无创性脑刺激的运动恢复中风后:机制和未来的看法

文摘

重复经颅磁刺激和经颅直流电刺激无创性脑刺激(上司)技术,可以改变人类大脑皮层的兴奋性。考虑到两半球间的竞争发生中风后,改善电动机赤字可以通过提高兴奋性受影响的半球或减少兴奋性的影响。许多报告表明nib应用改善中风患者运动功能的使用他们的生理特点。连续运动改善,重要的是给予额外的运动训练而nib调节两个半球之间的神经网络和整编了干扰网络受影响的半球。傲慢的人可以是一个发达neurorehabilitation辅助治疗中风患者的策略。此外,最近的研究报告说,双边nib可以更有效地促进卒中后神经可塑性和诱导电动机复苏。然而,最好的nib模式尚未建立,临床医生应该选择考虑上司的上司机制类型。在这里,我们审查nib治疗的潜在机制和未来的看法并提出改造方法相应的大脑皮层重组。

1。介绍

中风是全球残疾的主要原因1,2]。许多神经功能受损的中风;最常见的损伤是运动残疾侧中风病灶侧(3]。尽管康复,卒中后运动功能的结果往往是不完整的,和灵巧赤字是一个相当大的障碍中风幸存者(1]。因此,各种策略正在开发旨在提高汽车复苏(4- - - - - -6]。电机恢复中风后神经可塑性有关,指大脑的能力开发新神经元相互连接,获得新的功能,弥补损伤(7,8]。神经可塑性的机制在卒中后运动功能恢复良好的文档记录对动物和人类的模型。重组引起的神经可塑性包括调制剩余的运动区域网络内的神经激活神经资源最大化发动机恢复(7,9- - - - - -11]。

重复经颅磁刺激(rTMS)和经颅直流电刺激(tDCS)无创性脑刺激(上司)技术,可以改变人类的大脑皮层兴奋性(12]。经颅磁刺激(TMS)是一种非侵入性的方法,刺激大脑皮层通过头皮和颅骨。经颅磁刺激线圈包括使用放置在头皮上生成一个而且,当地磁场。当脉冲磁场进入大脑,它创建一个电流流经神经元,诱导神经元去极化。rTMS被定义为重复经颅磁刺激;高频rTMS皮质兴奋性增加,而低频rTMS抑制大脑皮层兴奋性(12]。θ破裂刺激(TBS)也被报告为一个有效rTMS方法。它使用重复的结合强度很低,rTMS [13]。每个破裂由3刺激(在50 Hz)重复5赫兹。TBS可用于两种方式:连续训练用于抑制大脑皮层兴奋性和一个间歇模式用于增强皮质兴奋性。tDCS是另一种常用的nib技术。尽管rTMS相比,tDCS已经研究了更长的动物,直到最近,行动研究在人类的tDCS机制研究[14]。tDCS不会引起神经元去极化。相反,它调节神经元膜电位通过弱极化电流恒定的直流电,从而影响水平的兴奋性和调节神经元的自发发射速率。有两个类型的tDCS:阳极的tDCS刺激大脑皮层的兴奋性增加,而阴极的tDCS减少刺激大脑皮层的兴奋性(15]。

许多报告表明nib技术有助于改善卒中后康复策略使用的有效性通过使用生理特性可以改变大脑皮层兴奋性。皮质兴奋性的想法是,调制可能诱发神经可塑性和/或干扰适应不良的神经激活,而随后减弱运动功能和限制运动恢复(16]。然而,机制nib后的运动康复疗法仍有待阐明,而有效的nib仍然不够证明或广泛的方法。本文主要关注四个重要因素对中风偏瘫患者的nib: (1) nib治疗运动恢复的机制,(2)抑制和兴奋性nib的影响(3)临床因素对上司的影响,和(4)的结合与其他疗法和双边nib傲慢的人。本文的目的是提供一个全面概述的nib电动机中风,理解其机制,并建议方法相应的大脑皮层重组。

2。的nib治疗运动恢复机制

nib治疗中风电机旨在增强神经可塑性,改善运动功能基于两半球间的竞争模式。两半球间的竞争模型提出,在中风患者是由于电动机赤字减少的输出影响半球和过度影响半球的两半球间的抑制影响半球[17,18]。因此,用傲慢的人,改善电动机赤字可以通过提高兴奋性的半球或减少兴奋性影响影响半球[19,20.]。没有上司的相关不良反应,如癫痫发作感应,已报告发生在中风患者当电流强度安全指导方针,频率和时间的刺激是坚持21,22]。到目前为止,还没有研究报道的不同影响,rTMS和tDCS运动改善中风患者。因此,在本节中,我们讨论的机制nib治疗中风后的运动康复,没有区分rTMS和tDCS。

