近年来,每年新增脑卒中病人200万例[1]。而脑卒中的高致残率使得病人生活依赖程度高,生活质量显著下降。其中上肢及手功能的丢失成为生活独立性差的元凶。随着镜像疗法在脑卒中上肢康复领域应用地不断深入与镜像工具的不断创新,其治疗效果受到广泛好评,成为脑卒中后上肢功能恢复的新曙光。

1 镜像治疗的作用机制

1.1 神经生理机制 20世纪90年代意大利著名神经科学教授Rizzolatti的研究团队采用单细胞记录技术,在恒河猴大脑皮层额叶第5区与顶下小叶(inferior parietal lobule, IPL)相继发现镜像神经元[2]。在随后的成像技术中功能性磁共振(FMRI)及脑电图等客观指标中也同样发现人类大脑中的镜像神经元踪迹。目前多数观点是:镜像神经元系统(mirror neuron system, MNS)主要位于人脑前运动皮质(premotor cortex, PM)、额下回(inferior frontal gyrus, IFG)、IPL,而这也正是动作执行和观察的核心区域位置,在一项集合了125 个人类FMRI研究的Meta分析也肯定了这个结论[3]。庄卫生等[4]将FMRI作为镜像神经元激活程度的检测,使得试验中镜像神经元激活情况可视化。在他的试验中,FMRI检查一般采取block-sign方案,并选择与躯体运动相关的脑区如初级运动区(MI)、运动前区(PMC)、补充运动区(SMA)。动作疗法在FMRI上的效果表现为MI、PMC及SMA等区域激活体积较治疗前显著增加,其中以支配手及上肢区为主的脑区激活体积增加尤为突出。Calmels等[5]发现在观察动作和实际执行动作过程中,两者同步记录的脑电图显示出相同被激活的脑区。

总而言之，在实施镜像疗法过程中能激活MNS包括顶额镜像系统和边缘镜像系统[6],促进大脑重塑,使得病人功能得到提升。

1.2 视觉反馈 镜像疗法又被称为镜像反馈疗法。脑卒中病人在执行双侧对称性活动时,在大脑发出健患侧同步运动指令的同时可观察到来自平面镜中的正常运动,带来中枢到外周的完整输入传出通路[7]。镜像疗法使得患侧运动能力强化,患侧肢体得到更多的使用,增加患侧肢体存在感,减轻习得性废用[8]。这一原理同样可用于改善单侧忽略[9]。最近国外学者对1例左侧偏瘫的脑卒中病人使用机器人联合镜像疗法,病人在双侧执行对称性活动的治疗后,FMRI成像显示右侧顶上小叶下部脑活动显著增加,提示本体感觉增强的可能性[10]。

2 镜像工具的演变

传统的镜像疗法是依托于一面垂直立于桌面的平面镜,最早应用于幻肢痛与脑卒中后偏瘫[11]。主要利用视错觉的原理,以健侧肢体主动活动的平面镜反射影替代患侧肢体活动的视觉效果,最终达到恢复运动和减轻异常感觉的目的。镜盒是镜像治疗的常规工具,Lin等[12]利用镜盒与网格手套作为治疗工具,实施镜像治疗时,双侧上肢同步进行功能性活动,明显提升了试验中43例病人的运动功能,同时有效减少了上肢运动时共同运动中肩外展的发生率。Michielsen等[13]在常规的垂直于桌面平面镜的基础上,在健侧上方加一档板以减少健侧活动对患侧的干扰,使得治疗环境简单化,其对40例病程3年以上的脑卒中后遗症期病人进行试验,其中镜像组的FMRI显示运动激活区域由初级运动皮层区向偏瘫侧转变,但治疗效应在停止试验后未有延续。Kim等[14]则将平面镜置于可折叠面板上,患手活动由折叠板遮盖,且面板与健患手间距离可根据需求调节。Lee等[15]用电脑显示屏、摄像头及木盒,将数字成像技术融入镜像工具,代替了传统平面镜装置的镜像工具,使得健手活动信号通过摄像头捕捉投影于电脑显示屏上,患手由桌面上的木盒遮挡,将光学成像转变为数字成像,使得微小的运动信号都得以被捕捉从而转变为视觉信号,且信号传播实时准确度高。Beom等[16]在数字成像的基础上,将虚拟现实游戏应用于镜像治疗,同时使用传感器记录健侧活动,患侧由外骨骼机器人提供辅助,外骨骼机器人纠正及补偿计算机计算出的患侧与健侧用力的差异,使得健患侧做到同步运动。Nam等[10]对1例56岁左侧偏瘫的脑卒中男性病人使用双轴机器人结合镜像疗法,经历为期2周共10次,每次30 min的双侧活动后,FMRI显示右侧顶上小叶下部脑活动明显增加,预示治疗引发本体感觉增强。

镜像工具演变经历了从最基础的平面镜、镜盒、可折叠调节距离的镜像折叠板、在不同平面镜的基础上健侧加遮挡物等到虚拟数字成像技术,最后到机器人辅助下的虚拟情景游戏,已经发生了从光学成像到数字成像的重大转变。从动作操作角度讲,从最简单的主观人为干预的训练方式过渡到人工智能参与的智能化辅助,从而最大限度地实现健患侧同步活动,其中虚拟游戏的加入使得训练变得趣味化,增加了病人的积极性与参与感,希望未来虚拟游戏能更丰富,适应更多病人对功能改善个性化的需求。以上的转变展现了镜像工具创新性,提升了镜像疗法与临床工作的结合度。