基于脑重塑的手功能康复进展

黄文柱 严文 王志军 朱凡特 孟红旗 保颖怡

[摘要] 手功能康复除传统康复治疗及作业治疗外，涌现出了脑机接口、功能性电刺激、生物反馈疗法、经颅磁刺激、镜像疗法、运动想象、机器人等新技术，这些新技术的康复机制在于建立及恢复与大脑皮质的重塑。中枢神经系统受损后，手功能的康复是上肢康复的关键，手功能恢复过程实际上是大脑功能的重塑过程。手功能康复应尽早进行不同的个性化的康复治疗，使患者尽早重返社会。

[关键词] 手功能康复;脑重塑;脑机接口;经颅磁刺激;镜像疗法

[中图分类号] R49          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）09（b）-0037-04

Progress of hand function rehabilitation in brain remodeling

HUANG Wenzhu1   YAN Wen1   WANG Zhijun1   ZHU Fante2   MENG Hongqi2   BAO Yinyi2

1.Department of Rehabilitation， the Fifth Foshan Hospital Affiliated to Foshan University of Science and Technology， Guangdong Province， Foshan   528211， China; 2.Department of Rehabilitation， Medical Engineering College Affiliated to Foshan University of Science and Technology， Guangdong Province， Foshan   528000， China

[Abstract] In addition to traditional rehabilitation and occupational therapy， new technologies such as brain-computer interface， functional electrical stimulation， biofeedback therapy， transcranial magnetic stimulation， mirror therapy， movement imaging and robotics have emerged. The rehabilitation mechanism of these new technologies lies in establishment and recovery with the cerebral cortex remodeling. Rehabilitation of hand function is the key to upper limb rehabilitation after central nervous system damage. The process of hand function recovery is actually a process of remodeling brain function. Rehabilitation of hand function should be carried out as soon as possible with different personalized rehabilitation， so that patients can return to society as soon as possible.

[Key words] Hand function rehabilitation; Brain remodeling; Brain-computer interface; Transcranial magnetic stimulation; Mirror therapy

近年来，手功能康复除传统康复治疗及作业治疗的一些手段外，手功能障碍治疗也取得了长足的进步，涌现出了脑机接口、功能性电刺激、生物反馈疗法、经颅电刺激、镜像疗法、运动想象、机器人等一大批优秀新技术的代表[1]。这些新技术的康复机制在于使脑损伤部位的细胞迁移，轴突与树突的发芽、再生，脑损伤周边区域的重建与重构，损伤的皮质脊髓束运动通路建立及恢复与大脑皮质的重塑[2]。这些新技术旨在通过多方面的协作治疗，使患者的手功能康复质量得到提升。

1 脑机接口技术

临床手功能康复的脑机接口技术是基于运动想象的脑机接口，是指将人向电脑输入信息的计算机终端相连接，属于非侵入性脑机接口，机的元素是机体、显示器与控制器，通过控制器将其输出信息转变为机械的输入信息[3];好的脑机接口界面简洁、美观及信息丰富，操作既简便又富有引导性，患者在使用时能够興趣饱满，轻松愉快[4]。人的元素是手的运动，手的运动与感觉操控是利用患者脑机接口直接神经信息输出，然后反馈到周围神经与中枢神经器官、感受器及大脑的中枢神经系统，大脑的可塑性在于通过反馈信息如奖赏等得到加强。经系统之间的“反射环路”，依托脑机接口直接干预大脑的神经中枢，可进一步激活大脑神经细胞，从而使患者大脑皮质重塑[5]。Hatem等[6]研究认为，通过脑机接口的训练，脑卒中患者同侧病灶大脑代偿功能得到恢复，手的运动功能得到提高，功能性磁共振成像显示大脑皮质重塑。Song等[7]对脑卒中患者进行强化手指康复训练，经过4周脑机接口手功能康复训练后，治疗组患者的手运动功能增加，被动屈伸运动的腕关节对侧皮质区较治疗前激活体积更大、强度更高，而对照组未经康复训练的皮质区改变不明显。