2.1。nib调节大脑皮层神经可塑性

几项研究已经报道后中风患者的神经生理学变化nib使用经颅磁刺激技术(18,23- - - - - -26]。抑制nib ipsilesional运动皮质兴奋性的增加减少的两半球间的过度抑制contralesional运动皮层(18,25]。兴奋的nib直接影响半球ipsilesional运动皮质的兴奋性增加(23,24,26]。兴奋性增强运动学习所需的运动皮层似乎是(27,28]。因此,上司可以促进运动学习和诱导电动机复苏通过直接或间接增加ipsilesional运动皮质兴奋性。事实上,相对于运动训练或上司,运动训练搭配nib导致长期性能的改进和功能神经可塑性的ipsilesional运动皮层(18- - - - - -20.,25]。利用功能性神经成像的研究已经发现,ipsilesional运动皮层的脑血流量增加抑制性nib结束后影响半球和兴奋性nib影响半球[29日,30.]。这些NIBS-induced代谢变化也可能促进卒中后神经可塑性和运动恢复(29日]。此外,兴奋的nib影响半球都可能导致长期potentiation-like变化影响半球和促进卒中后运动恢复26]。因此,上司可能解决障碍的双向可塑性影响脑卒中后(16,31日,32]。此外,累积nib已被证明是重要的连续运动改善(33,34]。这一结果表明,神经可塑性由累积nib干预整合。这些发现表明,人为调节nib可能诱发的皮层兴奋性神经可塑性更合适的环境。傲慢的人可以是一个重要的技术在中风患者的康复;提供汽车培训上司和导电nib累计将有助于维持nib和改善运动机能的影响。

2.2。调制中风患者的神经网络

除了ipsilesional运动皮质兴奋性调制,上司可能会调节神经网络在两个半球诱导电动机复苏。研究使用功能性磁共振成像和脑电图可能有助于阐明nib治疗中风的影响在运动皮质网络。神经影像学研究表明,抑制nib在半球的影响减少了病理多动症影响脑的基本和非基本运动皮层(35]。兴奋的nib影响半球被证明能减少contralesional运动皮层的神经活动,除了便利ipsilesional运动皮层(30.]。此外,抑制nib的半球的影响减少了连接两半球和增强的主要和非基本运动皮层之间的耦合影响半球[36,37]。增强兴奋性影响的半球抑制影响大脑半球通过过度两半球间的抑制和削弱运动机能的轻瘫的一边(17]。此外,据报道,非基本运动皮层可能导致运动恢复中风后(38,39]。虽然兴奋nib后神经耦合的变化尚不清楚,规范化的兴奋性的两个半球之间的有效连接和重建基本和非基本运动皮层在受影响的半球nib中风患者复苏可能导致电机(图1)。

3所示。抑制和兴奋性傲慢的人

临床医生和中风患者的一个重要问题是什么样的刺激参数为电动机是最有效的复苏。最近的一项荟萃分析研究rTMS在中风患者上肢运动功能的报道,在影响低频rTMS半球比高频rTMS可能更有利的影响半球[40]。虽然更多的研究者已经开始评估不同的nib刺激协议的有效性对于中风后的运动康复,进一步设计良好的研究在较大的人口需要识别最有效的类型的上司从各种协议,包括tDCS中风的治疗。因此,目前,临床医生必须考虑选择nib类型的优点和缺点。在本节中,我们广泛的nib划分为两种类型的抑制和兴奋性考虑两半球间的竞争模型。我们描述的特性抑制和兴奋性nib运动中风和讨论最佳的刺激强度的抑制和兴奋性傲慢的人。

