上肢机器人在脑功能重塑理论中的临床应用

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1、上肢机器人在脑功能重塑理论中的临床应用人类的大脑功能可以通过外界的刺激而重塑，这种现象已经广泛的被医学界所认可。而且，有很多实验也都证明了脑功能重塑和神经可塑性的理论，例如，Elbert等人通过对弦乐器演奏家的大脑进行研究发现演奏家的手指的功能区域明显增大；Pscual-Leone通过对使用布莱叶盲文的盲人读者的大脑皮质进行研究发现，盲人的手指运动感觉皮层代表区面积会扩大，且这一区域会随着阅读活动而波动变化；Chen等人通过对环境因素对大脑的刺激发现某些大脑回路会因环境刺激产生改变。针对脑损伤的康复治疗，其采用的

2、康复方法是基于以脑功能重塑和神经可塑性的理论为基础发展的，其中近来电脑控制的机器人康复技术就最具有代表性。。那么，到底具备什么功能的康复机器人才能满足神经损伤患者的康复需求？我们就从理论和临床应用两个方面进行阐述。一、理论基础图1.1脑神经功能重塑示意图1.可塑性大脑皮质的解剖学基础通过对大脑进行研究我们了解人体大脑的特定功能源于大脑的某一区域，因此大脑被划分为不同的功能区域，如感觉区、记忆区、语言区、识字区和运动区等。很多中枢神经损伤的患者都会表现出各种不同程度的运动功能障碍，通过上图我们可以发现大脑运动区中肌

3、肉的代表区广为重叠，而且特定肌肉和关节有其相应的代表区，单个皮质脊髓神经元可分到多个运动神经元库，水平的神经纤维使分散代表区相互连接，这表明从解剖学的角度分析我们能够通过对某一肌肉或关节的训练刺激，从而实现特定运动区的神经功能重塑。Nudo和Milliken等人通过对动物的研究证实了这种观点，他们对鼠、猴的大脑皮质手部运动区制作局部缺血梗死灶，并对其进行对比性研究。其中，第一组采用梗死后不干预的方法，这一组动物的大脑不仅发生了局部的组织缺失，而且损伤区附近的手功能代表区发生了进一步缺失；第二组采用限制健手使用，并

4、在活动中对患手做重复的技巧性训练的方法，这一组动物的大脑局部区域防止了一定的组织缺失，且受损区内的手功能区获得了约10%的改善；第三组采用限制健手使用，但不训练患手的方法，这一组的动物大脑中的手、腕、前臂代表区总面积缩小。所以，Johansson于2000年提出了“决定功能结局的不仅仅是剩余神经元的数目，还有他们的功能如何及他们产生什么样的联系，这些都将决定功能的结局。”2.脑功能重组的观念对于大脑损伤后的功能结局我们可以通过康复的手段来进行改善，这也与现代的康复理念相一致。国际神经损伤和脑卒中研究所于2009年

5、提出“康复中最重要的不仅仅是治疗患者的残障，而且要让他们重新学习运用已失去的身体功能”；“这种再学习实现的基础为脑功能重组理论，即脑神经结构间产生新的连接和重组，以新的方式完成已丧失的功能...”。脑功能重组在表现上分为两个方面：①新的神经连接在不断使用下会变得非常活跃和稳固；②缺乏相关使用会让连接变得很弱，直至消失。这与我们常说的“用进废退”现象相一致。3.脑功能重组的机制脑卒中导致脑部受影响部位的脑神经细胞死亡，这些死去的神经细胞会引起各种功能障碍，包括运动功能障碍。通过前述的大脑皮质解剖学基础我们已经知道了

6、大脑功能是通过不同的功能分区实现的。所以，临近的未受损的脑神经细胞具有潜在的代偿能力，但它们之间需要建立连接，这种连接可以比喻为就像一颗大树被折断了树枝，新的枝芽仍可再生连接并变得稳固，在这个过程中，有效的康复训练可加速连接的过程并提高活动能力，而且通过这种康复训练可以让患者在损伤后数周、数月，甚至数年后都可能发生神经结构的可塑性改变。既然脑功能重组是通过使未受损的脑神经细胞与功能区建立联系而实现的，那么在连接过程中就会表现出双面性：①正确的使用或康复训练能改善运动功能并提高ADL的表现，②错误的使用或训练会产生

7、各种误用综合征，如肩手综合征等。这提示我们在对患者进行康复治疗时要建立正确的运动模式。4.脑功能重组的影响因素通过前人对临床康复实践和脑功能重组的机制进行研究，我们发现想象疗法、康复训练的内容、康复训练的时机、康复训练量和环境因素的影响是脑功能重组的主要影响因素：想象疗法：让患者对治疗动作在大脑中进行想象、模拟和重现，这可以促进感觉运动皮层功能重组，改善运动功能和提高上肢运动能力；康复训练的内容：采用任务导向性的训练能够增强梗塞灶周围运动功能区的功能性重组，改善运动功能，且在动作设计的时候采用与功能相关的活动训练

8、能够改善患者对于肢体的运动控制能力；康复训练的时机：在患者生命体征稳定的情况下进行早期的康复治疗能够获得更好的功能预后，但是，这种治疗依据循序渐进的原则开展，同时要避免过度训练，因为Kozlowski等人的动物实验表明，局部梗塞后即刻进行患肢的强制性使用可能会加重损伤；康复训练量：脑卒中后患者患肢的运动量减少会造成树突棘的形成下降、突触延伸和神经生长因子的减少，而反复的进