基于鏡像神經(jīng)元理論相關(guān)治療技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

徐倩嵐 鐘吉咪 徐守宇?

鏡像神經(jīng)元是最早偶然發(fā)現(xiàn)于猴子大腦運動前皮質(zhì)區(qū)的一類神經(jīng)元，目前已證實在人類大腦中也存在著鏡像神經(jīng)元，且與情感、認(rèn)知、運動、學(xué)習(xí)等密切相關(guān)。基于鏡像神經(jīng)元理論的相關(guān)治療技術(shù)主要包括：鏡像療法、動作觀察療法、運動想象療法、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。作為近年來新興的康復(fù)治療技術(shù)，其在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用價值及潛力越來越受到重視。本文對鏡像神經(jīng)元及其相關(guān)治療技術(shù)進(jìn)行闡述，探討近年來基于鏡像神經(jīng)元理論的治療技術(shù)在促進(jìn)肢體運動及言語功能康復(fù)方面的研究進(jìn)展。

1 鏡像神經(jīng)元概述

鏡像神經(jīng)元是20年前發(fā)現(xiàn)于獼猴大腦前運動皮層的一類神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在獼猴進(jìn)行類似抓取動作時才活躍，同時在觀察到人或其他猴子執(zhí)行相同動作時也會被激活，因此被認(rèn)為在動作執(zhí)行和行為觀察方面起著至關(guān)重要的作用，是行為理解的基礎(chǔ)。到目前為止，鏡像神經(jīng)元只能在獼猴、人類和鳴禽中找到，且在靈長類進(jìn)化過程中保持其共同特性［1］。隨著深入研究的開展，鏡像神經(jīng)元廣泛功能也被大家所認(rèn)知，除普遍認(rèn)識的運動理解、模仿外，神經(jīng)心理學(xué)家也發(fā)現(xiàn)其在感受模擬、共情、情感認(rèn)知、意向閱讀、語言習(xí)得、語言進(jìn)化、手勢交流、言語感知、語言加工、審美體驗等方面發(fā)揮作用。此外鏡像神經(jīng)元功能異常還被認(rèn)為與自閉癥、精神分裂、唐氏綜合征、煙癮、肥胖等一系列疾病密切相關(guān)［2］。

由于鏡像神經(jīng)元的獨特作用，較多研究者探討其在人大腦中的分布，但有異于猴的直接試驗，加上鏡像神經(jīng)元獨特的功能屬性，對人腦中鏡像神經(jīng)元的分布證據(jù)多是間接的，主要通過無創(chuàng)技術(shù)包括經(jīng)顱磁刺激、腦功能成像研究、肌電信號采集等獲得，同時這些技術(shù)也能夠作為相關(guān)治療的評估手段。已有大量研究表明，人腦中鏡像神經(jīng)元主要存在邊緣鏡像系統(tǒng)和頂額鏡像系統(tǒng)，前者由杏仁核、腦島、前額葉皮質(zhì)等構(gòu)成，后者由前運動皮質(zhì)、中央前回下部、Broca區(qū)、頂下小葉嘴側(cè)和額下回后部等構(gòu)成［3］。Brunner等［4］采用功能磁共振評估腦卒中后1～2周和3個月患者在觀察和執(zhí)行手部運動時的神經(jīng)元活動情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在動作觀察和執(zhí)行期間，患者的頂葉、中央前回，島葉和顳下回中觀察到神經(jīng)元的激活。在顳下回、丘腦和與運動有關(guān)的區(qū)域如運動前區(qū)，輔助運動皮層（BA4，BA6）能觀察到集中激活，此外小腦和運動前區(qū)活動增加與手臂運動功能改善相關(guān)。Chang［5］通過測量腦電圖的α和β波來評估受試者大腦皮層的激活情況，并進(jìn)行4周的鏡像療法干預(yù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在手部運動觀察期間初級運動皮層及前運動皮層均被激活。同時少量實驗還發(fā)現(xiàn)鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)具有一定的可塑性，而腦的可塑性正是腦損傷后功能恢復(fù)的基礎(chǔ)。如Mehta［6］采用重復(fù)經(jīng)顱磁刺激刺激左側(cè)額下回，觀察鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)在有目的性的和單調(diào)的運動觀察期間能否激活運動系統(tǒng)反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)重復(fù)經(jīng)顱磁刺激刺激能夠適應(yīng)性調(diào)節(jié)鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的特性。