3.1。抑制nib的半球的影响

上司的优势半球的影响是它的反应比刺激的影响统一半球,因为网站不太可能影响神经损失或影响组织损伤(41]。此外,抑制nib的预计影响半球更安全对任何潜在的发作风险(尤其是rTMS)或组织损伤(22]。然而,抑制nib的风险恶化的一些运动功能,减少兴奋性刺激皮层。一个可能的风险的恶化nonparetic运动机能的差别可能发生的对这些contralesional运动皮层。然而,一些研究报道,抑制nib的影响半球的运动机能并没有改变nonparetic一边(35,42]。第二,抑制nib疗法可能恶化轻瘫的方本身的运动机能破坏了身体的同侧的运动预测,提高卒中后(43- - - - - -45]。然而,身体的同侧的运动预测不足以支持运动的复苏,特别是对于远端肌肉因为远端肌肉主要是受侧皮质脊髓的预测[支配46同侧运动预测),而远端肌肉稀缺(47]。因此,它不太可能抑制nib的半球恶化运动机能的影响局部麻痹的一面,尤其是远端。然而,激活身体的同侧的运动预测的建议是有益的躯干肌肉运动和儿童(48- - - - - -50]。因此,未来的研究需要抑制nib澄清可能恶化的风险儿童躯干肌肉运动或运动机能。最后,它是指出,抑制nib减少了两半球间的抑制控制用双手的运动(51,52]。事实上,最近的一项研究报道,抑制rTMS在半球恶化性能的影响在中风患者(反相用双手的开发任务42]。因此,抑制nib可能恶化用双手的运动通过减少两半球间的抑制控制用双手的运动(图2(一个))。

3.2。兴奋的nib半球的影响

虽然兴奋nib的半球的优点是它不影响抑制刺激网站,其效果依赖于解剖变化的影响。受损的脑组织会演变成疤痕,取而代之的是脑脊髓液(CSF)空间(尤其是皮层损伤);疤痕形成和大型CSF抑制nib因为CSF的电导的影响是4到10倍高于正常脑组织(53,54]。因此,谨慎使用立体定向系统建模与集成解剖数据需要兴奋nib的预测效果影响半球[53- - - - - -55]。此外,它指出,兴奋的nib影响半球略轻瘫的手灵巧的恶化在一些皮质中风患者(30.]。虽然在兴奋nib影响半球,刺激网站不在受影响的半球,它可能是有益的对于一些运动功能由于激活身体的同侧的运动预测。最近的一项研究报道,兴奋性nib影响半球改善吞咽,包括身体的同侧的运动预测(41]。因此,兴奋的nib影响半球在儿童可能改善trunk-muscle运动或运动功能,这是强烈的支配身体的同侧的运动预测。

3.3。最优激励强度的抑制和兴奋性傲慢的人

的频率、强度和脉冲的数量是很重要的因素,rTMS影响,振幅和刺激持续时间tDCS效果的重要因素。然而,最有效的电机参数恢复中风后仍有待阐明。在健康对照组,几项研究已经报道,兴奋性和抑制性nib的强度和长期(众多数字)更有效地诱导神经生理学变化(15,56- - - - - -59]。一些以往的研究报道,兴奋的nib影响脑刺激力量不足可能不会导致中风患者运动恢复(20.,42]。因此,很可能兴奋的nib强度,无数的数字,和长时间是最有效的运动恢复。然而,对于抑制nib影响半球,强烈的刺激强度未必是最好的电机参数恢复。rTMS研究健康对照组,90%其他电动机阈值(rMT),但不是rMT rMT 115%或150%,显示显著地提高电动机侧刺激大脑半球(60- - - - - -62年]。阈下刺激的rMT当地可能通过抑制刺激网站,而超阈值的刺激(rMT 115或150%)可能抑制刺激网站以及相反的同质通过两半球间的运动皮层抑制。激活的两半球间的抑制超阈值的刺激可能会抵消便利化对侧运动皮层的影响由于刺激运动皮质的兴奋性降低,导致运动功能不变。因此,对于抑制nib影响半球,过度刺激强度可能对电动机复苏中风患者是无效的。

4所示。临床因素对上司的效果的影响

很少有研究澄清,中风患者更响应nib疗法(30.,63年]。因此,我们必须估计nib治疗中风患者的影响的研究,揭示了nib治疗机制。在本节中,我们将讨论是否年龄、行程时间、病变部位,或严重运动功能丧失的影响nib疗法。

4.1。年龄

年龄是一个重要因素影响的nib疗法。据报道,上司可以改善电动机复苏成人以及儿童(64年]。然而,胼胝体才形成6 - 8岁(65年]。因此,它不太可能抑制nib的半球将改善运动机能的影响6 - 8岁以下儿童年轻瘫的一侧,因为抑制nib改善电动机复苏通过减少过度两半球间的抑制影响大脑半球(18]。此外,同侧的运动预测卒中后激活可能协助运动恢复在儿童比成人49,50]。因此,应该注意的是,抑制nib影响脑的效果会打折扣,甚至有害的幼儿。此外,儿童的兴奋nib的长期影响,尤其是癫痫感应,还有待确定22]。因此,临床医生应该小心nib治疗儿童与中风。此外,nib疗法对老年中风患者(可能不那么有效63年,66年因为老年病人运动学习能力和神经可塑性较低引起的nib [66年,67年]。然而,一项研究报告了电机改进后nib和年龄之间没有相关性(30.),因此未来的研究需要仔细检查各年龄层的nib治疗对患者的影响。

