脑卒中后运动神经网络重组的横向功能磁共振研究*

东南大学附属中大医院 放射科

刘圣华 储成凤 杨明 刘斌 魏松宇

脑卒中后运动神经网络重组的横向功能磁共振研究*

东南大学附属中大医院 放射科

刘圣华 储成凤 杨明 刘斌 魏松宇

目的 利用功能磁共振成像研究运动功能不同程度恢复卒中患者被动运动任务时大脑的激活差异。方法对20例卒中患者分别行双侧腕关节被动运动的功能MRI扫描，采用SPM2软件进行数据分析和脑功能区定位。 结果 不同恢复程度的卒中患者患肢腕关节被动运动激活脑区不同：恢复较好者，以对侧感觉运动区（SMC）、同侧小脑、双侧辅助运动区（SMA）激活显著；恢复不好者，远隔部位激活较显著。患者健肢激活脑区及面积均未见明显差异。 结论 对侧SMC及SMA对运动功能恢复起至关重要的作用；健侧大脑半球的代偿作用对患肢运动功能的恢复影响较大。

卒中康复，功能磁共振，运动系统，神经重塑

脑卒中后40%的病人通过治疗可康复，说明功能康复的潜力较大。但目前对康复的机制和康复的决定因素目前还不十分了解, 脑卒中后脑功能恢复与重建过程的生物学机制尚未完全阐明，脑组织究竟如何恢复，一直是人们非常感兴趣的问题。功能磁共振成像具有无创性、可操作性及可重复性[1-4]，可以在活体进行，在当前的脑卒中后的运动功能恢复研究中有重要价值。本组实验在笔者以往正常老年人腕关节被动运动研究的基础上[5]，进一步分析卒中患者运动功能恢复的可能机制。为康复的机制提供理论依据。

资料与方法

1.病例选择 卒中患者20例，年龄40～81岁，平均年龄62.6±9.3岁，初发缺血性单侧梗死患者12例（DWI证实），累及右侧患者9例，左侧11例。病例入选标准:①首次缺血性脑梗死所致偏瘫，不同程度运动性偏瘫为主，无肌张力增高，认知能力较好，能够配合实验；②无药物成瘾及酗酒史，既往无神经系统及精神疾病病史；③经中国人利手判定标准调查，均为右利手;④于发病后2个月入组行脑功能实验；⑤无MRI检查禁忌症。实验设计方案经东南大学附属中大医院伦理委员会论证并同意。所有被试均知情同意，并签署知情同意书。

2.检查方法 采用Philips公司1.5T超导型Eclipse磁共振成像系统。扫描中先使用自旋回波脉冲序列获取18层横轴面T1W1解剖图像。接着采用BOLD技术, 应用单次激发成像梯度回波序列，在T1WI同样的层面上进行功能成像。然后对每个受试者作全脑容积扫描以获得全脑3D图像，容积扫描3。

3.任务设置 本实验采用组块设计。运动任务设置为腕关节的被动背伸运动。腕关节放置于自制腕关节背伸托板上，其最大抬高角度为45°，由固定的辅助实验人员利用该托板被动抬高腕关节。运动频率为1Hz，由E-prime编成声音频率为1Hz的文件,由磁共振机EPI序列脉冲控制计算机自动同步播放。辅助实验人员通过特殊脑功能刺激装置(深圳市美德医疗电子技术有限公司)的耳机接听声音指令对受试者进行腕的被动运动及休息。被动运动18s，休息15s，共重复5次，以休息状态开始，休息状态结束，时间共180s。所有受试者先进行左腕、后进行右腕的被动运动时的EPI扫描。

4.神经运动功能量表评定 本实验对缺血性卒中后患者进行运动量表的测量，判断卒中后运动功能的恢复程度。运用的量表为：美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS），改良Barthl(modified Barthel index,MBI)指数,Fugl－Meyer（Fugl Meyer assessment,FMA）中的上肢评价法，量表的评定由康复科固定高年资主治以上医师评定。

5.统计学处理 采用MATLAB平台的SPM2软件系统对fMRI实验数据作统计分析。计算SMC（sensorimotor cortex,感觉运动皮质）、PMC（premotor cortex，运动前区）、SMA（supplementary motor area，辅助运动区）激活的差异及偏侧性指数（laterality index，LI）。观察不同程度脑卒中患者SMC、PMC、SMA激活的差异及偏侧性指数的差异，评价功能重组在运动恢复中的作用，并与正常对照组进行对比。

结 果

1.根据患者NIHSS，MBI, FMA等结果评价患者恢复程度并将患者分为3组：A组：恢复较差者（患肢腕关节已无功能）6例；B组：恢复中等者（患肢腕关节已远部分功能恢复）7例；C组：恢复较好者（患肢功能与正常者无区别）7例。

