运动想象治疗脑卒中患者手部运动功能的功能磁共振研究

张亚菲，刘旸，张通

运动想象治疗作为一种新技术对于脑卒中后偏瘫患者手功能改善情况已在之前的研究中被证实[1]，但其脑功能代偿与重塑机制研究较少[2]，本文运用脑血氧水平依赖性功能核磁共振(Blood Oxygenation Level Dependent- functional MRI, BOLD-fMRI)来定量分析运动想象对脑功能重塑的影响，探讨运动想象与运动功能改善的关系及其作用机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究对象为2012年5月～2014年2月于北京博爱医院的住院患者18例，其中2例患者因不具备运动想象能力、2例患者因核磁结果无效被排除，最终共14例患者纳入功能核磁结果统计分析。入选标准：①符合1995年全国第四届脑血管病学术会议制定的脑卒中诊断标准[3]；②首次发病，病程1～6个月，各项生命体征平稳；③患手及上肢Brunnstrom分期IV期及以上(患侧手拇指外展>10°)；④可保持独自坐位；无明显认知障碍，简易精神状态量表评分≥23分，运动和视觉想象问卷(kinesthetic and visual imagery questionnaire，KVIQ[4])评分均≥25分。18例患者经过混乱运动想象测评[5-6](包括左右手辨认、简单及复杂对指实验测试)，执行运动组(Executive Motion，EM)、对照组(Control Group，CG)各有1人排除[1]，符合标准入组的16名患者按随机数表法分为3组，即运动想象组(Motor Imagery，MI)6例、EM组5例、CG组5例。符合标准入组的16名患者基本资料如下。MI组：男5例，女1例；平均年龄45.5(39.5，52.5)岁；平均病程3.8(2.2，5.3)个月。EM组：男4例，女1例；平均年龄45.0(34.0，56.5)岁；平均病程4.0(2.4，5.6)个月。CG组：男3例，女2例；平均年龄55.0(42.5，67.5)岁；平均病程3.0(2.4，3.6)个月。3组一般资料比较差异无统计学意义。

1.2 方法 3组均进行常规康复治疗，包括上肢及手部的运动疗法、作业疗法、物理因子治疗等治疗，3组常规治疗的内容与时间相同，每天共2h，每周5次，为期4周。在常规康复训练基础上，MI组进行运动想象训练，包含运动的实际操作及想象，每次30min，每周5次，为期4周。MI组患者坐于有靠背的椅子上，保持髋膝踝关节90°屈曲，头颈及脊柱保持直立，前臂放于面前治疗桌上。治疗内容包含三部分，即手部各关节活动、上肢及手部的日常生活活动动作，每次实际动作操作后想象一次，任务内容以视频的形式播放。以“五指内收外展”动作为例：患者观看视频2次—治疗师演示五指内收外展动作2次—患者使用健手完成五指内收外展动作2次—“想象”健手五指内收外展2次—尝试患手完成五指内收外展3次—“想象”患手完成五指内收外展3次。以上训练步骤重复3次。除常规康复训练，EM组进行实际动作训练，具体训练步骤同MI组，但训练内容仅包含运动的实际操作，即步骤中的“想象”部分，用“闭眼休息10s”代替，“闭眼休息”时避免手部动作出现。每次30min，每周5次，为期4周。