2 鏡像神經(jīng)元相關(guān)技術(shù)在運動功能康復(fù)中的作用

在康復(fù)醫(yī)學(xué)中運動功能的康復(fù)一直是人們關(guān)注的焦點，對于鏡像神經(jīng)元相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用也多集中于腦卒中等腦損傷相關(guān)疾病中。由于上肢功能障礙對于較多日常生活活動的執(zhí)行非常不利［7］，同時手部運動又與鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的激活密切相關(guān)，因此諸多研究［8］均表明鏡像神經(jīng)元相關(guān)技術(shù)能夠改善腦卒中患者上肢運動功能。在促進(jìn)康復(fù)的主要變量中，鏡像療法在促進(jìn)急性和慢性卒中患者上肢功能恢復(fù)方面比常規(guī)康復(fù)更有效［9］。同時與常規(guī)治療比較，鏡像療法及功能電刺激均能改善亞急性腦卒中患者的上肢功能，同時在改善患者手部技巧性運動方面鏡像療法比功能性電刺激更有助益［10］。還有研究將功能性電刺激與鏡像療法相結(jié)合發(fā)現(xiàn)其對于非常嚴(yán)重的上肢功能障礙的急性中風(fēng)后患者是非常有益的［11］。也有研究將鏡像療法與其他治療技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用。Arya等［12］發(fā)現(xiàn)任務(wù)導(dǎo)向下的鏡像療法有利于偏癱患者上肢靈活性，協(xié)調(diào)性和力量的提高。運動想象療法與鏡像療法也進(jìn)行了對比研究，發(fā)現(xiàn)與主動運動相比，在屈腕運動中，運動想象與鏡像療法能夠誘發(fā)更強的肌電活動且兩者之間無顯著差異［13］。

對于傳統(tǒng)的鏡像療法，有研究［14］認(rèn)為在治療過程中通過觀察健側(cè)手的運動可以激活感覺運動皮層促進(jìn)患側(cè)肢體功能恢復(fù)，但在此過程中患側(cè)肢體并未運動，因此設(shè)計了鏡像機器人系統(tǒng)，在進(jìn)行鏡像運動觀察的同時通過機械外骨架帶動患肢的同步運動來增加本體感覺的輸入，2周后患者的上肢痙攣狀態(tài)及運動模式均得以改善。除改善上肢運動功能外，也有部分研究對鏡像療法、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等在改善腦卒中患者下肢功能方面的作用進(jìn)行了研究。Arya等［15］認(rèn)為基于運動的鏡像療法有助于患者下肢運動功能恢復(fù)，改善慢性卒中偏癱患者的步態(tài)，且Lee等［16］研究發(fā)現(xiàn)動作觀察訓(xùn)練和鏡像療法均能夠提高腦卒中患者的平衡功能，改善步態(tài)。此外與促進(jìn)上肢功能恢復(fù)的研究結(jié)果類似，結(jié)合鏡像療法和神經(jīng)肌肉電刺激的治療能夠增強患者下肢肌力、減少卒中患者足下垂的痙攣狀態(tài)，改善患者平衡功能及步行能力［17-18］。而對于慢性卒中患者，采用基于鏡像療法的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和常規(guī)康復(fù)治療方案比較，在改善患者下肢功能方面也可能更為有利［19］。

除對上肢及下肢運動功能恢復(fù)的研究外，還有部分研究對其他運動功能的康復(fù)也進(jìn)行探討。Miura等［20］對一例10年前丘腦出血后出現(xiàn)不自主運動的患者采用重復(fù)促進(jìn)性訓(xùn)練、任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練及藥物治療后無法改善的情況下進(jìn)行鏡像療法干預(yù)，患者的不自主運動明顯減少，且功能性活動較前改善。另一項研究［21］也發(fā)現(xiàn)鏡像療法能夠改善面部運動，可作為治療中風(fēng)后中樞性面癱的有效方法。因此可以預(yù)見鏡像神經(jīng)元相關(guān)治療技術(shù)在促進(jìn)肢體功能恢復(fù)方面還有著更為廣泛的應(yīng)用，目前的相關(guān)研究也有待進(jìn)一步拓展。

3 鏡像神經(jīng)元相關(guān)技術(shù)在言語功能康復(fù)中的作用

既往對于鏡像神經(jīng)元理論相關(guān)治療技術(shù)的研究多集中在促進(jìn)肢體運動功能恢復(fù)方面，對于改善患者言語功能恢復(fù)的關(guān)注及相關(guān)研究較少。而有研究表明語言和應(yīng)用的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)在左側(cè)額葉和頂葉有著驚人的重疊，左半球卒中后失語癥和失用癥的發(fā)生率非常相似，均占40%［22］，而鏡像神經(jīng)元的主要特性是在觀察手和唇部運動與執(zhí)行相同或相似運動時的反應(yīng)一致。因此有理由相信鏡像神經(jīng)元理論相關(guān)技術(shù)在改善肢體運動功能的同時對于言語功能的恢復(fù)也有一定的作用，且手或唇部運動的執(zhí)行或觀察在言語功能康復(fù)中有著特定的作用。

