基于镜像神经元理论相关治疗技术在康复医学中的应用研究进展

徐倩岚 钟吉咪 徐守宇⋆

镜像神经元是最早偶然发现于猴子大脑运动前皮质区的一类神经元，目前已证实在人类大脑中也存在着镜像神经元，且与情感、认知、运动、学习等密切相关。基于镜像神经元理论的相关治疗技术主要包括：镜像疗法、动作观察疗法、运动想象疗法、虚拟现实技术等。作为近年来新兴的康复治疗技术，其在康复医学中的应用价值及潜力越来越受到重视。本文对镜像神经元及其相关治疗技术进行阐述，探讨近年来基于镜像神经元理论的治疗技术在促进肢体运动及言语功能康复方面的研究进展。

1 镜像神经元概述

镜像神经元是20年前发现于猕猴大脑前运动皮层的一类神经元，这些神经元在猕猴进行类似抓取动作时才活跃，同时在观察到人或其他猴子执行相同动作时也会被激活，因此被认为在动作执行和行为观察方面起着至关重要的作用，是行为理解的基础。到目前为止，镜像神经元只能在猕猴、人类和鸣禽中找到，且在灵长类进化过程中保持其共同特性［1］。随着深入研究的开展，镜像神经元广泛功能也被大家所认知，除普遍认识的运动理解、模仿外，神经心理学家也发现其在感受模拟、共情、情感认知、意向阅读、语言习得、语言进化、手势交流、言语感知、语言加工、审美体验等方面发挥作用。此外镜像神经元功能异常还被认为与自闭症、精神分裂、唐氏综合征、烟瘾、肥胖等一系列疾病密切相关［2］。

由于镜像神经元的独特作用，较多研究者探讨其在人大脑中的分布，但有异于猴的直接试验，加上镜像神经元独特的功能属性，对人脑中镜像神经元的分布证据多是间接的，主要通过无创技术包括经颅磁刺激、脑功能成像研究、肌电信号采集等获得，同时这些技术也能够作为相关治疗的评估手段。已有大量研究表明，人脑中镜像神经元主要存在边缘镜像系统和顶额镜像系统，前者由杏仁核、脑岛、前额叶皮质等构成，后者由前运动皮质、中央前回下部、Broca区、顶下小叶嘴侧和额下回后部等构成［3］。Brunner等［4］采用功能磁共振评估脑卒中后1～2周和3个月患者在观察和执行手部运动时的神经元活动情况，结果发现在动作观察和执行期间，患者的顶叶、中央前回，岛叶和颞下回中观察到神经元的激活。在颞下回、丘脑和与运动有关的区域如运动前区，辅助运动皮层（BA4，BA6）能观察到集中激活，此外小脑和运动前区活动增加与手臂运动功能改善相关。Chang［5］通过测量脑电图的α和β波来评估受试者大脑皮层的激活情况，并进行4周的镜像疗法干预。结果发现在手部运动观察期间初级运动皮层及前运动皮层均被激活。同时少量实验还发现镜像神经元系统具有一定的可塑性，而脑的可塑性正是脑损伤后功能恢复的基础。如Mehta［6］采用重复经颅磁刺激刺激左侧额下回，观察镜像神经元系统在有目的性的和单调的运动观察期间能否激活运动系统反应，结果发现重复经颅磁刺激刺激能够适应性调节镜像神经元系统的特性。

2 镜像神经元相关技术在运动功能康复中的作用

在康复医学中运动功能的康复一直是人们关注的焦点，对于镜像神经元相关技术的应用也多集中于脑卒中等脑损伤相关疾病中。由于上肢功能障碍对于较多日常生活活动的执行非常不利［7］，同时手部运动又与镜像神经元系统的激活密切相关，因此诸多研究［8］均表明镜像神经元相关技术能够改善脑卒中患者上肢运动功能。在促进康复的主要变量中，镜像疗法在促进急性和慢性卒中患者上肢功能恢复方面比常规康复更有效［9］。同时与常规治疗比较，镜像疗法及功能电刺激均能改善亚急性脑卒中患者的上肢功能，同时在改善患者手部技巧性运动方面镜像疗法比功能性电刺激更有助益［10］。还有研究将功能性电刺激与镜像疗法相结合发现其对于非常严重的上肢功能障碍的急性中风后患者是非常有益的［11］。也有研究将镜像疗法与其他治疗技术进行结合应用。Arya等［12］发现任务导向下的镜像疗法有利于偏瘫患者上肢灵活性，协调性和力量的提高。运动想象疗法与镜像疗法也进行了对比研究，发现与主动运动相比，在屈腕运动中，运动想象与镜像疗法能够诱发更强的肌电活动且两者之间无显著差异［13］。

