運動想象在脊髓損傷患者運動功能康復中的研究進展

陳柏茹 綜述,劉小琴 審校

(重慶醫科大學附屬第二醫院骨科-脊柱外科,重慶 400010)

脊髓損傷(SCI)是一種破壞性的神經系統狀態,由于創傷性或疾病因素導致神經損傷水平以下的運動、感覺和自主功能受損,使患者產生身體依賴、心理壓力和經濟負擔[1]。SCI通常為創傷性,最常見原因為車輛事故(48.0%)、跌倒(21.0%)、運動傷害(14.6%)等,由于脊椎的突然創傷而導致骨折和脊椎脫位,并引起繼發性損傷,對脊髓組織造成進一步的化學和機械損傷,其損傷程度和嚴重程度的主要決定因素是脊髓組織受壓迫的初始破壞程度和持續時間[2-3]。目前,全球SCI發病率處于持續上升階段。在過去30年,SCI患者從每百萬人口236例增加到1 298例[4]。運動功能障礙作為SCI最主要的功能障礙之一,患者早期肢體運動功能康復是當前研究的熱點及臨床治療的難點。目前研究發現,運動想象療法可改善SCI患者的運動功能,且針對性強,可貫穿SCI患者康復始終,是一種具有較大發展潛力的康復治療技術?，F將其研究進展綜述如下。

1 運動想象概述

運動想象是指一個動作的心理執行,而不產生實際的動作,其本質是一種認知過程[5]。運動想象類型可分為動覺運動想象和視覺運動想象,即執行運動想象可以從2個角度進行:動覺運動想象(以第一人稱角度)要求人們想象“在他/她身體里體驗這種感覺,就像他/她自己在做這個動作一樣”,被認為是視覺和動覺的性質;視覺運動想象(以第三人稱角度)是一種意象,即以觀察者的角度去看他/她執行想象的動作,被認為是視覺性質[6]。由于個體之間運動想象能力的差異性,特別是神經功能缺陷的患者,因此在實施運動想象干預前,應進行運動想象能力測試[6]。目前有幾種工具可以評估運動想象能力,其中一種是動覺和視覺想象問卷(KVIQ),由于評估時不要求評估對象完成實際的運動執行,因此適用于肢體功能障礙患者,如腦卒中、帕金森病、SCI或殘疾人[7-8]。

2 SCI患者腦結構及功能改變

發生SCI時,由于中樞和周圍神經系統的相互通信受到損害,這種情況通常由于傳入或傳出神經通路的創傷而導致殘疾。以往研究傾向于SCI患者的通路是受損的,但大腦結構及功能仍然保持完整性。隨著對SCI研究的深入和檢查手段技術水平的提高,越來越多證據表明,SCI后腦結構及功能會發生重塑,除腦部感覺運動皮層神經元會發生萎縮或丟失外,還存在大腦其他區域結構異常[9-10]。GUSTIN等[11]采用彌散張量成像技術對23例慢性胸髓受損的患者和健康受試者進行全腦掃描,發現患者內側前額葉和丘腦的結構或功能與正常人存在顯著差異性。國內學者侯景明[12]運用多模態磁共振技術觀察發現,SCI患者早期就已經存在腦結構和功能改變,驗證了SCI患者腦運動感覺皮層(大腦雙側初級運動皮層、初級感覺皮層、輔助運動區、丘腦和皮質脊髓束大腦腳區域)存在結構性萎縮,導致初級感覺運動皮層自發神經活動功能降低,同時揭示了大腦運動感覺皮層萎縮程度與SCI程度、損傷水平高度呈正相關。此外,有研究表明,患者大腦運動感覺皮層萎縮速度越快,其運動功能預后越差[13]。因此,如何減少或恢復大腦結構性損害對患者的運動功能康復有重要作用。SCI后,大腦也會對發生的損害做出應對。JURKIEWICZ等[14]觀察發現,SCI患者的雙側小腦及右側眶額葉的自發神經活動增強,可利于進一步產生自發性運動;初級感覺運動皮層與相應大腦半球內其余運動腦區(運動前區、輔助運動區、丘腦、小腦)會生成新的連接纖維,這些新生的連接纖維可構建新的神經傳導通路,從而有利于功能的恢復,這可能是大腦對SCI后的代償性反應。這些發現對為SCI患者制定當前和未來的康復干預措施具有重要意義。

