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上肢机器人在脑功能重塑理论中的临床应用 人类的大脑功能可以通过外界的刺激而重塑，这种现象已经广泛的被医学界所认可。而且，有很多实验也都证明了脑功能重塑和神经可塑性的理论，例如，Elbert 等人通过对弦乐器演奏家的大脑进行研究发现演奏家的手指的功能区域明显增大；Pscual-Leone通过对使用布莱叶盲文的盲人读者的大脑皮质进行研究发现，盲人的手指运动感觉皮层代表区面积会扩大，且这一区域会随着阅读活动而波动变化；Chen等人通过对环境因素对大脑的刺激发现某些大脑回路会因环境刺激产生改变。 针对脑损伤的康复治疗，其采用的康复方法是基于以脑功能重塑和神经可塑性的理论为基础发展的，其中近来电脑控制的机器人康复技术就最具有代表性。。那么，到底具备什么功能的康复机器人才能满足神经损伤患者的康复需求？我们就从理论和临床应用两个方面进行阐述。 一、理论基础 图1.1脑神经功能重塑示意图 1.可塑性大脑皮质的解剖学基础 通过对大脑进行研究我们了解人体大脑特定功能源于大脑的某一区域，因此大脑被划分为不同的功能区域，如感觉区、记忆区、语言区、识字区和运动区等 2.脑功能重组的观念 对于大脑损伤后的功能结局我们可以通过康复的手段来进行改善，这也与现代的康复理念相一致。国际神经损伤和脑卒中研究所于2009年提出“康复中最重要的不仅仅是治疗患者的残障，而且要让他们重新学习运用已失去的身体功能”；“这种再学习实现的基础为脑功能重组理论，即脑神经结构间产生新的连接和重组，以新的方式完成已丧失的功能...”。 脑功能重组在表现上分为两个方面：①新的神经连接在不断使用下会变得非常活跃和稳固；②缺乏相关使用会让连接变得很弱，直至消失。这与我们常说的“用进废退”现象相一致。 3.脑功能重组的机制 脑卒中导致脑部受影响部位的脑神经细胞死亡，这些死去的神经细胞会引起各种功能障碍，包括运动功能障碍。通过前述的大脑皮质解剖学基础我们已经知道了大脑功能是通过不同的功能分区实现的。所以，临近的未受损的脑神经细胞具有潜在的代偿能力，但它们之间需要建立连接，这种连接可以比喻为就像一颗大树被折断了树枝，新的枝芽仍可再生连接并变得稳固，在这个过程中，有效的康复训练可加速连接的过程并提高活动能力，而且通过这种康复训练可以让患者在损伤后数周、数月，甚至数年后都可能发生神经结构的可塑性改变。 既然脑功能重组是通过使未受损的脑神经细胞与功能区建立联系而实现的，那么在连接过程中就会表现出双面性：①正确的使用或康复训练能改善运动功能并提高ADL的表现，②错误的使用或训练会产生各种误用综合征，如肩手综合征等。这提示我们在对患者进行康复治疗时要建立正确的运动模式。 4.脑功能重组的影响因素 通过前人对临床康复实践和脑功能重组的机制进行研究，我们发现想象疗法、康复训练的内容、康复训练的时机、康复训练量和环境因素的影响是脑功能重组的主要影响因素： 想象疗法：让患者对治疗动作在大脑中进行想象、模拟和重现，这可以促进感觉运动皮层功能重组，改善运动功能和提高上肢运动能力； 康复训练的内容：采用任务导向性的训练能够增强梗塞灶周围运动功能区的功能性重组，改善运动功能，且在动作设计的时候采用与功能相关的活动训练能够改善患者对于肢体的运动控制能力； 康复训练的时机：在患者生命体征稳定的情况下进行早期的康复治疗能够获得更好的功能预后，但是，这种治疗依据循序渐进的原则开展，同时要避免过度训练，因为Kozlowski等人的动物实验表明，局部梗塞后即刻进行患肢的强制性使用可能会加重损伤； 康复训练量：脑卒中后患者患肢的运动量减少会造成树突棘的形成下降、突触延伸和神经生长因子的减少，而反复的进行功能性运动、增加治疗量对运动技能的恢复有显著作用； 环境因素的影响：丰富环境能促进神经可塑性改变，改善运动功能明显增强其它干预方式的效果 所以，为了获得更好的脑功能重组的效果，我们在设计康复治疗处方的时候就需要具有早期开始、在丰富的环境下（为患者提供更好的动机、兴趣、竞争等）、反复进行（动作要具有可重复性）、与功能相关的任务导向性活动训练和根据患者的承受能力制定训练内容（个体化）等条件，才能使康复治疗的效果最佳化。 二、临床应用 1.脑卒中患者运动学特点的改变 图1.2健康人上肢够物运动学特点 通过图1.2对健康人的手部运动数据分析我们可以看出它们是具有相似的运动学特点的，表现为高效的反馈和前馈控制、协调的运动；手部在运动过程中的轨迹是直的或轻微弯曲；时间-速度曲线程平滑的钟形；峰值速度出现在够物运动过程的中点。 图1.3偏瘫患者上肢够物运动学特点 我们再对图1.3脑卒中患者的手部运动数据分析可以发现，他们的患肢手部运动学特点会发生如下改变：主要表现为主动关节活动度变小、运动时程延长、运动节段增多、峰值速度降低、到达峰值速度的所需时间更