基于鏡像神經元理論的動作觀察療法在腦卒中康復的應用

陳芳婷，歐建林，王冉，廖維靖

腦卒中是常見的全球健康問題，具有高發病率、高致殘率、高死亡率、高復發率等特點，被認為是“人類健康的殺手”[1]。大多數卒中幸存者都遺留有不同程度的功能障礙，如運動、言語、認知、吞咽障礙等，嚴重影響患者的生活質量。近年來，鏡像神經元(mirror neurons，MN)的發現及其衍生出的治療技術為康復醫學領域帶來了新的機遇與挑戰。

1 鏡像神經元理論概述

1.1 鏡像神經元的發現 上個世紀90年代，意大利帕爾馬大學的研究人員采用“單細胞記錄技術”發現了鏡像神經元，并將其定位于恒河猴的腹側前運動皮層(F5區)[2]。隨后證明，它們也存在于頂下小葉中[3]。鏡像神經元是一類具有特殊映射功能的視覺運動神經元，在個體執行特定動作及觀察其他個體執行類似動作時都會興奮，分布在大腦不同區域的鏡像神經元形成了鏡像神經元系統(mirror neuron system，MNS)。該系統遵循“觀察-執行匹配機制”，可以較好地協調動作感知和動作執行功能，為觀察者提供內在的識別體驗[4]。越來越多的證據表明，“觀察-執行匹配機制”在動作理解，動作模仿，運動想象和運動學習及其他的重要神經生理過程中起著重要作用[5-6]。

1.2 人腦中的鏡像神經元 一系列腦功能成像與神經電生理研究表明[7-8]，人類大腦中同樣存在能夠將所觀察的動作和自己執行的動作進行匹配的鏡像神經元，且數目遠多于猴腦，分布范圍也更為廣泛。人腦中的鏡像網絡主要分布于頂額鏡像系統和邊緣鏡像系統，前者主要由前運動皮質腹側、中央前回下部、額下回后部、頂下小葉頭部、顳中回等區域構成，后者主要包括前扣帶回、前額葉皮質、島葉及杏仁核等區域[9]。此外，不同區域的鏡像神經元具有不同功能，額下回后部、頂下小葉頭部及顳中回的鏡像神經元可能與動作的感知與理解有關，軀體感覺區的鏡像神經元可能與觸覺感知有關，前扣帶回和島葉中后部的鏡像神經元與疼痛感受及共情有關，杏仁核的鏡像神經元可能與恐懼的感受相關[10]。

1.3 鏡像神經元的作用機制 鏡像神經元的發現為動作觀察和動作執行之間建立了強有力的紐帶，有學者認為“鏡像神經元是人類將視覺信息轉化為知識能力的基礎”[11]。通常，鏡像神經元被認為是通過一種內部模仿機制促進腦功能環路的重塑，人類可以通過理解和學習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行腦區類似動作的再現或共振，將行為參與者與觀察者聯系起來，有利于對所觀察動作的執行、模仿以及模仿性的運動技能學習[12]。進一步研究表明[13]，這種鏡像機制是多模式的，除了能被視覺刺激激活外，當出現與動作相關的聽覺信息時，即使事件被隱藏，也能引起鏡像神經元的激活。

近年來，基于鏡像神經元理論發展起來的康復策略已在臨床上廣泛應用，如動作觀察療法、運動想象療法、鏡像療法。同時也是虛擬現實療法以及腦-機接口技術發展的重要神經機制，其臨床療效已得到國內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機制 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，然后指導患者進行模仿的一種康復訓練方法[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，但作用機制仍未完全明確，多數學者認為其獲益機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元分布的腦區神經環路，以一種“自上而下”的方式來促進或實現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環路形成，影響大腦內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了動作的目標及動作如何準確執行的視覺運動和感覺運動信息，可以介導新技能的運動學習，提高運動執行表現[17]；除了潛在的神經恢復機制外，動作觀察療可以提高患者的康復興趣和熱情，有助于患者進行長期訓練。

2.2 動作觀察療法的應用形式 目前研究，動作觀察療法的實施一般包含三個步驟，即任務說明、動作觀察與動作執行。經典的臨床應用形式是讓患者以舒適的狀態坐在電腦或視頻顯示器前，治療師根據患者的功能狀態和需求選擇相關視頻，如：拿水杯喝水、拿放鑰匙或肩關節外展與內收、肘關節屈曲與伸展等目標導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行呈現。訓練開始前，給予患者正確的指導和說明，提醒動作觀察時所需注意的細節，讓患者更好的模仿。通常動作觀察療法的療程會持續4～8周，每周治療5～6d，每天1～2次，每次治療持續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，無明顯認知功能障礙，能理解聽從治療師指令進行治療；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；沒有嚴重的抑郁癥或精神性疾病。因此，治療師在治療之前應該注意評估以上癥狀，再繼續后續的治療。