1.3 评定标准 ①Fugl- Meyer上肢运动功能评定(Fugl-Meyer assessment，FMA)[7]：对上肢及手部运动功能进行评价，分为10大项，33小项，每项0～2分，总分66分，分值越高代表上肢功能越好。②简易上肢机能检查[8](Simple Test for Evaluating hand Function，STEF)：用来测试手部运动的协调性及力量，通过手的取物过程，共10项活动，每项分数为0～10分，共100分，分值越高代表上肢功能越好。③改良Barthel指数[7](Modified Barthel Index，MBI)：对10项日常生活动作进行评分，每项活动评分0～5分，共100分，分数越高代表独立能力越高。④功能磁共振检查：包含2个任务模式，任务1：实际动作，患手拇指对掌运动，指尖尽量触及掌面，根据节奏器进行，频率为1Hz；任务2：想象动作，患者想象患手拇指对掌动作，要求尽量清晰，动作频率1Hz。每组任务的核磁扫描采用组块设计，每个任务时间为6分24秒，即24s准备期，30s拇指对掌动作(1Hz)，30s休息，刺激-休息为1周期，共6个周期，见图1，2。扫描过程中，要求患者平卧于扫描床，闭目放松，平静呼吸，双耳戴非磁性耳机，同时用泡沫头垫固定头部，受试侧上肢远端固定(除拇指及大鱼际外)。整个扫描过程由操作者在扫描间内记录患者任务完成情况。图像采集使用美国GE公司Signa1.5T核磁共振扫描仪进行核磁扫描，采用标准正交头颅线圈。定位结构象：自旋回波T1加权序列横断(T1-weighted imaging，T1WI)扫描；BOLD-fMRI成像：采用GRE-EPI序列，标准正交头线圈，进行逐层扫描。图像处理应用SPM8软件包(Wellcome Department of Cognitive Neurology(London，UK))，预处理包括时间校正、空间标准化和平滑处理等，结果处理设定阈值为P=0.01，激活体素3mm×3mm×3mm，激活大于10mm3的激活区为感兴趣区(Region of Interesting，ROI)，本研究中ROI为偏瘫对侧感觉运动区(contralateral sensorimotor cortex，cSMC)，包括中央沟前、后区(Precentral Area，Postcentral Area)。使用xjView软件将图像转换至MNI坐标系(Montreal Neurological Institute)确定激活区定位，将fMRI数据作单样本t检验，进行群体统计(second-level analysis)，计算cSMC激活强度t及单侧化指数(laterality index，LI)，LI= C- I/ C+ I；C：对侧SMC区激活强度∑tc；I：同侧SMC区激活强度∑ti，LI∈[-1,1]，1代表对侧激活的绝对优势，-1代表同侧激活的绝对优势。

1.4 统计学方法 采用统计软件包SPSS 17.0进行统计分析。本研究样本量较小，总体非正态分布，故统计推断方法为非参数检验，计量资料采用中位数(上、下四分位数)表示，即M(P25，P75)。多组间比较采用 Kruskal-Wallis H检验，组间两两比较采用Mann-Whitney U检验；组内前后比较采用Wilcoxon检验，所有检验水准以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 运动功能改善情况 治疗4周后，MI组及EM组FMA、STEF评分较前均有明显提高(均P<0.05)，且MI组上述评分均更高于其它2组(均P<0.05)。治疗后，3组MBI评分均有提高，但组内及组间差异无统计学意义。

2.2 功能核磁共振结果 16例研究对象中，MI组、EM组各有1例患者进行想象任务时出现可见动作，核磁结果不予采用。共14例患者(MI组5例、EM组4例、CG组5例)的fMRI结果纳入分析，其中左侧偏瘫患者8例(MI组3例、EM组2例、CG组3例)，右侧偏瘫患者6例(MI组2例、EM组2例、CG组2例)。图1、图2 为“实际动作”、“想象动作”两种任务模式下，所有14例患者左、右患手不同的脑内激活情况。患手实际动作时，治疗前，14例患者激活位于双侧SMC、双侧SMA；治疗后，双侧SMC、SMA强度较前增加，其中对侧SMC增加显著，偏侧化优势明显。治疗前患手想象时，脑内激活部位均与对应的运动执行激活部位相似，包括双侧SMC、SMA，但激活强度较弱，此外还有额叶、顶叶、楔前叶等部位的激活；治疗后，双侧SMC、SMA强度增加，且呈现一定程度的对侧SMC偏侧化趋势。治疗后，MI组、EM组实际动作的cSMC激活t值较治疗前均明显增大(P<0.05)，且MI组强度高于CG组(P<0.05)，MI组与EM组、EM组与CG组间差异无统计学意义。治疗后，MI组实际动作cSMC的LI增加(P<0.05)，且高于CG组(P<0.05)，MI组与EM组、EM组与CG组间差异无统计学意义。见表2。治疗后，MI组想象动作的cSMC激活t值较治疗前增大(P<0.05)，且MI组强度高于CG组(P<0.05)，MI组与EM组、EM组与CG组间差异无统计学意义。治疗后，MI组想象动作cSMC的LI值增大(P<0.05)，高于CG组(P<0.05)，MI组与EM组、EM组与CG组间差异无统计学意义。见表3。

