基于鏡像神經(jīng)元理論的動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

腦卒中是常見的全球健康問題，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā)率等特點，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，如運動、言語、認(rèn)知、吞咽障礙等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。近年來，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)前運動皮層(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運動神經(jīng)元，在個體執(zhí)行特定動作及觀察其他個體執(zhí)行類似動作時都會興奮，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)動作感知和動作執(zhí)行功能，為觀察者提供內(nèi)在的識別體驗[4]。越來越多的證據(jù)表明，“觀察-執(zhí)行匹配機(jī)制”在動作理解，動作模仿，運動想象和運動學(xué)習(xí)及其他的重要神經(jīng)生理過程中起著重要作用[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^察的動作和自己執(zhí)行的動作進(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)，前者主要由前運動皮質(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)元可能與動作的感知與理解有關(guān)，軀體感覺區(qū)的鏡像神經(jīng)元可能與觸覺感知有關(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)為動作觀察和動作執(zhí)行之間建立了強有力的紐帶，有學(xué)者認(rèn)為“鏡像神經(jīng)元是人類將視覺信息轉(zhuǎn)化為知識能力的基礎(chǔ)”[11]。通常，鏡像神經(jīng)元被認(rèn)為是通過一種內(nèi)部模仿機(jī)制促進(jìn)腦功能環(huán)路的重塑，人類可以通過理解和學(xué)習(xí)將運動信息作為動作記憶儲存在大腦，動作觀察時能夠激活儲存該運動執(zhí)行腦區(qū)類似動作的再現(xiàn)或共振，將行為參與者與觀察者聯(lián)系起來，有利于對所觀察動作的執(zhí)行、模仿以及模仿性的運動技能學(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，除了能被視覺刺激激活外，當(dāng)出現(xiàn)與動作相關(guān)的聽覺信息時，即使事件被隱藏，也能引起鏡像神經(jīng)元的激活。

近年來，基于鏡像神經(jīng)元理論發(fā)展起來的康復(fù)策略已在臨床上廣泛應(yīng)用，如動作觀察療法、運動想象療法、鏡像療法。同時也是虛擬現(xiàn)實療法以及腦-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內(nèi)外大量臨床試驗的肯定。

2 動作觀察療法概述

2.1 動作觀察療法定義及康復(fù)機(jī)制 動作觀察療法(action observation therapy，AOT)是借助視頻形式讓患者觀察、想象動作，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)制主要歸因于以下幾點：動作觀察療法通過激活各個鏡像神經(jīng)元分布的腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路，以一種“自上而下”的方式來促進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)大腦皮層的重塑及功能重組[15]；動作觀察療法通過提升感覺運動記憶神經(jīng)環(huán)路形成，影響大腦內(nèi)多巴胺的分泌來提升患者的運動記憶儲備[12, 16]；動作觀察療法向觀察者傳達(dá)了動作的目標(biāo)及動作如何準(zhǔn)確執(zhí)行的視覺運動和感覺運動信息，可以介導(dǎo)新技能的運動學(xué)習(xí)，提高運動執(zhí)行表現(xiàn)[17]；除了潛在的神經(jīng)恢復(fù)機(jī)制外，動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)行長期訓(xùn)練。

2.2 動作觀察療法的應(yīng)用形式 目前研究，動作觀察療法的實施一般包含三個步驟，即任務(wù)說明、動作觀察與動作執(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)向性運動或功能性運動[18-19]。此外，這類運動往往會被拆分成幾個簡單分動作，從不同角度對動作進(jìn)行呈現(xiàn)。訓(xùn)練開始前，給予患者正確的指導(dǎo)和說明，提醒動作觀察時所需注意的細(xì)節(jié)，讓患者更好的模仿。通常動作觀察療法的療程會持續(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，可能會取得更理想的治療效果：患者意識清醒，無明顯認(rèn)知功能障礙，能理解聽從治療師指令進(jìn)行治療；視力或矯正視力無明顯異常；患者有較好的依從性，能夠配合治療；沒有嚴(yán)重的抑郁癥或精神性疾病。因此，治療師在治療之前應(yīng)該注意評估以上癥狀，再繼續(xù)后續(xù)的治療。

3 動作觀察療法在腦卒中的應(yīng)用

3.1 上肢運動功能康復(fù) 動作觀察療法與其他治療方法相比，不需要個體產(chǎn)生實際的運動，這為主動運動障礙患者開辟了新的治療思路。研究證實，動作觀察療法對急慢性腦卒中患者運動功能的恢復(fù)有積極的影響。Ertelt等[20]首次將動作觀察療法應(yīng)用于慢性卒中患者，結(jié)果顯示其上肢運動功能明顯改善，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)腹前運動皮層、雙側(cè)顳上回、輔助運動區(qū)和對側(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動腦區(qū)的激活體素明顯較對照組增加，說明動作觀察療法可促進(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能力，也能改善患者的感覺傳導(dǎo)的通路情況。Ferrer等[23]將運動想象療法與動作觀察療法進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練相比，結(jié)合運動想象療法或動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。此外，也有研究報道[24]，動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 下肢運動功能康復(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，也有學(xué)者將動作觀察療法應(yīng)用于腦卒中患者下肢功能康復(fù)。Bang等[25]進(jìn)行一項雙盲隨機(jī)對照試驗，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，對照組則觀看與步態(tài)訓(xùn)練無關(guān)的自然視頻。研究發(fā)現(xiàn)，觀察組在“起立-步行”計時測試、10米步行試驗、6分鐘步行試驗結(jié)果以及擺動相的膝關(guān)節(jié)屈曲角度均較對照組改善。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)測的社區(qū)以及在停車場和購物中心行走的畫面。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，提高患者對社區(qū)步行環(huán)境的適應(yīng)能力。李偉利等[27]發(fā)現(xiàn)，動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)主動背屈角度。此外，動作觀察療法在改善腦卒中偏癱患者平衡及姿勢控制也有顯著效果，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動技能的有效策略，通過自我觀察不斷識別和調(diào)整不恰當(dāng)?shù)倪\動模式，對改善運動功能至關(guān)重要。其他類似研究也證實了動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，通過觀察正常人的行走動作可以促進(jìn)對正常行走模式進(jìn)行編碼的運動記憶，重新激活與行走能力相關(guān)的儲存的運動模式，從而恢復(fù)受損的運動能力[31-32]。