4.2。行程时间

重要的是要确定nib疗法更有效的卒中后急性或慢性阶段。如果上司疗法更有效在急性阶段,早期调制皮层兴奋性可能促进汽车复苏和防止发展不适应的神经可塑性的再平衡两半球间的沟通和正常化神经活动在两个半球的运动区。虽然据报道,兴奋性和抑制性nib促进汽车复苏在中风患者急性期(26,68年- - - - - -70年),最近的一项研究表明,抑制nib没有促进汽车复苏病人在急性中风的阶段71年]。此外,它是推测perilesional活动增加氧气和葡萄糖的要求在中风半影,从而诱发病变的延伸(72年,73年]。因此,任何程序增加皮质兴奋性应该执行谨慎在卒中后的急性阶段(26]。需要进一步调查以确定是否nib急性中风阶段可以促进最终的运动机能。

4.3。病变部位和神经网络

病变部位也可能影响nib疗法的效果。几项研究在兴奋nib半球之间没有区别电动机改进报道影响皮层下和皮质中风患者病变(24,33,74年,75年]。然而,一项研究表明,兴奋性nib的半球改善影响灵巧轻瘫的手在皮层下中风病人而不是一些皮质中风患者(30.]。以及皮层下的行为变化和皮质中风,兴奋性rTMS在半球的神经活动contralesional影响运动皮层在皮层下中风患者,但引起了普遍的双边招聘基本和非基本运动区皮质中风患者30.]。它可能过于简单区分中风患者的大脑皮层和皮层下病变。然而,兴奋性和抑制性nib的共同目标是ipsilesional运动皮质激活。因此,上司皮质中风患者治疗效果会打折扣,特别是在ipsilesional运动皮层。皮质脊髓束完整性的评价也可能是有用的预测nib的好处。

除了中风病变部位,两半球神经网络激活的模式可能会影响nib电动机中风患者治疗的影响。据报道,好反应抑制nib影响半球已经活跃contralesional背侧前运动皮层和contralesional顶叶刺激前盖35]。另一方面,一项研究报道,ipsilesional运动皮质兴奋性兴奋的反应好的上司在半球的影响很容易通过移动前轻瘫的手刺激(30.]。因此,识别患者基于个人的皮质激活模式可以帮助选择最适合nib治疗中风后的病人。

4.4。运动功能丧失的严重程度

还不知道nib疗法对中风的影响取决于运动功能损失的严重程度。大多数nib研究中风患者集中在轻度或中度电动机赤字,恢复执行所需的运动机能测试。有利的电动机实现复苏如果病人可以执行运动训练本身维持nib的影响,因为它是重要的执行电机培训在上司来持续改进电机(25]。然而,先前的案例研究报道,中风病人患有严重的轻偏瘫后可以移动手nib疗法(76年]。除了电机改进,nib疗法可以改善局部麻痹的一面痉挛状态(77年,78年]。因此,如果因为其他原因没有禁忌,nib疗法在中风严重轻偏瘫患者可能值得一试。

大多数研究nib治疗主要集中在上肢(18,20.,23- - - - - -26]和上司的影响中风患者的下肢已经很少了。兴奋tDCS最近的研究报告说,在半球改善膝关节伸肌力量和运动训练效果的影响在脚踝在中风患者跟踪任务79年,80年]。据我们所知,没有研究表明,抑制nib可以改善局部麻痹的中风患者的下肢运动功能。然而,在先前的研究中,对影响运动皮层抑制rTMS轻瘫的下肢(皮质脊髓兴奋性增加81年]。因此,抑制nib的影响半球也可能改善下肢的运动功能。然而,手运动区相比,下肢面积减少抑制电路(82年,83年]。因此,抑制nib为下肢的影响可能不同于那些用于上肢。有人指出抑制下肢的nib可能抑制影响半球本身,因为下肢运动皮层两侧的mid-sagittal裂缝比上肢皮层更近。未来的研究应该进行阐明焦是否抑制nib的半球改善下肢的运动功能的影响。