表1 3组训练前后FMA、STEF及MBI评分比较 分，M(P25, P75)

表2 3组治疗前后实际动作cSMC的t、LI 值比较 M(P25, P75)

表3 3组治疗前后想象动作cSMC的t、LI值比较 M(P25, P75)

图1 实际动作的脑内激活

图2 想象动作的脑内激活

3 讨论

运动想象治疗相较于传统的康复治疗技术，均以目标导向性任务为训练内容，通过反复训练达到功能的进步，不同的是，运动想象治疗更强调患者的主动性。既往文献认为运动想象与运动执行共用脑内激活网络[9]，本研究证实了两者在治疗前后的脑内激活模式相似性。

随着脑卒中病程的进展及患者运动功能的改善，脑功能也进行不断代偿和重塑[10-11]。卒中后早期，脑内激活多位于双侧大脑的广泛区域，常在偏瘫同侧脑区出现功能的代偿[12-13]。随着病程的进展以及运动功能的改善，偏瘫对侧功能区激活更突出[14]，呈现对侧偏侧化优势。本研究发现，14例患者在进行患手实际运动时，对侧SMC激活强度较前均有增强，且MI组激活强度的增加显著，与其运动功能改善程度相符合。

想象时脑区的激活亦存在代偿与重塑[15-16]，Andre[17]在偏瘫早期较重患者腕背伸的fMRI研究发现，偏瘫患者想象完成该动作时，激活区与执行动作时表现相似，位于双侧SMC区。Sharma[18]在对手部运动功能恢复较好的患者研究发现，其对指运动在脑内激活部位与健康人一致，位于对侧SMC区。运动想象在SMC区的激活重塑，伴随着脑卒中患者运动功能的恢复[19-20]。孙莉敏等[15]发现运动想象治疗后脑内神经网络存在两种代偿模式，分别表现出不同程度运动功能的改善。Wang等[21]指出运动功能的改善与进行运动想象时偏瘫对侧SMC区的激活呈正相关。本研究发现，想象治疗后MI组对侧SMC区激活显著增强，并且对侧SMC区的偏侧化优势增大，而EM组、CG组对侧SMC区偏侧化优势不明显。因而，运动想象对于脑内神经网络的重塑与其在运动功能方面的改善是密不可分的。

通过组间比较发现，MI组比EM组的运动功能有更显著的提高，但2组在fMRI中分别执行实际动作和想象动作任务时，对侧SMC区t值和LI值两组间并没有明显差异，这可能由于以下两方面原因：首先，执行实际动作任务时fMRI所观察到的脑内激活，是由肢体到大脑再到肢体方向的神经传导通路兴奋的结果。MI组、EM组在训练中此通路被反复强化，因而2组在fMRI执行实际动作的结果均出现对侧SMC区的明显激活，导致治疗后2组在t值和LI值的差异并不明显。另一方面，fMRI执行想象动作任务时所表现出的脑内激活，是由于运动想象这一“没有输出的运动”直接兴奋了大脑皮层，MI组经过运动想象训练，反复刺激对侧SMC区，导致由大脑到肢体方向的神经传导通路不断激活，使运动功能得到更明显的改善；而EM组在执行运动想象任务时，由于脑功能区代偿作用的发挥，使同侧SMC区激活更明显，从而导致EM组SMC区偏侧化优势不明显，但由于本研究干预时间较短，治疗后MI组与EM组未能表现出统计学差异。MI组较EM组有更显著的运动功能改善，可能归因于在运动想象时对侧SMC区更明显的激活。

想象时脑激活的重塑，是由于运动想象治疗直接兴奋了运动计划、执行前处理相关脑区[22-23]，促进潜伏通路和休眠突触的活化[24]，促使运动接近正常的协调的运动模式[25-26]，使偏瘫对侧运动感觉皮层功能激活，进而更高效地促进运动功能的改善。但由于样本量的较小，本研究未进行运动功能与脑内激活的相关性分析，今后需扩大样本量。