2 经颅磁刺激技术

经颅磁刺激技术是利用脉冲磁场作用于大脑的中枢神经系统，磁场通过感应场再激发生物体内的磁场变化，使生物体内组织产生电场和電流[8]。当电流超过生物组织内的电位阈值时，皮质神经细胞的膜电位被改变，神经电活动和脑内代谢被影响，从而改变大脑及通路神经的兴奋性而产生皮质及神经网络连接。大脑皮质内的电流可激活脑组织内的锥体细胞，引起神经元轴突内的电生理和功能变化[9]。近来研究的立体定向经颅磁刺激技术能结合fMRI结果，使刺激部位的准确性得到了极大提高，经颅磁刺激技术通过精确控制刺激大脑的深度和精度，通过准确的不同刺激部位、频率、强度、线圈方向来调整，通过神经传递而达到手功能部位康复的目的[10]。Takeuchi等[11]研究采用3 Hz经颅磁刺激病侧大脑半球10 d，结合对侧上肢肢体的被动活动，再逐渐增加偏瘫患者手的活动，结果患者手运动产生的运动诱发电位有很大进步。Lüdemann[12]观察手功能障碍的单侧脑梗死患者27例及健康对照组9例，分别在脑梗死 10 d、1个月及6个月时接受皮质内易化和皮质内抑制检测，结果表明，皮质梗死患者皮质内易化明显增强，皮质下梗死患者皮质内抑制明显增强。Mrachacz等[13]发现，经颅磁刺激大脑皮质损伤的梗死患者，会降低对侧健侧大脑半球的兴奋性，同时会影响脑卒中皮质损伤患者两侧的感觉区及运动区。

3 虚拟现实技术

虚拟现实技术即为手功能康复的患者提供一个虚拟环境，以手部功能康复的基本结构与增强现实技术为基础，使其在身临其境的虚拟环境中，为手功能康复训练提供可以重复性的主动运动，促使大脑中枢神经系统不断对其手的动作质量进行补充修正，建立手功能的新区域代偿，实现手功能的重塑，恢复上肢的技能[14]。利用交互环境，从虚拟现实的环境反馈、纠正、感觉、感知并调整不正常运动。手势的捕获可以利用各种传感器，在视、嗅、听、触、味觉等方面进行计算机模拟手势的位置、方向及距离，并将习得的手的运动技能迁移到现实环境中，增强现实环境中手部功能的训练[15]。Berenice等[16]的康复评定分为听觉、视觉反馈、心理、关节活动范围、肌力、共济功能评定。通过视觉反馈强化患者正确的操作，引导患者目睹训练过程中手的错误运动模式并及时纠正。通过听觉反馈，虚拟系统通过语言提示，如达到目标后的称赞，使患者通过在虚拟环境中获得患侧肢体正确的运动模式的同时，而获得信心，以促进功能恢复。患者手的不同的特定任务在虚拟环境中可以根据不同情况进行反复安全的强化模仿训练，以减少现实环境中由不正确的操作导致的危险[17]。虚拟场景围绕人手自然行为，如设计包括掌骨、指骨、手腕的运动，以及手部整体协调性直接虚拟三维交互。有人通过20例患者手功能康复的对照性研究，证实了虚拟现实环境中康复训练交互模式的安全性、有效性和可行性[6]。Shin等[18]认为，虚拟现实康复技术可对手功能康复者进行信息储存与数据库建立，在人机互动时，根据患者的心理活动、身体状况通过计算机图像技术轨迹来捕捉、评估与评定。