2.三组激活脑区分析比较结果

2.1三组患者腕关节被动运动激活脑区部位不同（图1）：①A组患侧被动运动时，主要运动功能区（SMC-IL、双侧SMA、PMC-CL、PPCCL）激活较少，前额叶、岛叶、基底节区及扣带皮层双侧大面积激活较显著；②C组患侧被动运动时，主要运动功能区激活较明显，前额叶、岛叶、基底节区及扣带皮层等脑区未见明显激活，与健侧激活模式较接近；③B组患侧被动运动时，脑区激活模式居于较差及较好两者之间。

2.2三组患者腕关节被动运动激活脑区面积不同：①患肢运动：三组间，（见表1）双侧SMC、SMA及同侧小脑半球的激活面积差异是有统计学意义的， C组激活面积较大，A组激活面积较小，其他脑区与运动恢复无明显关联。②患侧腕关节被动运动时的SMC激活区，A组与C组偏侧性指数有差异，A组与B组比较无明显差异，即A、B组在对侧SMC激活面积增多的同时，同侧（健侧）SMC激活增加的更为明显（见表2）。

2.3①三组健侧腕关节被动运动激活脑区部位较接近（见表3），均表现为SMC、SMA、PMC-CL、PPC-CL的规律激活，前额叶、岛叶、基底节区及扣带皮层未见明显激活；三组健肢被动运动脑区激活面积无明显差异，均接近正常组患者激活模式。②恢复较好的患肢与健侧诸脑区激活中（见表4），健侧对侧SMC激活体积较患肢多，差异有统计学意义。

表1 患肢运动双侧SMC、SMA、CER激活面积及F、P值（P<0.05作为检验水准）

表2 感兴趣区SMC的偏侧性指数（LI）（P<0.05作为检验水准）

表3 健肢运动双侧SMC、SMA、CER激活面积及F、P值（P<0.05作为检验水准）

表4 恢复较好者患肢与所有3组健肢脑区对比（P<0.05作为检验水准）

讨 论

运动功能重组的fMRI研究大多采用横向[2]及纵向模式[3]。横向(cross－sectional)研究是指在卒中后某个时期进行的脑成像研究。研究脑卒中后受损运动功能重建的方法之一就是观察卒中病人康复后与正常人的区别及患肢与健肢的区别。大多数的研究对象是脑卒后功能恢复良好的病人，而对功能恢复不好的病人报道较少，这是因为研究时的任务多选择为主动运动，本实验克服了以上的局限性，采用了被动腕关节的运动任务研究卒中后脑功能的改变。

脑损伤后功能重组的机制包括系统内和系统间的功能重组。系统内的重组是在同一系统内，相同或不同水平上出现代偿。系统间重组是指由另一个在功能上完全不同的系统来代偿。我们发现脑卒中C组（恢复较好者）患侧腕关节被动运动激活的主要脑区，即激活面积较大的脑区依次位于对侧SMC、同侧小脑和双侧SMA，与前期实验正常组平均脑激活方式较一致，而恢复不好的患者则激活更多其它的脑区，如岛叶、基底节区、额叶、扣带皮质，这些区域多呈双侧大面积激活。这与 Weiller[5]、Ward等[6]诸多国外研究者研究结果较一致。对于对侧小脑、PMC、PPC等非主要运动脑区恢复较好者与中等者、较差者无明显差异。近年来越来越多的研究进一步证实了脑梗死后不同时期均可以观察到这种患肢运动所引起的广泛脑区激活[3]。本实验中岛叶、基底节区、额叶、扣带皮质远隔部位的激活可能就属于系统间重组的模式。未完全恢复患者中以岛叶、基底节区、额叶、扣带皮质远隔部位的激活较明显，即以系统间重组为主；而恢复较好者未见此种脑功能重组模式的出现，而仅仅表现为脑区面积的明显增大，向正常组激活模式靠近，及系统内重组为主。因此，考虑可能是系统内重组对患肢运动功能的有效程度更高一些，或者是系统内重组达不到完全康复的水平时，进而才依赖系统间重组来弥补部分功能。

对于恢复程度不同的患者激活脑区的不同面积中，双侧SMC、SMA及同侧小脑半球的差异是有统计学意义的，恢复较好者激活面积较大，恢复差者激活面积较小，其他脑区与运动恢复无明显关联。这说明双侧SMC、SMA及同侧小脑半球的激活对于患肢功能的恢复有极其重要的意义。这种对侧SMC损伤灶周边区域激活及同侧SMC的激活对功能恢复的重要作用也见于多位学者的报道[6，7]。

