临床康复治疗中运动想象的应用及其机制研究

胡莉莉, 朱玉连, 胡永善

(1上海体育学院运动科学学院,上海 200438;2复旦大学附属华山医院康复医学科,上海 200040)

脑卒中是一组以脑组织缺血或出血性损伤症状和体征为主要临床表现的急性脑血管病,其发病率、死亡率与致残率高居不下,幸存者中约 70%～80%遗留有不同程度的残疾[1],给患者、家庭和社会带来了巨大的经济负担和社会问题。

脑卒中患者肢体功能康复包括两方面:一是有一定的自主运动能力的患者的主动训练,作用明显;二是缺少患者主动参与的被动训练,其收效甚微[2]。康复治疗界一直在寻求更有效或可补充现有治疗技术不足的方法,运动想象(motor or kinesthetic imagery,MI/KI)是近几年脑卒中康复的一种新方法[3]。

1 运动想象的相关概念

MI/KI是大脑反复排练某个动作模式而不伴有肢体动作的大脑活动过程[4,5],经常会与视觉想象(visual imagery,VI)相混淆,但两者之间却有着本质的区别。MI/KI是人们在大脑中模拟与运动相关的运动动作的感觉,以感知自身本体感觉为主。VI则将参与者作为自身肢体动作或外部运动图像的旁观者,以视觉感官意向为主,并且与空间环境关系密切[6,7]。

与 MI/KI有异曲同工之妙的表象训练则在运动训练中被提及较多,主要是运动员积极主动的对大脑中存在的运动动作或经验进行回顾、修正、发展,达到提高运动技能和情绪控制的目的,是运动心理学中的实用技术[8]。

2 运动想象的理论机制

大脑皮质运动区是运动传出的最高系统。运动冲动通过神经元联系至皮质运动区,形成运动指令,经过相应的运动神经元产生运动。同时,末梢感觉系统又将收集到的信息反馈给中枢,由此不断地修正或调整动作。脑损伤后,主要神经通路受损,信息网络的传出与传入被阻断。一般认为神经细胞变性后难以再生,但近年来研究证实,成年动物和人的大脑(特别是皮质)中存在化学和解剖方面的可塑性,其可塑性主要表现在大脑皮质的功能重组、潜伏通路的启用、神经细胞的增殖再生等[9],这为 MI/KI提供了生理学基础。

心理 -神经 -肌肉理论(psychoneuromuscular theory,PM)认为,在大脑运动中枢和骨骼肌之间存在着双向神经联系,人们可以主动地去想象做某一动作,从而引起有关的运动中枢兴奋,兴奋经传出神经至有关肌肉,引起难于觉察的运动动作[10]。运动中枢神经系统是确定运动形式的场所,脑损伤患者虽有身体功能的障碍,但其大脑中对于运动的“流程图”可能完整或部分保存。MI/KI过程即是不断将实际活动中涉及到的动作强化和完善[11],以促使运动系统中新的神经网络形成。这被认为是目前对于MI/KI支持运动学习的最有力依据。

其他如心理生理信息加工理论(psychophysiological information-processing theory)、三重编码理论(triple-code theory)、符号学习理论(symbolic learning theory)等理论都还无法圆满地解释 MI/KI的机制。

3 运动想象与实质动作的联系与区别

MI/KI的能力不依赖于动作执行的能力,而直接受大脑中枢的控制。Decety等[12]发现在写同一字母时,MI/KI与实际操作花费了同样多的时间,在行走的实验中也得到同样的结果。但是,与健康对照组相比,运动皮质病变患者及帕金森病(PD)患者则显示出在实质动作执行及 MI/KI时的运动速率下降,而脊髓病变患者在动作执行中,其持续时间延长而MI/KI速率与正常人相同[13],提示 MI/KI与实质动作效应通路可能是相同的。此外,身体转动困难者在 MI/KI时,完成意向旋转也变慢[14]。PD患者在MI/KI时,其对任务的生动性和准确性与常人无异,但却需要更多的时间[15]。这就意味着 MI/KI在一定程度上会受到机体生理条件的影响,即遵循菲特定律—MI/KI中所涉及到的动作会与实质动作一样受到类似的限制[16]。Decety等[16]发现在 MI/KI过程中,部分中枢有明显的自主反应增加,认为这个过程可能使大脑误以为某个动作将要被执行。因此,MI/KI可以被假定为一个实质动作将要被执行的预演。不少研究证明 MI/KI与实质执行的动作会发生若干相似的生理现象。