5。与其他疗法和双边nib nib的组合

各种neurorehabilitation策略提高有益的可塑性,提高电机恢复新兴(4- - - - - -6]。正如上面提到的,上司可以调节大脑皮层的兴奋性,所以发达neurorehabilitation傲慢的人可能是一个辅助治疗策略。此外,最近的研究报告修改nib方法来促进汽车复苏(20.,42,84年- - - - - -86年]。在本节中,我们将讨论nib neurorehabilitation技术的结合和最近的双边nib方法。

5.1。大人物的组合与其他疗法

几项研究表明,上司的组合与特定neurorehabilitation技术改善电动机的复苏。初步研究报告上司的联合治疗卒中后机器人运动训练(87年,88年]。控制的一项研究报道,上司的组合与神经肌肉刺激显示更多的改进仅在运动恢复比上司或神经肌肉刺激(89年]。此外,据报道,nib结合导致运动疗法(测量)对电动机的影响一个额外的复苏(90年]。相比之下,一些研究报告,结合控制的nib CIMT’或神经肌肉刺激汽车复苏(没有额外的影响91年,92年]。这些组合研究的数量仍然很小,他们初步和争议。虽然很可能nib促进发达neurorehabilitation策略对中风病人的影响,未来的研究需要确定适当的运动康复方法的组合。作为另一个潜在的战略,上司的组合与药物治疗可以促进汽车中风患者的复苏。多项研究表明,药物可以调节神经兴奋性,以应对nib技术(66年,93年]。于健康对照组,主要药物增加nib的影响N-methyl-d-aspartate受体受体激动剂(94年),左旋多巴(95年,多巴胺受体激动剂(96年,97年],尼古丁[98年),安非他命(99年),和选择性5 -羟色胺再摄取抑制剂One hundred.]。然而,目前尚不清楚这些药物如何影响神经兴奋性,以应对上司在斯托克城的病人。此外,我们必须考虑药理反应的可能性的方法是不同的中风患者和健康对照组之间(66年]。

5.2。双边傲慢的人

正如上面提到的,抑制和兴奋性的共同目标nib ipsilesional运动皮层的激活和再平衡两个半球。因此,考虑到两半球间的竞争模型,它可能更适合汽车复苏刺激两个半球使用抑制和兴奋性傲慢的人。最近的一些研究报道,单方面的nib相比,同时两国nib使用rTMS和tDCS改善电动机更有效地恢复在中风患者42,85年,86年]。此外,双边nib使用rTMS诱发ipsilesional运动皮层的抑制解除对神经可塑性通过激活潜在的网络(20.]。因此,双边nib可能更有效地促进卒中后神经可塑性和诱导电动机复苏。

除了电机复苏,双边nib用双手的运动可以防止恶化引起的抑制性影响半球傲慢的人。抑制nib可能恶化反相用双手的运动通过减少两半球间的抑制控制用双手的运动(42]。然而,结合抑制nib的影响半球和兴奋性nib半球可以防止这种情况的恶化影响减少减少两半球间的抑制(图2 (b))[42]。有人建议,激活抑制性中间神经元的兴奋性的影响半球nib可能限制的减少两半球间的抑制影响,受影响的半球在双边nib协议(42]。因此,临床医生可以考虑双边nib用双手的运动有效的运动康复和预防恶化。

6。结论

本文关注的潜在机制和未来的意见nib疗法,以显示适当的方法在中风患者大脑皮层重组。考虑到两半球间的竞争模式,改善电动机赤字可以通过增加使用兴奋性影响半球nib的兴奋性或减少使用抑制nib影响半球的兴奋性。人为地调节神经网络由上司可能诱发更合适的环境进行双向可塑性和干扰不适应的神经激活,这会削弱复苏运动函数和极限运动。根据目前的数据,最好的nib技术仍不清楚。然而,临床医生应该考虑选择nib类型的特点和最新发现nib疗法。的反应抑制nib影响半球可能是统一的,但它可能恶化用双手的运动通过减少两半球间的抑制。兴奋的nib影响半球可以改善运动机能的肌肉强烈的支配身体的同侧的运动预测。双边nib方法可能促进汽车复苏比单方面的nib用双手的运动,防止恶化抑制nib所致。此外,临床医生必须考虑临床因素,包括年龄、行程时间、病变部位,运动机能的损失和严重程度,可能会影响nib治疗的影响。上司可以应用作为辅助治疗与新兴neurorehabilitation策略来提高神经可塑性。 However, very few of all possible combinations of NIBS and neurorehabilitation techniques have been tested experimentally. In addition to studies on optimum NIBS parameters, studies on combining NIBS with developed neurorehabilitation techniques to promote motor recovery after stroke should be conducted in the future.

承认

这项工作是由jsp支持科学研究补助金数量23650314。

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