基于運動想象療法的神經機制在腦卒中后運動功能障礙中的研究進展

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治療，但即使在完成規范的康復治療之后，仍有50%～60%的卒中患者會遺留不同程度的運動障礙，由于嚴重偏癱的患者通常患肢沒有動作輸出，因此，基于常規運動訓練的療法不適用此類患者。在這種局限性條件下衍生出運動想象療法(Motor imagery therapy,MIT)這種康復治療技術。MIT是建立在腦功能重塑理論基礎上的一種康復治療手段，雖然MIT的基本操作簡單，只需要反復運動想象(Motor imagery,MI)，而無需任何肌肉活動，但實施效果參差不一。通過功能影像學和神經電生理技術等腦認知科學的研究發現，病變類型及部位對MI的實施結果有重大影響。目前，關于MI在卒中后運動功能康復中的機制仍缺乏詳細的研究，因此，本綜述的目的是系統闡述腦卒中后運動功能的神經恢復機制。

1 MI的概念

Hossack早在1950年提出心理意象的概念，自20世紀90年代開始，MI開始應用于腦卒中患者[1]。MI指無任何動作輸出的想象動作的執行，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、想象架構等，其中想象架構包含符號學習和心理神經肌肉理論，一般認為心理神經肌肉理論的解釋最為有力[2]。心理神經肌肉理論是基于存儲于人體中樞神經系統中的運動計劃或運動“流程圖”，若實際活動時所涉及的運動“流程圖”和在MI時所涉及的“流程圖”是相同的，則可通過MI強化完善這一“流程圖”。有研究顯示[1]，MI時與運動執行時大部分腦功能激活區相似，初級運動區、基底核和小腦與實際執行該活動時激活的部位相同。由于卒中患者往往不能進行特定的動作，但如果卒中患者具有足夠的認知能力來理解和執行MI任務指示，MI將成為“重新學習”如何執行患者動作的有效有段。

假設運動控制系統中的信號傳導可分為4個階段：①運動中樞產生運動信號，②運動信號在神經纖維中傳導，③運動信號激活并作用于相應的肌肉，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。這種信號流構成運動感覺傳導閉環在運動的傳出階段，獲得關于運動的潛在信息，但是明確排除了運動輸出。運動指令之前有一個準備階段，機體在允許運動之前等待提示。MI對應于潛在的運動體征的神經激活，并且被認為在功能上等同于運動控制的計劃與準備階段(但不是執行階段)[3]。這表明MI與實際運動的執行是通過類似的過程產生的[4]，并且涉及相似的大腦結構。

已有研究表明執行實際運動和MI時出現重疊的腦功能活動區，但兩者各有優勢功能活動區，即實際運動的優勢功能活動區位于初級感覺運動皮層、頂島蓋區、小腦前部(MI時幾乎無功能活動)以及運動前區后部和5區(MI時有輕度或中度功能活動)；而MI的優勢功能活動區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域類似，因此神經運動環路受損后，可同時導致實際運動和MI能力的損害[5]。現階段運動想象能力的評估主要有3個實用量表，包括運動想象問卷、運動想象清晰度問卷(即運動想象問卷修訂版)、動覺和視覺運動想象問卷；部分學者提出也可采用生理指標如前額肌電值、心率、手指皮膚肌電值、手掌心溫度、指端血容波幅等監測想象過程[6]。

2 MI相關的神經機制

大量的神經影像學檢查已證明，在MI任務期間激活的皮層和皮層下區域與實際運動執行中所涉及的區域基本重疊。我們簡要回顧卒中后MI對大腦相關區域的影響以及卒中后相關的神經恢復機制，以幫助提高臨床對MI的理解。

2.1 小腦和基底節區 通常，初級運動皮質(Primary motor cortex,M1)、輔助運動區(Supplementary motor area,SMA)以及運動前區(Premotor cortex,PMC)被認為是與運動控制相關的大腦皮質[7]，這些區域與小腦和基底節區密切聯系，形成廣泛的運動反饋環路系統。這些環路系統之間的調節、反饋以及控制，一直被認為是小腦的主要功能。2006年Battaglia 等[8]在一項針對8例單側小腦卒中的經顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)的研究中表明，小腦后下動脈供血區缺血使運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誘導的傳出信號到達延髓和骨骼肌水平實現。除了小腦外，MI已被證明可以影響皮層下運動區域，如基底節區。早有研究表明，基底神經節損傷，特別是殼核的損傷可能會對MI能力產生負面影響[10]。2011年Heremans 等[11]的研究表明帕金森(PD)患者MI能力降低，雖然PD患者黑質功能上不等同于卒中引起的基底節區損傷，但這些研究亦表明了基底神經節在MI中的重要性。