患侧腕关节被动运动时，A组与C组偏侧性指数有差异，A组与B组比较无明显差异，即A组在对侧SMC激活面积增多的同时，同侧（健侧）SMC激活增加的更为明显。健侧半球SMC的激活参与了很重要的功能重组。国外学者song等[8]也发现了健侧半球对运动功能恢复起到一定作用。动物实验发现，康复训练可以提高实验性脑梗死后老鼠的运动功能，并导致健侧半球运动皮层树状突的生长[9]。

脑卒中组恢复较好者患肢与健侧运动功能无明显差别，激活模式较相似，但对侧SMC的激活存在差异，考虑患侧大脑SMC激活模式与健侧脑SMC皮质还是存在一定的差异性，这种差异在患肢运动时通过健侧脑功能可以充分重组补偿，故运动功能还可以保持正常水平。而健肢被动运动激活脑区较一致，且脑区激活面积无明显差异，均接近正常组患者激活模式。

可见主要运动功能区及辅助运动功能区对运动功能恢复起至关重要的作用，当主要运动功能区及辅助运动功能区受损激活减低时，远隔部位亦参与代偿激活，但其代偿功能在运动恢复中作用较有限；健侧大脑半球的代偿作用对患肢运动功能的恢复影响较大，而健肢运动时，患侧大脑对其影响较小。

综上所述，卒中后患者联合正常组老年人的fMRI研究能够较为明确地得出不同恢复程度患者脑区激活的差异性，为临床康复治疗提供理论依据。

1. Hlustik P, Solodkin A, Noll DC, et al. Cortical plasticity during threeweek motor skill learning[J] . J Clin Neurophysiol,2004,21(3):180-191.

2. Cramer SC,Shah R,Juranek J,et al.Activity in the Peri-Infarct Rim in Relation to Recovery From Stroke[J].Stroke,2006,37(1):111-115.

3. Binkofski F, Seitz RJ.Modulation of the BOLD-response in early recovery from sensorimotor stroke[J] .Neurology. 2004 ,63(7):1223-1229.

4. 尹昳丽 杨小庆 刘斌。正常老年人与轻度认知功能障碍患者计算任务的功能磁共振研究[J].中国CT和MRI杂志，2008, 6 (4): 7-10。

5. 刘圣华，储成凤，杨明。fMRI观察正常老年人腕关节被动运动下脑激活区[J]。中国医学影像技术，2008，24（11）：8-11。

6. Schaechter J D , Perdue K L .Enhanced Cortical Activation in the Contralesional Hemisphere of Chronic Stroke Patients in Response to Motor Skill Challenge[J].Cereb Cortex,2008; 18(3): 638 - 647.

7. Yun-Hee Kim, Sung H. You, Myoung-Hwan Ko, et al,Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation–Induced Corticomotor Excitability and Associated Motor Skill Acquisition in Chronic Stroke[J].Stroke, Jun 2006; 37(6): 1471 - 1476.

8. Song Y M ,Lee JY ,ParK JM,Yoo BW,Roh JK.Ipsilateral hemiparesis caused by a corona radiate infarct after a previous stroke on the opposite side[J].Arch Neurol,2005,62(5):809-811.

9. Biemaskie J, Corbett D. Enriched rehabilicative training promotes improved forelimb motor function and enhanced dendritic growth after focal is chemic injury [J].J Neurosci,2001,21(14):5272-5280.

10.刘洪武，陈艳. 脑肿瘤卒中的发病机制与HRI表现[J].中国CT和MRI杂志，2005, 3 (3): 19-21.

The plasticity of motor neural net After stroke：a cross-sectional functional MRI study

LIU Sheng-hua，CHU Cheng-feng，YANG Ming，et al. Department of radiology,Zhongda Hospital,Southeast University,Nanjing 210009,China

ObjectiveTo study the similarities and differences of hand motor area in the patient with cerebral infaction during passive wrist movement with functional magnetic resonance imaging.MethodsTwenty stroke patients were scanned while they were performing the passive movement tasks with their right and left wrist and SPM2 was adopted to process the fMRI data and to localize the functional areas.ResultsThe area activated in different degree of recorvey were different£ºfor the subject with better recovery, contralateral sensorimotor cortex, ipsilateral cerebellum and bilateral SMA were activated; the patients with relatively bad recovery have significantly activation in some distant area.ConclusionContralateral sensorimotor cortex and bilateral supplementary area play an important role in the recovery of motor function.

stroke recovery; functional MRI; motor system; neuronal plasticity.

R743;R445.2

A

东南大学科技基金资助

项目（KJ0790300）；部分受973项目

资助（2007CD512303）

(210009)江苏省南京市东南大学附属中大医院放射科 储成凤

2009-10-18