3 運動想象應用于SCI的作用機制

運動想象一直是許多領域感興趣的主題,這種興趣在很大程度上源于運動想象可以促進學習運動技能及運動功能康復。大量證據表明,運動想象訓練對運動員、健康人和神經系統疾病患者的運動表現有積極影響[15-16]。有研究對10例完全四肢癱瘓或截癱的SCI患者和10名健康對照受試者進行舌頭和腳的運動想象訓練,結果表明,SCI患者大腦皮層網絡的激活與特定的運動想象內容一致,說明大腦運動系統功能可以獨立于自主運動控制和外周反饋進行調節,證實運動想象訓練對SCI患者的運動功能康復有益[17]。但運動想象治療SCI的機制仍需要進一步闡明。

目前,運動想象療法的核心理論主要有運動模擬理論、運動認知模型、感知-認知模型和效果想象模型。運動模擬理論提出,運動想象和運動執行使用相同的神經過程,即共享運動準備與執行的神經網絡,直到實際運動點產生分路,下游對肌肉的運動命令在運動想象中通過某種過程(亞閾值激活、活躍的抑制性神經元或動作閾值提高)被抑制執行[18]。因此,執行一個動作和執行一個動作的想象在功能上是等同的,運動想象是運動執行內部階段的體驗,僅僅是沒有可見的顯性運動[19],該理論也得到了較大范圍的支持[20]。運動認知模型是GLOVER等[21]提出的一種新的運動想象理論,其摒棄了運動模擬理論提出的“功能對等”觀點,認為運動想象和執行使用相同的運動規劃機制,但執行點有所不同,產生的想象具有不同的認知需求。在運動缺乏外部感覺輸入的情況下,運動想象被認為使用不同的認知路徑來主動地創建、闡述、控制內部產生多感覺圖像。感知-認知模型認為,簡單動作的運動計劃(如彎曲手指)及其感官結果(如彎曲手指的外形和感受)是緊密關聯的,并作為單元存儲在神經中,因此選擇運動計劃同樣會激活其相關感覺,這些運動及感覺單元被稱為基本動作組件,被認為是創建所有復雜運動計劃的基礎,運動想象被視為檢索基本動作組件并將其組織為運動計劃的有意識體驗[22]。另一個由BACH等[23]提出的效果想象模型顛覆了關于運動想象的傳統思維:先前的理論認為運動想象發生在運動計劃過程之后或過程中,效果想象模型認為想象也是運動計劃之前目標選擇過程的重要組成部分。與傳統的運動想象概念不同,傳統的運動想象涉及在心理上模擬運動計劃的經歷,效果想象模型認為的想象涉及通過聯想來喚醒行動的預期效果,以激活相關的運動計劃。例如,要拿起一個東西,你首先想到拿著東西的形象,這會激活去拿東西的一個運動計劃。

4 運動想象在SCI患者運動功能康復中的應用

4.1對神經、肌肉功能的影響 SCI后,腦與周圍效應器之間的神經通路受到破壞,患者肢體常處于無法自主活動狀態,不能夠參與到傳統康復訓練中去,運動想象可以通過激活運動相關的大腦區域,刺激神經功能可塑,幫助保持神經通路的活躍性,從而有助于保持或恢復運動功能。JEANNEROD等[24]回顧了15項功能磁共振成像研究,發現運動想象增加了中央和扣帶回、輔助運動區和頂下小葉的激活,證實了運動想象可促進中樞神經可塑性發展和功能重組,從而促進患者運動功能康復。一項對6例C6～7四肢癱瘓患者和健康對照者的研究中[25],參與者進行每次45 min,每周3次,持續5周的幾何形狀想象訓練,記錄下所有參與者伸手抓握時的運動學記錄和伸腕時的腦磁圖。最終結果顯示,SCI患者在感覺運動皮質活動中表現出比對照組更高的體素數量,同時相較于干預前,SCI患者的伸腕角度也得到增加,表明運動想象訓練可以改善SCI患者的上肢抓握能力,并導致感覺運動皮質的可塑性變化。此外,SCI后,患者肌肉可能會面臨萎縮和失去功能。運動想象可以在一定程度上通過增加皮質脊髓的興奮性來增加肌肉力量,幫助患者維持肌肉功能,減緩肌肉萎縮的進程。1例C6頸髓損傷患者接受了肱二頭肌肌腱轉移到肱三頭肌肌腱的手術,并且在2周的運動想象訓練中表現出肘部屈肌和伸肌的力量增加[16]。這些結果均表明,運動想象對SCI患者的神經、肌肉功能具有積極效益,將運動想象納入SCI運動功能康復中具有潛在的價值。