2.2 運動前區、輔助運動區以及前額葉區 MI誘導的腦區激活通常涉及運動前區(PMC)和輔助運動區(SMA)，此兩個腦區的激活最常見于MI過程。大量的研究表明，PMC和SMA在運動的設計、準備、執行階段起著關鍵的作用[12]。一些研究發現，MI對SMA激活部位與實際運動執行部位區域部分重疊，這意味著，SMA的部分區域在MI中發揮著特定作用。2012年Olsson 等[13]的一項關于腦磁圖(Magnetoencephalography,MEG)的研究表明，SMA的部分神經元抑制MI活動，從而阻止運動的執行。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，在執行MI任務和實際運動過程中，SMA抑制MI任務，但是，SMA并不影響實際運動的執行[14]。MI和運動執行在PMC中也發現有重疊區域，尤其是PMC背側(PMCd)部分區域，已被證實在MI中被激活，并被認為是MI和運動執行的基礎。盡管有關PMC(PMCv)腹側部的報道存在差異，但是早在1995年的一項研究中已表明，MI和運動執行過程中存在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在運動動作計劃、準備、執行階段起著關鍵作用，PMCd與神經沖動的控制有關，它被認為限制了早期的運動啟動反應，并且可能是MI與運動執行之間差異的一個關鍵因素[16]。此外，在一項關于截肢患者的MI研究中發現，相比于運動執行，PMCd在MI中更為明顯的被激活[17]。在一些神經影像學研究中發現，前額葉的認知區域在MI也起著重要作用。盡管前額葉區域被認為與認知過程相關。但一些研究證實，前額葉腹側和扣帶回在運動準備階段對運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任務中的作用發現，其與對熟悉或者陌生的物體的認識、想象力的出現、肌肉的同心或者離心收縮有關[18]。在卒中患者中，前額葉損傷可能會影響MI任務中想象的生動性[16]。然而，卒中患者中前額葉皮質與MI的關系應該做進一步探討，以明確前額葉認知區域在MI過程中的特異性。

2.3 初級運動皮層(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任務期間M1激活被認為同其在運動執行過程中被激活相比是次要的，關于M1在MI任務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任務期間激活了M1，而另外一些沒有。然而，最近的研究已經堅定的支持，M1在MI任務期間被激活的觀點[19]。盡管，M1在促進肌肉收縮的方面的作用機制并不十分清楚，但是在卒中后存在殘余運動功能的患者中，MI任務中M1的激活可能有助于運動模式的“再學習”。的確，Szameitat等[20]得出的結論是，由于MI有激活M1的能力，所以MI是卒中后運動障礙患者康復訓練最有效的方法。然而，一個小樣本量的研究顯示，對病程至少已經8個月的患者，MI似乎不會顯著激活同側的M1區(即病灶側的M1)，表明MI在直接促進運動輸出方面的作用是有限的[21]。相反，2009年Sharma等[19]在一項關于fMRI研究中顯示，在基于MI的手指-拇指對指任務中，M1區域明確被激活。雖然，M1在MI任務過程中是激活的，但是運動過程仍然是無序的，因為通常累及雙側M1及PMCd區。因此，該研究得出的結論認為，在運動功能嚴重受損的患者中，M1及相關運動皮層更易受MI影響。

最近，有研究使用靜息態fMRI的方法對卒中偏癱患者的同側M1與整個大腦之間的連接進行了研究，正如所預期的一樣，卒中改變了運動通路的功能連接(與健康對照相比)。Zhang等[22]的研究顯示，在常規康復治療之后進行MI訓練，雙側的M1之間的功能連接會增強，同側的M1和同側的SMA之間的功能連接減少，盡管缺少對照組，該研究發現MI訓練后運動功能連接改變與Fugl Meyer 評分之間存在顯著相關性，表明功能恢復可能受益于MI。顯然，需要進一步的研究來明確MI任務在M1激活中的作用。

2.4 頂葉皮層 頂葉皮層在整合感覺和運動執行過程中起著重要作用，并且有強烈證據表明頂葉皮層受MI影響，雖然在MI和實際運動過程中頂葉區域都被激活，但2000年的一項關于fMRI的研究顯示，在真實和想象的手部運動過程中，頂葉皮質區域的激活是有區別的[23]。在最近的一項研究中發現，后頂葉皮層(posterior parietal cortex，PPC)在MI期間比實際運動過程中更活躍[17]。此外，許多神經影像學研究已經證實，MI誘導的PPC的激活，PPC損傷后MI功能缺陷。諸如，頂下小葉、頂上小葉、邊緣回區域也涉及MI任務[24]。一項2006年的研究強調了完整的頂葉結構對MI任務實施的重要性，頂葉損傷的受試者在MI任務的能力受損亦最嚴重[11]。