3 動作觀察療法在腦卒中的應用

3.1 上肢運動功能康復 動作觀察療法與其他治療方法相比，不需要個體產生實際的運動，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有積極的影響。Ertelt等[20]首次將動作觀察療法應用于慢性卒中患者，結果顯示其上肢運動功能明顯改善，且改善效果可持續至治療結束后8周。功能磁共振成像發現，觀察組患者雙側腹前運動皮層、雙側顳上回、輔助運動區和對側緣上回的激活顯著增加。莊衛生等[21]也得出類似結論，觀察組患者的重要運動腦區的激活體素明顯較對照組增加，說明動作觀察療法可促進腦卒中患者的腦功能重組，修復受損神經環路。姜麗等[22]要求患者仔細觀看從不同角度拍攝的肢體動作視頻并進行模仿，發現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的通路情況。Ferrer等[23]將運動想象療法與動作觀察療法進行對比研究，發現與常規康復訓練相比，結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，促進上肢功能恢復。

3.2 下肢運動功能康復 改善腦卒中患者的平衡和行走能力是提升生活質量的關鍵。近年來，也有學者將動作觀察療法應用于腦卒中患者下肢功能康復。Bang等[25]進行一項雙盲隨機對照試驗，觀察組在常規訓練之前觀察一段以不同速度在跑步機上行走的視頻，對照組則觀看與步態訓練無關的自然視頻。研究發現，觀察組在“起立-步行”計時測試、10米步行試驗、6分鐘步行試驗結果以及擺動相的膝關節屈曲角度均較對照組改善。Park等[26]讓患者進行社區步行訓練觀察，展現健康成人在不同環境下，如在平坦或崎嶇的地面、復雜和不可預測的社區以及在停車場和購物中心行走的畫面。發現社區步行訓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，提高患者對社區步行環境的適應能力。李偉利等[27]發現，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，增加踝關節主動背屈角度。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[28-29]。盡管目前研究多側重于從第三者角度進行觀察，最近Son等[30]提出，自我觀察訓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整不恰當的運動模式，對改善運動功能至關重要。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中產生的積極作用，通過觀察正常人的行走動作可以促進對正常行走模式進行編碼的運動記憶，重新激活與行走能力相關的儲存的運動模式，從而恢復受損的運動能力[31-32]。

3.3 失語癥康復 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行強化訓練，但療效依舊有限[33]。鏡像神經元的發現及其內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生和理解產生影響，兩者產生之間存在有相同的大腦支配區域。從大腦功能定位上看，鏡像神經元分布區域與言語表達的關鍵區域存在高度重疊，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]研究發現，與語言相關的手勢會導致鏡像神經元系統的激活，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]在言語訓練基礎上增加口部及手動作觀察，發現可顯著改善腦卒中后非流暢性失語患者的語言功能，其協同效果優于單純的言語訓練。功能磁共振研究表明[38]，手動作觀察可促進重要語言中樞在內的鏡像神經元及神經環路激活和重塑，進而改善失語癥患者的語言功能，提升患者詞匯提取能力、自發言語、聽理解、復述、命名和失語商，與常規訓練相比，在促進詞匯提取和自發言語方面更具優勢。從觀察的內容來看，有學者發現，將口部運動與手部運動結合作為觀察內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、手臂功能關系密切，兩者存在交織和偶聯，并存在雙向影響。

3.4 吞咽障礙康復 目前，對于鏡像神經元的研究大多集中于手-鏡像系統，除了手部運動能激活相應的鏡像神經元以外，鏡像神經元對口部運動的刺激也能做出響應，當個體在執行或觀察與攝食功能有關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域與鏡像神經元的關系，發現吞咽相關視覺或聽覺刺激可引起與吞咽相關的大腦皮質區對應的鏡像神經元激活。當視聽覺聯合刺激時，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。功能磁共振研究發現，吞咽相關的視聽覺刺激能夠引起與吞咽運動計劃相關的大腦皮質區域激活，如輔助運動區、運動前區、初級運動區以及扣帶回等[42-43]。在韓國學者的一項研究中[44]，觀察組患者在常規訓練的基礎上觀看一段正常人吃飯的電影片段，并進行動作模仿5min，對照組則觀看風景視頻。結果顯示，觀察組的吞咽功能較對照組得到更好的改善。龍耀斌[45]等也得出類似結論，吞咽相關的動作觀察能顯著改善腦卒中吞咽障礙患者的吞咽相關時間學參數，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用相對較少，且觀察指標多在吞咽行為學層面，其恢復的具體機制仍需進一步探究。

4 小結

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系統疾病的康復，旨在重新激活或修復受損的神經回路，重建運動功能，具有應用成本低、操作簡單、無明顯不良反應、患者容易接受等優點，利于在臨床應用及推廣，同時也可作為遠程康復的重要技術手段[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，通常對患者的認知和視力有一定要求，進而限制了該療法的應用范圍。此外，目前動作觀察療法的實施也缺乏一定的統一性和規范性，不同研究中的治療方案(如視頻內容的設定、觀察和執行的時間、療程、評價指標)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備來進一步規范和實施標準康復方案或技術指導，可能會進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作為輸出設備，若能與現代科技元素相結合，如：虛擬現實技術、腦-機接口等技術等方式，進一步改變視覺的呈現模式，強化患者的觀察效果，可能有益進一步提升療效。