4.2對疼痛的影響 疼痛是SCI后的常見并發癥,最常見的疼痛類型是傷害性和神經性疼痛。疼痛是抑制患者功能恢復的主要風險因素之一,其治療也具有一定的挑戰性。有學者提出,由于SCI導致運動輸出和感覺反饋之間的不匹配,參與運動控制的皮質結構可能會重組,這些變化反過來導致疼痛體驗[26]。糾正精神身體表征、感覺-運動整合和傷害性感覺之間的這種不協調可能有助于疼痛的治療[27]。運動想象期間活躍的大腦區域(包括刺激運動皮質)和運動本身在很大程度上是重疊的,因此這一技術可以用作治療疼痛的非藥物方法之一[6]。OPSOMMER等[6]對18項研究(10項隨機對照試驗、8項觀察性研究)進行了系統評價,結果顯示,雖然運動想象干預的方案是不同的,但進行8～20 min的運動想象訓練可用于改善疼痛,30～60 min可用于改善運動功能。由于SCI人群、干預措施和測量結果的高度異質性,使得很難總結出最佳的、具體的運動想象訓練方案。此外,目前運動想象干預對疼痛的影響仍具有一定爭議:有的研究顯示疼痛減輕[28],有的研究顯示疼痛增加[29],有的研究顯示對疼痛沒有影響[30]。這些差異的背后可能有許多原因,例如患者對疼痛的感知能力強弱、社會壓力源、患者對治療的期望大小或運動想象訓練方法本身存在差異等。因此,有必要開展進一步的臨床試驗,評價運動想象干預作為SCI患者疼痛輔助治療的有效性。

4.3腦機接口(BCI) BCI技術通過記錄和解碼用戶大腦皮層活動產生的神經生理信號,對其進行處理并將其轉換為計算機等外部設備識別的信號,實現交互和控制[31]。在一些情況下,運動想象可以與BCI技術相結合,使患者能夠通過想象運動來控制外部設備或假肢,實現部分運動恢復。一項研究中,患有C4和C5頸髓損傷導致四肢癱瘓的患者已經逐漸能夠通過對不能完成的動作進行運動想象訓練來控制抓握BCI設備,通過5個月的訓練后,想象的足部運動感覺節律與健康對照組參與者一致[32]。運動想象-BCI的發展無疑是運動功能障礙患者的福音,但由于進行運動想象心理活動的患者為控制BCI設備的關鍵,患者運動想象能力水平的高低決定著是否可以有效實施運動想象-BCI功能[33],因此,還需要對患者進行運動想象能力的訓練。

4.4虛擬現實技術(VR) VR是一種由計算機生成的三維沉浸式環境,將運動想象與VR相結合的一種新型輔助康復技術,近年來發展迅速,目前被逐步運用于神經系統疾病的康復治療中[34]?；赩R的運動想象療法能夠逐漸增加任務的復雜性,可提供視覺、聽覺、運動和認知康復方面的刺激和訓練,同時保持任務訓練的吸引力和娛樂性,并提供積極的、基于獎勵的反饋,這對于提高患者的注意力和參與積極性,防止患者沮喪至關重要[35]。持續的運動想象訓練會導致患者訓練期間疲勞,進而使患者失去注意力和興趣,影響訓練效果,因此,VR可以改善運動想象療法的不足之處。此外,VR還可緩解患者焦慮、抑郁等負性情緒。MARESCA等[36]報道了1例60歲的不完全性頸SCI患者接受VR康復系統訓練后,對患者的認知領域和運動功能康復、平衡改善及焦慮、抑郁的減少均產生了積極影響。VR還可以為運動想象訓練提供視覺、聽覺引導,使患者沉浸在運動想象之中,解決患者難以將想象訓練擴展到其他身體部位或難以完成目標想象運動的難題。JEONG等[37]對11例受試者采用VR引導其運動想象并對運動想象的情況進行了評估,結果顯示,與單純運動想象相比,基于VR的運動想象方法更利于受試者產生腦皮層信號,運動想象效果增強。

5 小 結

運動想象療法可積極發揮患者的主觀能動性,促進SCI患者腦功能及運動功能恢復,是一種具有較大潛力和價值的康復治療方法。隨著技術的發展,運動想象與BCI、VR等相結合,可彌補傳統運動想象療法的不足,能夠加強運動想象的效果,進一步豐富了目前的康復手段。但對于運動想象治療SCI運動功能的作用機制仍需要更多高質量的研究來進一步解答。且目前大多數臨床研究中的運動想象訓練方案內容不盡一致,沒有確切的最佳干預時間、頻率和強度,缺乏高質量的研究及制定規范的訓練方案來提高運動想象療法有效性的可信度,以及缺乏后續的隨訪,運動想象療法的運動康復效果是否會隨著時間的推移而保持,仍不清楚,也需要未來的研究中加入長期的隨訪進行進一步的評估。