受伤的大脑还可以重生让科学研究告诉你何

来源:OPPO欧活康研中心

中风是神经康复科常见的疾病之一,近年来中风趋向年轻化,壮年期即面临中风失能的人不在少数,因此中风后身体动作机能是否能够恢复,恢复的程度有多少,都是病患迫切想得到的信息和解答。康复治疗是目前中风后动作功能恢复的最佳治疗,经过各种康复运动的训练与治疗,病患能够逐渐拾回功能性的动作,并且重回日常生活的轨道。

中风病患如何恢复身体动作机能呢?

有很长的一段时间,人们坚信中风将造成永久性的大脑损伤和功能丧失,并且无法修复。随着医学科技的进步与发达,经由动物实验、人体实验,配合影像学分析与脑部检测发现,中风后的动作功能至所以能够恢复,是因为大脑具有可塑性(plasticity),让损伤的区域有修复的能力。

大脑可塑性BrainPlasticity

大脑可塑性可以涵盖大脑的任何变化,包括生物化学上的受体变化、神经新生和区域性的功能重划(remapping)等等现象。

大脑是人体中相当神秘的组织构造,他就像是个庞大的电路,由许多的脑神经元与突触连结所组成。大脑回路有个特点,当你愈频繁使用某个回路,回路中的神经元彼此之间的连结会强化;越不使用的回路,它的神经元之间的连结就会弱化。这样的特点造就了大脑的可塑性,使大脑能够因应内部或外部所造成的损伤,并且从其修复某些功能。

动物实验

VanMeer等学者(VanMeer,)希望深入探讨大脑重组感觉动作神经网络(sensorimotorneuronalnetwork)是否会影响功能性操作表现的。学者们使用了中风大鼠模型进行大脑结构上与操作表现之连结性的研究,利用功能性磁振造影(functionalMRI)和扩散张量影像(DiffusionTensorImaging,DTI)与操作表现测试(behavioraltesting)分析其相关性(下图)。

关于中风后大脑可塑性,学者们归纳出四个重点:

1.感觉动作功能的增进与左右半球之感觉动作皮质间的网络连结修复有关。

2.中风后感觉动作功能的逐渐修复与损伤侧脑皮质脊髓路径结构完整性的提升有关。

3.左右半球之感觉动作皮质间的网络连结修复与损伤侧(单侧)脑皮质脊髓路径结构完整性的提升有关。

4.是否有好的功能性操作表现结果取决于损伤侧(单侧)脑皮质脊髓路径结构的修复情况。

中风大鼠模型的感觉操作表现分数(Sensorimotorperformancescore)与功能性磁振造影影像

人体实验

经由影像学(PET、EEG、fMRI)分析中风病患在执行基本的手部及上肢动作时大脑的活化情形(ZemkeA,),学者们发现随着康复训练的进行,病患操作表现上的增进,脑部活化的情况也有所不同。中风后大脑的神经可塑与重整很早就开始展开,持续进行数周的时间,反映出大脑逐渐恢复感觉动作系统功能的情况,主要分为三个时期(图)

1.急性修复期(Acuterecoveryphase):中风的急性反应,出现血流改变、水肿和发炎的现象,发生于中风后的数小时内。

→急性期复原的主要因素为健侧大脑的动作相关皮质区之活化(CalauttiC,)

2.亚急性期(Ahalf~oneyearafteronset):从中风后的第一天开始,进行数周,这个时期大脑开始自行修复(spontaneousrecovery),内部重整的相关作业将达到最高效能。

→亚急性期时,健侧大脑的动作相关皮质区之活化会逐渐降低(WardNS,)

3.慢性期(Chronicphase):从中风数周后到几个月之后,大脑自行修复情况已经达到稳定的平台期,但仍需些微调整。

→慢性期的主要修复因素为患侧大脑的动作相关皮质区之活化

大脑的生理性修复机转(M1:主要动作皮质区;SMA:运动辅助皮质区;PM:前动作皮质区)

临床应用

目前临床上中风病患执行康复训练时使用的治疗仪器包括功能性电刺激(Functionalelectricalstimulation,FES)、穿颅磁刺激(TranscranialMagneticStimulation,TMS)和脑部之红外光谱光学检测(Near-InfraredSpectroscopy,NIRS)。