4 镜像疗法

镜像疗法是指利用平面镜成像原理，疗法涉及模仿学习、运动想象、动作观察等诸多过程，为提高患手的存在意识，让患者想象患侧运动，通过视觉反馈及虚拟现实技术，患侧活动的画面由健侧复制，大脑功能重塑通过镜像神经元系统激活、促进，从而使受损的手运动功能康复[19]。临床研究证实，人大脑的镜像神经元，主要位于额下回后部、顶下小叶、颞上沟及脑岛中叶。从中央前回发出的神经纤维有80%～90%交叉到对侧，其余部分未交叉直接下行，经皮质脊髓前束支配同侧的运动。因此，一侧大脑半球受损害后，由于部分没有交叉到对侧纤维的存在，影响了同侧的手功能及肢体。因此，脑卒中偏瘫患者的康复训练中，也应对非偏瘫侧手进行适当训练。镜像疗法实际也是对双侧手功能进行训练，患侧上肢的存在意识也是通过幻像提高，这样有利于减轻“习得性废用”[20]。实践研究证明，镜像疗法能使病灶侧大脑皮质的活性增强，有利于患侧手功能的恢复[21]。Caires等[22]通过对脑梗死患者21 d的研究认为，镜像疗法对改善脑卒中患者指伸肌肌力及腕、手的协调性方面有显著的疗效，但在改善指腕伸、屈肌肌力及肌痉挛方面无明显差别。Kim等[23]通过28 d的研究认为，镜像疗法对脑卒中患者上肢运动功能的日常生活能力，Fugl-Meyer评分及Brunnstrom分期有显著的作用。Lee等[24]研究表明，镜像疗法能改善患者手功能，同时前运动皮质、顶下小叶头部、颞中回等区域明显激活。Campos等[25]研究认为，双侧运动训练比单侧效果显著，这样两侧大脑半球皮质相关的手运动区均得到激活重塑，从而使患者的手功能得以恢复。

5 功能性电刺激

功能性电刺激是应用一定强度低频脉冲电流，以替代大脑发出的控制指令，刺激失去神经控制的肌肉，引发肌肉收缩，促进其运动，进而改善或恢复障碍的手功能，其特点是电刺激及肌肉收缩信号可沿周围神经传入脊髓及大脑中枢，通过大脑皮质重塑促进手功能重建。功能性电刺激可改善双侧的大脑皮质活性，兴奋患侧大脑半球，增强大脑半球间去抑制，促进两个大脑半球间兴奋与抑制平衡的正常化，从而诱发手的肌肉收缩，以达到增强手活动能力及恢复被刺激肌群或肌肉功能的目的[26]。Lee等[27]使用功能性电刺激治疗脑梗死偏瘫患者，经21 d治疗后，患侧手功能得到有效改善，与对照组比较，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。

6 运动想象疗法

运动想象疗法是指在没有明显肢体活动的情况下，想象执行一个或多个具体动作，根据肢体运动记忆在大脑中激活某一皮质的运动区域脑重塑。同时增强患者的各种信息回路传到大脑皮质，促使其神经再生，并向患肢的肌肉效应器发出神经指令，重复刺激，以达到运动想象的康复目的[28]。有学者对一组患者入院后进行运动想象疗法，让患者全身放松仰卧于床上，进行5 min的“运动想象”暗示治疗，如让患者集中所有注意力想象手握球拍，手持木钉的景象，然后用3 min的时间，让患者集中注意力想象周围空间环境，并想象返回病房后的肢体感觉，每周两次，连续治疗8周为1个疗程，从而达到手功能的康复;还有学者利用fMRI研究证实，运动想象疗法对手功能恢复的影响，发现运动想象训练能改善偏瘫患者手的运动功能[29]。在闭眼想象时，Hoermann等[30]研究PET显示，想象空间的区域大小与脑区激活位置相关。

总之，中枢神经系统受损后，手功能的康复是上肢康复的关键，手运动功能恢复过程实际上是大脑功能的重塑过程[31]。但由于手不仅有精细的感觉、触觉功能，還能完成复杂精细的动作，手在大脑皮质的投射区域很大，锥体细胞与皮质脊髓束之间是较多的单突触联系，因此对于脑卒中后手功能障碍患者，应尽早评定，尽早实现大脑的重塑[32]。对于上述有发展前景的治疗方法，应尽早进行不同的个性化的康复治疗，使患者尽早恢复手功能并重返社会。

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（收稿日期：2019-04-29  本文編辑：李亚聪）