3.1 骨骼肌的反应 假如抑制一个将要被执行的动作,这种有意识的动作准备就很有可能产生肌电变化。Solodkin等[17]记录了 18例正常人相同动作在实质操作、MI/KI与 VI中产生的肌电变化,发现实质动作可产生 2 V左右的相应动作电位,MI/KI产生0.6 V的肌电,而 VI时其肌电(0.02 V)则与静息状态下无差别。周思红等[18]通过对 32例运动员的想象训练进行肌电有效值(RMS)观察,发现想象训练可以增加肌肉力量。将 19位受试者分为 MI组(9例)和对照组(10名),MI组在休息期间进行相关的收缩想象,结果发现 MI组下肢力量显著高于对照组(P＜0.05)[19]。根据这些研究结果,应用 MI/KI于临床以预防肌肉萎缩是很有潜在意义的。

3.2 大脑的激活区域 MI/KI与实质动作的激活区域有大量的重叠之处。Porro等[20]通过功能性磁共振成像(fMRI)观察正常人右手对指运动时的脑功能活动分布和强度,结果显示 MI/KI与实际运动时都出现了中央沟前缘、初级运动皮质、中央前回前部明显的功能性活动。Gerardin等[21]通过对 8例正常人进行右手手指屈伸运动的 fMRI,并用肌电图(EMG)监控手部动作,发现在 MI/KI时,EMG未显示肌电信号,但有与实际运动相似的双侧运动前区、顶叶、底节和小脑区的活化。MI/KI时主要激活的区域包括辅助运动区、上顶叶、下顶叶、背腹侧运动前区、前额叶区、额下回、颞上回、初级运动皮质、初级和次级感觉运动皮质、岛叶皮质、前扣带皮质、底节及小脑[13]。Solodkin等[15,17]的研究显示,同样的动作在 MI及运动执行中,都激活了背腹侧运动前区、初级运动皮质、次级感觉运动皮质、顶上小叶、辅助运动区,且在范围上没有显著的差异;运动执行所激活小脑范围要比 MI或 VI要广,而 MI在额下回的激活范围不及运动执行或 VI的范围。以上这些数据都是 MI有助于动作执行或动作学习的有效依据。

3.3 对其他方面的影响 自主神经系统不能被直接随意调控,但有研究[22-24]发现 MI也可引发自主神经系统的变化。在足部的 MI中,心率比休息状态增加 32%～50%,呼吸频率及二氧化碳压力也所增加。Roure等[25]对排球运动员研究,发现 MI的程度与心率、呼吸频率及皮肤导电率等成正相关。Holper等[26]发现 MI可以增加血氧饱和度。这些研究表明,MI能够对身体各方面的机能起作用。此外,MI似乎还参与运动中的平衡控制[27]。

4 运动想象在临床的应用

在运动训练中,将这种心理训练方式的功能分为认知与动机两个方面[10]。Martin等[28]在此基础上提出了更为具体的 5种类型:特定的认知想象(cognitive specific imagery,CS)、一般的认知想象(cognitive-general imagery,CG)、一般的支配动机想象 (motivationalgeneral-mastery imagery,MG-M)、一般的觉醒动机想象(motivationalgeneral arousal imagery,MG-A)、特定的动机想象(motivational-specific imagery,MS)。在临床康复领域,可根据患者本身的情况,选择不同的想象类型,如在肢体功能水平较低的情况下,选择 CS想象作为练习的主要方面,同时以MG-M想象作为辅助以增强患者的信心。