功能性电刺激FES

功能性电刺激能够改变轴突传导速率(axonalconductionvelocities)、轴突生长(axonalgrowth)以及周边神经髓鞘化(myelination)(Al-MajedA,);不过对于中枢神经系统的影响机制目前仍未被厘清。但是学者们认为功能性电刺激治疗会产生患侧肢体动作输出与感觉回馈的暂时性连结,反复的将突触前与突触后的神经元同步活化,促使突触重塑,强化网络路径的链接与操作表现的恢复(CecattoRB,)。

穿颅磁刺激TMS

当中风病患执行动作学习的训练时,进行大脑皮质的刺激,可以增进病患的患侧上肢操作表现。利用穿颅磁刺激活化患侧大脑的主要动作皮质区(M1)能够强化此区域与运动辅助皮质区的连结性,并且抑制对侧的主要运动皮质区(M1)-是提升中风病患操作表现的主要治疗方式。(WardNS,)

脑部之红外光谱光学检测NIRS

由于NIRS的非侵略性与方便携带性,检测脑部组织的血流含氧量和灌注指数,能够更准确地反映出脑部组织的活化情况,因此成为预测脑损伤之功能性恢复程度的新主流(DaviesDJ,)。在临床上NIRS多半使用于中风病患执行四肢功能性动作或步态训练,以及在给予功能性电刺激的状态下执行动作时,监测脑部活化的情况(HaraY,)(图)。

NIRS呈现的70岁中风病患(左侧脑为中风侧)的脑部地图与NIRS波形。a)手指执行伸直动作:显示主要活化区为健侧的运动辅助皮质区。b)进行患侧功能性电刺激治疗并且进行手指伸直动作:显示主要活化区转换成为患侧的运动辅助皮质区

结论

随着医学技术快速的发展,大脑损伤之修复不再是不可能的任务,甚至结合不同的高科技医疗仪器能够更精准地刺激或抑制脑部区域、监测脑部组织的活动情况,协助治疗师在康复治疗中训练中风病患并且掌握训练中的表现和恢复程度,同时也能够让病患了解自身的恢复情形,对于提升病患的动机性和自信心,以及降低治疗期间造成二次中风的风险有相当大的帮助。

参考文献

HaraY.Brainplasticityandrehabilitationinstrokepatients.JNipponMedSch.;82(1):4-13.

VanMeerMP,OtteWM,vanderMarelK,etal.:Extentofbilateralneuronalnetworkreorganizationandfunctionalrecoveryinrelationtostrokeseverity.JNeurosci.;32:-.

ZemkeA,HeagertyP,LeeC,CramerS:Motorcortexorganizationafterstrokeiselatedtosideofstrokeandlevelofrecovery.Stroke;34:E23-E28.

CalauttiC,BaronJC:Functionalneuroimagingstudiesofmotorrecoveryafterstrokeinadults:areview.Stroke;34:-

WardNS,BrownMM,ThompsonAJ,FrackowiakRS:Neuralcorrelatesofmotorrecoveryafterstroke:alongitudinalfMRIstudy.Brain;(Pt.11):-.

Al-MajedA,NeumannC,BrushartT,etal.:Briefelectricalstimulationpromotesthespeedandaccuracyofmotoraxonalregeneration.JNeurosci;20:-.

CecattoRB,MaximinoJR,ChadiG:Motorrecoveryandcorticalplasticityafterfunctionalelectricalstimulationinaratmodeloffocalstroke.AmJPhysMedRehabil;93:-.

DaviesDJ,SuZ,ClancyMT,LucasSJ,DehghaniH,LoganA,BelliA.Near-InfraredSpectroscopyintheMonitoringofAdultTraumaticBrainInjury:AReview.JNeurotrauma.Jul1;32(13):-41.

HaraY,ObayashiS,TsujiuchiK,MuraokaY:Theeffectsofelectromyographycontrolledfunctionalelectricalstimulationonupperextremityfunctionandcorticalperfusioninstrokepatients.ClinNeurophysiol;:-.

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