作視頻并進(jìn)行模仿，發(fā)現(xiàn)不僅能有效改善患者的上肢功能和日常生活活動(dòng)能力，也能改善患者的感覺(jué)傳導(dǎo)的通路情況。Ferrer等[23]將運(yùn)動(dòng)想象療法與動(dòng)作觀察療法進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練相比，結(jié)合運(yùn)動(dòng)想象療法或動(dòng)作觀察療法更能有效的改善手部抓握力量和前臂伸肌的肌電活動(dòng)。此外，也有研究報(bào)道[24]，動(dòng)作觀察療法亦能改善患者的上肢痙攣狀態(tài)，促進(jìn)上肢功能恢復(fù)。

3.2 下肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù) 改善腦卒中患者的平衡和行走能力是提升生活質(zhì)量的關(guān)鍵。近年來(lái)，也有學(xué)者將動(dòng)作觀察療法應(yīng)用于腦卒中患者下肢功能康復(fù)。Bang等[25]進(jìn)行一項(xiàng)雙盲隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，觀察組在常規(guī)訓(xùn)練之前觀察一段以不同速度在跑步機(jī)上行走的視頻，對(duì)照組則觀看與步態(tài)訓(xùn)練無(wú)關(guān)的自然視頻。研究發(fā)現(xiàn)，觀察組在“起立-步行”計(jì)時(shí)測(cè)試、10米步行試驗(yàn)、6分鐘步行試驗(yàn)結(jié)果以及擺動(dòng)相的膝關(guān)節(jié)屈曲角度均較對(duì)照組改善。Park等[26]讓患者進(jìn)行社區(qū)步行訓(xùn)練觀察，展現(xiàn)健康成人在不同環(huán)境下，如在平坦或崎嶇的地面、復(fù)雜和不可預(yù)測(cè)的社區(qū)以及在停車(chē)場(chǎng)和購(gòu)物中心行走的畫(huà)面。發(fā)現(xiàn)社區(qū)步行訓(xùn)練觀察不僅能有效改善患者的步行功能，還能提升患者的步行信心，提高患者對(duì)社區(qū)步行環(huán)境的適應(yīng)能力。李偉利等[27]發(fā)現(xiàn)，動(dòng)作觀察療法能夠矯正腦卒中偏癱患者足下垂癥狀，改善脛前肌肌力，增加踝關(guān)節(jié)主動(dòng)背屈角度。此外，動(dòng)作觀察療法在改善腦卒中偏癱患者平衡及姿勢(shì)控制也有顯著效果，可改善固定的步行模式以及下肢僵硬狀態(tài)[28-29]。盡管目前研究多側(cè)重于從第三者角度進(jìn)行觀察，最近Son等[30]提出，自我觀察訓(xùn)練同樣是提升自身運(yùn)動(dòng)技能的有效策略，通過(guò)自我觀察不斷識(shí)別和調(diào)整不恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)模式，對(duì)改善運(yùn)動(dòng)功能至關(guān)重要。其他類似研究也證實(shí)了動(dòng)作觀察療法在腦卒中后下肢功能恢復(fù)中產(chǎn)生的積極作用，通過(guò)觀察正常人的行走動(dòng)作可以促進(jìn)對(duì)正常行走模式進(jìn)行編碼的運(yùn)動(dòng)記憶，重新激活與行走能力相關(guān)的儲(chǔ)存的運(yùn)動(dòng)模式，從而恢復(fù)受損的運(yùn)動(dòng)能力[31-32]。

3.3 失語(yǔ)癥康復(fù) 失語(yǔ)癥是一種獲得性語(yǔ)言障礙，是腦卒中后常見(jiàn)的臨床癥狀，可不同程度地影響患者的日常交流和社會(huì)參與，損害患者的生活質(zhì)量。目前，針對(duì)失語(yǔ)癥多以“再教育”為原則，對(duì)特定的語(yǔ)言缺陷進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，但療效依舊有限[33]。鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)及其內(nèi)在特征為失語(yǔ)癥研究提供新的視角。研究表明[34]，動(dòng)作觀察會(huì)對(duì)言語(yǔ)的產(chǎn)生和理解產(chǎn)生影響，兩者產(chǎn)生之間存在有相同的大腦支配區(qū)域。從大腦功能定位上看，鏡像神經(jīng)元分布區(qū)域與言語(yǔ)表達(dá)的關(guān)鍵區(qū)域存在高度重疊，如額下回后部、顳上溝、頂下小葉(角回和緣上回)，這種重疊為動(dòng)作觀察和言語(yǔ)之間建立了重要橋梁[35]。Skipper等[36]研究發(fā)現(xiàn)，與語(yǔ)言相關(guān)的手勢(shì)會(huì)導(dǎo)致鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的激活，有助于個(gè)體從手勢(shì)中提取語(yǔ)義信息，并將信息整合到言語(yǔ)理解中。田麗等[37]在言語(yǔ)訓(xùn)練基礎(chǔ)上增加口部及手動(dòng)作觀察，發(fā)現(xiàn)可顯著改善腦卒中后非流暢性失語(yǔ)患者的語(yǔ)言功能，其協(xié)同效果優(yōu)于單純的言語(yǔ)訓(xùn)練。功能磁共振研究表明[38]，手動(dòng)作觀察可促進(jìn)重要語(yǔ)言中樞在內(nèi)的鏡像神經(jīng)元及神經(jīng)環(huán)路激活和重塑，進(jìn)而改善失語(yǔ)癥患者的語(yǔ)言功能，提升患者詞匯提取能力、自發(fā)言語(yǔ)、聽(tīng)理解、復(fù)述、命名和失語(yǔ)商，與常規(guī)訓(xùn)練相比，在促進(jìn)詞匯提取和自發(fā)言語(yǔ)方面更具優(yōu)勢(shì)。從觀察的內(nèi)容來(lái)看，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，將口部運(yùn)動(dòng)與手部運(yùn)動(dòng)結(jié)合作為觀察內(nèi)容比單純口部運(yùn)動(dòng)觀察更能改善患者的命名能力[39]，表明言語(yǔ)功能與手、手臂功能關(guān)系密切，兩者存在交織和偶聯(lián)，并存在雙向影響。

