基于镜像神经元与具身感知可塑性的“视-动/感”整合训练对脑卒中上肢功能的作用与多维脑机制

Approximately 70% of stroke patients are disturbed by sensorimotor dysfunction. Conventional sensorimotor training can ameliorate that to a certain extent but always encounters bottlenecks. Mirror neuron based mirror therapy and action observation treatment among others promote the motor function in patients via the visual-motor pathway while there is limited improvement in the sensory function. However, the enhancement of sensory function and the remodeling of sensory neural circuits are greatly conducive to the promotion of motor function. Researches based on embodied perception theory have indicated that observation of sensation stimulation (such as touch and vibration) via the visual-sensory pathway may promote the improvement of sensory function and the plasticity of sensory neural circuits. Therefore, whether the integration of action and sensory observation training (visual-motor/sensory) can enhance the treatment efficacy by means of inducing more extensive remodeling of sensorimotor circuits? No reports yet. The findings in our preliminary experiment suggest that the integration of action and sensory observation (visual-motor/sensory) is more robust than the action observation (visual-motor) alone in terms of activating motor neural circuits. Therefore, on the basis of our previous work, two projects regarding mirror neuron and embodied cognition, our study aims to investigate the effects of the virtual reality-based integrative visual-motor/sensory training on the upper extremity sensorimotor function in stroke patients and to reveal the brain mechanisms by multimodal brain imaging as well as electrophysiological technology. It will provide a novel method for the rehabilitation of upper extremity function after stroke as well as new experimental evidence for the mirror neuron and embodied perception theory with vast application prospects and major theoretical significance.

脑卒中患者约70%有运动感觉障碍。常规的运动感觉训练可一定程度改善功能但也常遇到瓶颈。基于镜像神经元的镜像疗法、动作观察训练等从“视-动”通路改善患者运动功能，但感觉功能改善有限。而感觉功能提高及神经环路重塑对运动功能促进很大。具身感知相关研究发现，对于感觉（如触觉、振动）的观察可以通过“视-感”通路促进感觉功能改善和神经环路重塑。动作与感觉观察整合（视-动/感）训练是否可通过促进更广泛的运动感觉环路重塑来提高疗效？尚未见报道。本课题组预实验发现动作感觉观察整合（视-动/感）较单独动作观察（视-动）引起更强运动神经环路激活。本研究在镜像神经元、具身认知两个项目基础上，探讨基于虚拟现实技术的“视-动/感”整合训练对脑卒中上肢运动感觉功能的作用，并借助多模态脑成像和电生理技术揭示脑机制。为脑卒中上肢功能康复提供新方法，为镜像神经元和具身感知理论提供新证据，有着广阔的应用前景和重要的理论意义。

中国脑卒中发病率最高，每年新发高达250万例左右。脑卒中患者约70%有运动感觉障碍。常规的运动感觉训练可一定程度改善功能，但也常遇到瓶颈。临床上基于镜像神经元理论的镜像疗法、动作观察训练从“视觉-运动”通路改善患者运动功能，但感觉功能改善有限，从而限制肢体整体功能恢复。本研究基于镜像神经元和具身认知理论，突出感觉观察干预的重要性，并验证其改善上肢功能的作用与脑机制。本研究包含4个部分，主要干预是对脑卒中偏瘫患者进行常规的镜像疗法（MT）训练和镜像疗法加上感觉刺激观察训练（改良MT，即MMT），以及手动作观察训练（AO）、手动作观察+感觉刺激训练（AO-SS）、手动作观察+感觉观察训练（AO-SO）。通过Fugl-Meyer上肢运动功能评定量表（FMA-UE评分）、手灵活性即盒子和木块测试（BBT评分）、日常生活能力（Barthel指数评分）来判断感觉观察训练改善上肢运动功能有效性。并通过患者和健康被试的静息态fMRI（zALFF值、zReHo值）和任务态fMRI（脑区激活）、经颅磁刺激运动诱发电位（TMS-MEP）来判断感觉观察训练改善上肢功能的可能脑机制。研究发现，与常规MT相比，MMT干预后FMA-UE显著提高。与单纯手动作观察训练相比，手动作观察+感觉观察训练引起更多FMA-UE提高。静息态fMRI显示，AO、AO-SS、AO-SO三组引起zALFF值、zReHo值显著变化的脑区各有不同，但尚未发现三种训练条件下脑激活强度和局部一致性的显著差异。而任务态fMRI显示，SO、SS两任务都能够激活双侧中央后回，左侧中央前回，双侧颞中回，右侧缘上回和左侧辅助运动区；差异在于SO比SS更能够激活中央前回，而SS比SO能激活更多的中央后回。因此，本研究总的发现是，在常规镜像疗法或手动作观察疗法的基础上增加感觉观察训练可以更有利于促进脑卒中患者上肢功能恢复，这种作用可能与感觉观察能够额外激活更多的感觉运动皮质促进其重塑有关。本研究结果为脑卒中临床康复提供了新的思路和干预方法。