3 MI在卒中后運動功能康復中的作用

3.1 上肢訓練 常規的康復治療技術如Bobath技術、Rood技術、PNF技術等在腦卒中偏癱患者的下肢運動功能康復中效果顯著，但是在上肢的運動功能康復過程中的效果并不明顯，尤其是BrunnstromIII期患者。而MI通過運動神經元和運動皮層中已經存儲的“運動模式”反復訓練，激活大腦皮層中此類運動的特定區域，實現對動作技巧的的理解和學習，從而達到提高患者上肢運動能力的目的[25]。最新的研究主要集中于MI與其他類型的康復治療技術相結合，以獲得最佳的功能恢復。Kim等[26]對卒中患者采用以MI為基礎的康復治療與物理運動相結合的方法，得出其對上肢運動功能的恢復有益處。此外，曹克勇等[27]對卒中恢復期的研究發現，MI與改良的鏡像療法結合時，更利于上肢的恢復，另一項研究發現，MI與鏡像視覺反饋療法相結合，可以促進上肢功能的恢復[28]。Page等[29]的研究發現，MI與傳統物理療法、任務導向訓練、CIMT結合時，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訓練療程結束后，仍將持續3個月以上。總而言之，這些研究結果都表明，以MI為基礎的康復治療方案與各種常規治療聯合使用時對卒中的康復是有益的，盡管目前尚未制定出最佳的治療方案。雖然，以MI為基礎的研究越來越熱門，但是關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，來證明其最佳有效時間，結果發現60 min MI組的康復效果顯著。但是，一項大樣本的隨機對照試驗顯示，在卒中后6個月內的患者未能得出相應的結論[30]。然而，Cochrane[31]的研究表明，臨床醫生可能會使用MIT提高卒中后上肢的功能，只是因為沒有更多的證據闡明MI的副作用或者不利作用。

3.2 下肢訓練 腦卒中后肢體肌力、肌張力、運動模式異常、肌群不能協調等導致患者下肢運動功能下降，究其原因為腦部產生神經沖動的神經元或神經傳導通路受損，對下級運動神經元的調控出現障礙[32]。大量的康復治療可通過大腦皮質功能重組、軸突發芽、樹突再生、改變突觸傳遞效率等途徑促進機體腦功能重塑。而MI通過在大腦中反復想象某種動作或情境，可誘發和增強來自外周感受器的感覺信息輸入以及來自大腦中樞神經沖動信息傳出，促進潛伏神經傳導通路及休眠突觸活化，加速神經系統重塑及功能重組，降低腦卒中神經功能殘損程度。大量的研究支持將MI應用于步態恢復中。2008年，Dunsky等[33]對腦卒中患者進行步行MI訓練，結果顯示治療后患者步行速度、跨步長、步頻明顯提高，患側肢體單支撐期延長而雙支撐期縮短。2016年，徐立偉等[34]研究發現強化MI可改善腦卒中偏癱患者下肢步行和生活能力。就像以MI為基礎的上肢研究一樣，近年來的研究集中于將MI與其他康復治療技術結合使用，以達到最大限度的恢復。2015年Bae等[35]的一項研究中將MI與常規的平衡訓練相結合發現，與常規的平衡訓練相比，平衡訓練結合MI能明顯的改善步行功能。2016年Kumar 等[36]動態研究了卒中后偏癱患者MI訓練對其肌力和步態恢復的影響，實驗組患者除了任務導向訓練外每天接受30 min 的基于MI的下肢肌力訓練，結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，在其后的6周隨訪中，MI訓練對步行能力的影響持續存在。

4 結論及展望

近十年來，一些新的康復治療技術已經逐漸應用于臨床，如強迫性運動療法、機器人輔助治療、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用，而MIT不需要特殊設備、場地、入選標準低、不依賴于患者的殘存能力又與患者的主動運動相關，相對于傳統的卒中后康復，MI在有效性、無創性及經濟適用性方面存在明顯的優勢。在得到一些指導后，患者可以在家進行訓練。此外，MI可用于卒中康復的各個階段，即使在弛緩性癱瘓狀態下，患者也可以開始訓練[37]。

盡管國內外研究都證明MIT能改善腦卒中患者的運動功能，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、干預持續的時間及頻率、MI訓練內容等方面尚未形成統一規范的模式，對腦卒中運動康復工作的臨床指導意義比較局限。因此，仍需要更多規范的、科學的、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。