3.4 吞咽障礙康復(fù) 目前，對(duì)于鏡像神經(jīng)元的研究大多集中于手-鏡像系統(tǒng)，除了手部運(yùn)動(dòng)能激活相應(yīng)的鏡像神經(jīng)元以外，鏡像神經(jīng)元對(duì)口部運(yùn)動(dòng)的刺激也能做出響應(yīng)，當(dāng)個(gè)體在執(zhí)行或觀察與攝食功能有關(guān)的口唇活動(dòng)時(shí)也會(huì)變得活躍[40]。Ushioda等[41]利用腦磁圖來(lái)研究吞咽大腦皮層激活區(qū)域與鏡像神經(jīng)元的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)吞咽相關(guān)視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)刺激可引起與吞咽相關(guān)的大腦皮質(zhì)區(qū)對(duì)應(yīng)的鏡像神經(jīng)元激活。當(dāng)視聽(tīng)覺(jué)聯(lián)合刺激時(shí)，其潛伏期和峰值強(qiáng)度比單獨(dú)的聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)刺激更接近于實(shí)際吞咽。功能磁共振研究發(fā)現(xiàn)，吞咽相關(guān)的視聽(tīng)覺(jué)刺激能夠引起與吞咽運(yùn)動(dòng)計(jì)劃相關(guān)的大腦皮質(zhì)區(qū)域激活，如輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)、初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)以及扣帶回等[42-43]。在韓國(guó)學(xué)者的一項(xiàng)研究中[44]，觀察組患者在常規(guī)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上觀看一段正常人吃飯的電影片段，并進(jìn)行動(dòng)作模仿5min，對(duì)照組則觀看風(fēng)景視頻。結(jié)果顯示，觀察組的吞咽功能較對(duì)照組得到更好的改善。龍耀斌[45]等也得出類似結(jié)論，吞咽相關(guān)的動(dòng)作觀察能顯著改善腦卒中吞咽障礙患者的吞咽相關(guān)時(shí)間學(xué)參數(shù)，提高臨床有效率。也有研究報(bào)道，吞咽動(dòng)作觀察能顯著改善患者的洼田飲水試驗(yàn)分，觀察組口咽期時(shí)長(zhǎng)及咽期起始時(shí)間明顯比對(duì)照組短，說(shuō)明吞咽的有效性提高[46]。目前，動(dòng)作觀察療法在吞咽障礙的應(yīng)用相對(duì)較少，且觀察指標(biāo)多在吞咽行為學(xué)層面，其恢復(fù)的具體機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。

4 小結(jié)

過(guò)去十年，動(dòng)作觀察療法已作為一種替代療法或輔助療法用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)，旨在重新激活或修復(fù)受損的神經(jīng)回路，重建運(yùn)動(dòng)功能，具有應(yīng)用成本低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)明顯不良反應(yīng)、患者容易接受等優(yōu)點(diǎn)，利于在臨床應(yīng)用及推廣，同時(shí)也可作為遠(yuǎn)程康復(fù)的重要技術(shù)手段[47-48]。由于動(dòng)作觀察療法是一種集運(yùn)動(dòng)觀察、運(yùn)動(dòng)想象和運(yùn)動(dòng)模仿為一體的治療手段，通常對(duì)患者的認(rèn)知和視力有一定要求，進(jìn)而限制了該療法的應(yīng)用范圍。此外，目前動(dòng)作觀察療法的實(shí)施也缺乏一定的統(tǒng)一性和規(guī)范性，不同研究中的治療方案(如視頻內(nèi)容的設(shè)定、觀察和執(zhí)行的時(shí)間、療程、評(píng)價(jià)指標(biāo))以及納入人群不盡相同，給臨床推廣帶來(lái)一定難度。如果在循證研究的基礎(chǔ)上，提煉出一套針對(duì)不同病損引起的功能障礙、不同人群甚至不同設(shè)備來(lái)進(jìn)一步規(guī)范和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)康復(fù)方案或技術(shù)指導(dǎo)，可能會(huì)進(jìn)一步增加患者的受益范圍。目前動(dòng)作觀察療法多將電腦或手機(jī)作為輸出設(shè)備，若能與現(xiàn)代科技元素相結(jié)合，如：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、腦-機(jī)接口等技術(shù)等方式，進(jìn)一步改變視覺(jué)的呈現(xiàn)模式，強(qiáng)化患者的觀察效果，可能有益進(jìn)一步提升療效。