4.1 运动想象能力的评估方式及适应证

个人的想象能力是影响进行 MI的因素之一。运动想象问卷(movement imagery questionnaire,MIQ)及其修订版 MIQR、运动想象清晰度问卷(vividness of motor imagery questionnaire,VMIQ)及运动 -视觉想象问卷(the kinesthetic and visual imagery questionnaire,KVIQ)均在 Dickstein和 Deutsch的文章中得到很好的描述[7]。KVIQ是对 PD康复过程中 MI能力进行评估的一个比较好的选择[29]。患者的 VI能力可能会对介入效果产生一定的影响,但这是否能够成为排除应用对象的标准还不甚明了。

MI在运动员中广泛应用,但对于在临床中适用于哪种类型的患者还待进一步的研究。特别是对于脑损伤患者,还应该考虑其他因素,如患者的认知能力、言语能力、理解能力以及损伤部位等。

4.2 训练时间 训练时间的安排顺序及持续时间会对MI效果产生影响。在运动员的研究中发现[30],心理训练与身体训练的安排顺序对动作表现有明显的影响,心理训练在前效果较佳。此外,3 min的投篮练习任务,1 min和 3 min的心理训练优于 5 min和 7min的心理训练[10]。在临床康复的应用中,MI疗法的时间要短于物理疗法,从放松到进入想象再放松的时间在 12～15 min为宜[11]。如果想象时间过长,有可能导致一些自尊心较强的患者形成心理落差。

4.3 对任务的认知程度 以优秀弓箭手和非弓箭手为例,在射箭的 MI过程中,非弓箭手的运动前区、辅助运动区、额下回、底节和小脑都有激活,而优秀弓箭手的激活区域主要以辅助运动区为主,比非弓箭手更集中和更高效[31]。这表明对于任务的认知程度会对想象的结果有影响。在临床康复中,特别是对于脑损伤患者,其认知能力越高可能越容易完成想象任务,而对于认知能力稍差的患者可能需要投入更多的时间。

4.4 个体差异 研究发现脑卒中伴有忽略症的患者其视觉意向旋转能力更差[32]。临床康复中,个体的差异性主要表现在损伤部位、个人心理状况及配合程度等。除了上述几个因素之外,诸如外界干扰、治疗师的引导方式等都可能会对想象的效果产生影响。

4.5 运动想象的临床应用效果 MI目前在临床上并没有被广泛应用,多数还处于临床研究与探讨阶段。Crosbie等[33]采用病例自身对照研究的方法,对14例病程为 10～176 d的脑卒中患者进行研究,要求患者在原有的常规康复训练基础上,完成“伸手抓握物品”这个 MI任务。在 10例完成了整个研究的患者中,9例的上肢运动指数积分明显改善。Malouin等[34]对 12例脑卒中患者及 14例年龄和性别匹配的正常人进行下肢负重的 MI训练,发现 MI与实际负重训练相结合可明显提高被训练者的下肢负重能力。Dickstein等[35]对 1例 69岁左侧偏瘫患者运行行走的 MI疗法,持续 6周后,受试者步速增加了23%,双足支撑相减少,同时膝关节的活动度也有所增加。国内也有一些关于 MI疗法在康复中的研究报道[36-39],都发现 MI与常规的康复训练相结合能促进患者上、下肢及生活自理能力等方面的恢复,但存在样本量不足、评定方式差异等说服力低的问题。

5 展 望

MI康复方法耗时少,不需要昂贵的仪器,操作简单,而且更重要的是能充分地发挥患者在治疗疾病过程中的主观能动性,可在脑卒中康复期的任何阶段使用[5]。脑 -计算机接口(Brain-Computer Interface,BCI)技术的研究[40,41],也为 MI应用提供了新的载体。因此,将 MI治疗方法的内容与指导语进行规范化,并将其广泛推广,使很多需要康复的患者能在家实施,不仅能促进患者的康复,更能显著地减轻经济负担。当前,特别需要开展进一步的研究以了解 MI的机制、适用对象及训练原则。

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