認(rèn)知理論認(rèn)為語言的理解涉及行為表達(dá)中感知-運動的反復(fù)推演。Moody-Triantis［23］通過功能磁共振成像研究發(fā)現(xiàn)，語言誘導(dǎo)的活動與初級軀體感覺及運動皮層的手運動執(zhí)行具體表現(xiàn)模式并不一致，但與運動計劃相關(guān)的運動前區(qū)和頂葉區(qū)重疊，且在運動前區(qū)中，右手動作和指令引發(fā)的活動比左手更明顯。這表明語言理解引發(fā)了針對特定手勢的運動推演，類似于多模式的運動計劃而不是全部的運動重現(xiàn)，語言理解和運動執(zhí)行與優(yōu)勢手的具體表現(xiàn)一致，且與既往的運動體驗相關(guān)。Snyder等［24］通過研究發(fā)現(xiàn)手的運動能夠增強口吃患者語言的流暢性，由此可見手的運動與語言的理解甚至表達(dá)密切相關(guān)。

目前動作觀察療法在促進(jìn)言語功能恢復(fù)方面的作用已被多項研究證實。一項以無聲視頻的形式為患者提供代表正確發(fā)音的目標(biāo)詞的唇部運動的研究發(fā)現(xiàn)，無聲的視覺運動提示確實有助于單詞檢索和口語表達(dá)，并可能有益于慢性Broca失語患者的詞匯再學(xué)習(xí)［25］。Grechuta等［26］也發(fā)現(xiàn)對于指令動作進(jìn)行系統(tǒng)的重復(fù)的動作觀察訓(xùn)練有利于提高非流暢性失語的恢復(fù)。在非流暢性失語患者行為觀察訓(xùn)練前后進(jìn)行靜息態(tài)fMRI檢測發(fā)現(xiàn)右側(cè)感覺運動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了功能連接性的顯著變化，并伴隨著真實語境中不同語言單元的顯著改善，相反在主題詞語境中獲得的言語恢復(fù)并沒有相匹配的功能性改變［27］。這表明真實語境環(huán)境行為觀察可能更有利于非流暢性失語的康復(fù)。國內(nèi)相關(guān)研究［28］也發(fā)現(xiàn)基于鏡像神經(jīng)元理論的動作觀察療法聯(lián)合常規(guī)語言康復(fù)訓(xùn)練可顯著改善腦卒中后非流暢性失語患者的語言功能。以上研究均表明對于手或唇部的動作觀察療法能夠改善非流暢性失語患者的言語功能，但對于流暢性失語的相關(guān)研究未見報道。

除動作觀察療法外，運動想象療法也能夠促進(jìn)言語功能的恢復(fù)，Marshall等［29］發(fā)現(xiàn)在特定的專注冥想后，患者言語的流暢性能夠出現(xiàn)即刻的改善，此外有學(xué)者也對語言功能區(qū)與鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)間的關(guān)系提出質(zhì)疑，如Cerri［30］通過神經(jīng)影像學(xué)和術(shù)中神經(jīng)生理學(xué)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)Broca區(qū)較少參與到行為觀察中，同時在手和發(fā)聲肌肉也沒有運動的輸出，這表明鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)可能涉及語言的表達(dá)而不是語義成分。但目前類似的研究較為缺乏，同時其他基于鏡像神經(jīng)元理論的相關(guān)治療技術(shù)在言語功能康復(fù)中的應(yīng)用研究還有待進(jìn)一步開展。

4 展望

鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)及相關(guān)治療技術(shù)的發(fā)展給康復(fù)醫(yī)學(xué)帶來新的機遇與挑戰(zhàn)，鏡像療法等技術(shù)應(yīng)用成本低、操作簡單、無明顯不良反應(yīng)等優(yōu)點有利于其在臨床中的應(yīng)用與推廣，但在繼續(xù)豐富對肢體運動功能和言語功能的研究同時，基于鏡像神經(jīng)元理論的相關(guān)治療技術(shù)還需要與現(xiàn)代科技元素相結(jié)合，如增強現(xiàn)實技術(shù)、輔助機器人技術(shù)等，同時其在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范疇還有待拓展。