对于传统的镜像疗法，有研究［14］认为在治疗过程中通过观察健侧手的运动可以激活感觉运动皮层促进患侧肢体功能恢复，但在此过程中患侧肢体并未运动，因此设计了镜像机器人系统，在进行镜像运动观察的同时通过机械外骨架带动患肢的同步运动来增加本体感觉的输入，2周后患者的上肢痉挛状态及运动模式均得以改善。除改善上肢运动功能外，也有部分研究对镜像疗法、虚拟现实技术等在改善脑卒中患者下肢功能方面的作用进行了研究。Arya等［15］认为基于运动的镜像疗法有助于患者下肢运动功能恢复，改善慢性卒中偏瘫患者的步态，且Lee等［16］研究发现动作观察训练和镜像疗法均能够提高脑卒中患者的平衡功能，改善步态。此外与促进上肢功能恢复的研究结果类似，结合镜像疗法和神经肌肉电刺激的治疗能够增强患者下肢肌力、减少卒中患者足下垂的痉挛状态，改善患者平衡功能及步行能力［17-18］。而对于慢性卒中患者，采用基于镜像疗法的虚拟现实技术和常规康复治疗方案比较，在改善患者下肢功能方面也可能更为有利［19］。

除对上肢及下肢运动功能恢复的研究外，还有部分研究对其他运动功能的康复也进行探讨。Miura等［20］对一例10年前丘脑出血后出现不自主运动的患者采用重复促进性训练、任务导向性训练及药物治疗后无法改善的情况下进行镜像疗法干预，患者的不自主运动明显减少，且功能性活动较前改善。另一项研究［21］也发现镜像疗法能够改善面部运动，可作为治疗中风后中枢性面瘫的有效方法。因此可以预见镜像神经元相关治疗技术在促进肢体功能恢复方面还有着更为广泛的应用，目前的相关研究也有待进一步拓展。

3 镜像神经元相关技术在言语功能康复中的作用

既往对于镜像神经元理论相关治疗技术的研究多集中在促进肢体运动功能恢复方面，对于改善患者言语功能恢复的关注及相关研究较少。而有研究表明语言和应用的神经学基础在左侧额叶和顶叶有着惊人的重叠，左半球卒中后失语症和失用症的发生率非常相似，均占40%［22］，而镜像神经元的主要特性是在观察手和唇部运动与执行相同或相似运动时的反应一致。因此有理由相信镜像神经元理论相关技术在改善肢体运动功能的同时对于言语功能的恢复也有一定的作用，且手或唇部运动的执行或观察在言语功能康复中有着特定的作用。

认知理论认为语言的理解涉及行为表达中感知-运动的反复推演。Moody-Triantis［23］通过功能磁共振成像研究发现，语言诱导的活动与初级躯体感觉及运动皮层的手运动执行具体表现模式并不一致，但与运动计划相关的运动前区和顶叶区重叠，且在运动前区中，右手动作和指令引发的活动比左手更明显。这表明语言理解引发了针对特定手势的运动推演，类似于多模式的运动计划而不是全部的运动重现，语言理解和运动执行与优势手的具体表现一致，且与既往的运动体验相关。Snyder等［24］通过研究发现手的运动能够增强口吃患者语言的流畅性，由此可见手的运动与语言的理解甚至表达密切相关。

目前动作观察疗法在促进言语功能恢复方面的作用已被多项研究证实。一项以无声视频的形式为患者提供代表正确发音的目标词的唇部运动的研究发现，无声的视觉运动提示确实有助于单词检索和口语表达，并可能有益于慢性Broca失语患者的词汇再学习［25］。Grechuta等［26］也发现对于指令动作进行系统的重复的动作观察训练有利于提高非流畅性失语的恢复。在非流畅性失语患者行为观察训练前后进行静息态fMRI检测发现右侧感觉运动神经网络发生了功能连接性的显著变化，并伴随着真实语境中不同语言单元的显著改善，相反在主题词语境中获得的言语恢复并没有相匹配的功能性改变［27］。这表明真实语境环境行为观察可能更有利于非流畅性失语的康复。国内相关研究［28］也发现基于镜像神经元理论的动作观察疗法联合常规语言康复训练可显著改善脑卒中后非流畅性失语患者的语言功能。以上研究均表明对于手或唇部的动作观察疗法能够改善非流畅性失语患者的言语功能，但对于流畅性失语的相关研究未见报道。

除动作观察疗法外，运动想象疗法也能够促进言语功能的恢复，Marshall等［29］发现在特定的专注冥想后，患者言语的流畅性能够出现即刻的改善，此外有学者也对语言功能区与镜像神经元系统间的关系提出质疑，如Cerri［30］通过神经影像学和术中神经生理学技术研究发现Broca区较少参与到行为观察中，同时在手和发声肌肉也没有运动的输出，这表明镜像神经元系统可能涉及语言的表达而不是语义成分。但目前类似的研究较为缺乏，同时其他基于镜像神经元理论的相关治疗技术在言语功能康复中的应用研究还有待进一步开展。

4 展望

镜像神经元的发现及相关治疗技术的发展给康复医学带来新的机遇与挑战，镜像疗法等技术应用成本低、操作简单、无明显不良反应等优点有利于其在临床中的应用与推广，但在继续丰富对肢体运动功能和言语功能的研究同时，基于镜像神经元理论的相关治疗技术还需要与现代科技元素相结合，如增强现实技术、辅助机器人技术等，同时其在康复医学中的应用范畴还有待拓展。