3.3 失語癥康復(fù) 失語癥是一種獲得性語言障礙，是腦卒中后常見的臨床癥狀，可不同程度地影響患者的日常交流和社會參與，損害患者的生活質(zhì)量。目前，針對失語癥多以“再教育”為原則，對特定的語言缺陷進(jìn)行強化訓(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)在特征為失語癥研究提供新的視角。研究表明[34]，動作觀察會對言語的產(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)，這種重疊為動作觀察和言語之間建立了重要橋梁[35]。Skipper等[36]研究發(fā)現(xiàn)，與語言相關(guān)的手勢會導(dǎo)致鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的激活，有助于個體從手勢中提取語義信息，并將信息整合到言語理解中。田麗等[37]在言語訓(xùn)練基礎(chǔ)上增加口部及手動作觀察，發(fā)現(xiàn)可顯著改善腦卒中后非流暢性失語患者的語言功能，其協(xié)同效果優(yōu)于單純的言語訓(xùn)練。功能磁共振研究表明[38]，手動作觀察可促進(jìn)重要語言中樞在內(nèi)的鏡像神經(jīng)元及神經(jīng)環(huán)路激活和重塑，進(jìn)而改善失語癥患者的語言功能，提升患者詞匯提取能力、自發(fā)言語、聽理解、復(fù)述、命名和失語商，與常規(guī)訓(xùn)練相比，在促進(jìn)詞匯提取和自發(fā)言語方面更具優(yōu)勢。從觀察的內(nèi)容來看，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，將口部運動與手部運動結(jié)合作為觀察內(nèi)容比單純口部運動觀察更能改善患者的命名能力[39]，表明言語功能與手、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)，除了手部運動能激活相應(yīng)的鏡像神經(jīng)元以外，鏡像神經(jīng)元對口部運動的刺激也能做出響應(yīng)，當(dāng)個體在執(zhí)行或觀察與攝食功能有關(guān)的口唇活動時也會變得活躍[40]。Ushioda等[41]利用腦磁圖來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)視覺或聽覺刺激可引起與吞咽相關(guān)的大腦皮質(zhì)區(qū)對應(yīng)的鏡像神經(jīng)元激活。當(dāng)視聽覺聯(lián)合刺激時，其潛伏期和峰值強度比單獨的聽覺或視覺刺激更接近于實際吞咽。功能磁共振研究發(fā)現(xiàn)，吞咽相關(guān)的視聽覺刺激能夠引起與吞咽運動計劃相關(guān)的大腦皮質(zhì)區(qū)域激活，如輔助運動區(qū)、運動前區(qū)、初級運動區(qū)以及扣帶回等[42-43]。在韓國學(xué)者的一項研究中[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)行動作模仿5min，對照組則觀看風(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)的動作觀察能顯著改善腦卒中吞咽障礙患者的吞咽相關(guān)時間學(xué)參數(shù)，提高臨床有效率。也有研究報道，吞咽動作觀察能顯著改善患者的洼田飲水試驗分，觀察組口咽期時長及咽期起始時間明顯比對照組短，說明吞咽的有效性提高[46]。目前，動作觀察療法在吞咽障礙的應(yīng)用相對較少，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)

過去十年，動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，重建運動功能，具有應(yīng)用成本低、操作簡單、無明顯不良反應(yīng)、患者容易接受等優(yōu)點，利于在臨床應(yīng)用及推廣，同時也可作為遠(yuǎn)程康復(fù)的重要技術(shù)手段[47-48]。由于動作觀察療法是一種集運動觀察、運動想象和運動模仿為一體的治療手段，通常對患者的認(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，目前動作觀察療法的實施也缺乏一定的統(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)行的時間、療程、評價指標(biāo))以及納入人群不盡相同，給臨床推廣帶來一定難度。如果在循證研究的基礎(chǔ)上，提煉出一套針對不同病損引起的功能障礙、不同人群甚至不同設(shè)備來進(jìn)一步規(guī)范和實施標(biāo)準(zhǔn)康復(fù)方案或技術(shù)指導(dǎo)，可能會進(jìn)一步增加患者的受益范圍。目前動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)實技術(shù)、腦-機(jī)接口等技術(shù)等方式，進(jìn)一步改變視覺的呈現(xiàn)模式，強化患者的觀察效果，可能有益進(jìn)一步提升療效。