振动对慢性中风幸存者运动功能的影响

每年有超过 60 万美国公民经历严重中风。 经过紧急护理后，这些幸存者中有 30-40% 患有永久性运动障碍。 中风的运动症状包括身体一侧肌肉控制丧失、痉挛和协调性丧失（“协同失调”）。 中风发生后几天内，幸存的患者开始进行物理治疗以恢复活动能力，其中一些患者完全康复。 然而，仅在美国就有超过 500 万人尚未康复，并且在余生中严重丧失工作能力。 功能恢复通常在中风后 6-12 个月内达到稳定水平。 这种功能的恢复可能涉及大脑皮层的“塑性”变化，其中新的神经回路组织起来以取代因损伤而受损的神经回路。 许多中风患者的瘫痪或轻瘫（即部分运动丧失）的起源和痉挛的原因尚不清楚。 在一小部分中，中风损伤的脑组织位于“初级运动皮层”，其中包含向肌肉发送运动信号的神经细胞。 对于这些人来说，失去运动能力是很容易理解的。 然而，在许多中风中，损伤位于大脑的其他部位或更广泛，并且运动丧失并不那么容易解释。 在大脑的许多区域中，来自各种来源（包括本体感觉系统）的感觉信息被整合，然后传递到运动皮层以产生运动。

本体感觉是身体位置和运动的感觉，起源于肌肉、肌腱、皮肤和关节的感觉感受器。 过去二十年进行的研究表明本体感觉与运动协调密切相关。 事实上，本体感觉迅速丧失的人会在一段时间内出现功能性瘫痪。 我们中风康复方法的假设是，在许多中风幸存者中，大脑损伤破坏了连接初级体感皮层本体感受接收区域（区域 1、2、3a 和 3b）的一个或多个反馈回路。到初级和前运动皮层（区域 4 和 6）。 如果没有本体感觉信息输入运动输出中心，大脑就无法“定位”发生运动所需的肌肉。 我们假设皮层输入和输出区域的同步和重复活动刺激大脑通路的重组，从而关闭因中风而中断的反馈回路。 在这种情况下，我们研究的目的是确定腕/肘机器人辅助训练与本体感觉训练相结合的效果，本体感觉训练是通过重复振动刺激参与腕/肘弯曲和伸展的肌肉肌腱提供的，对随意运动（如慢性中风患者的伸展运动。

在这种中风康复方法中，研究人员旨在通过重复引起初级体感皮层中的神经细胞与运动皮层功能相关部分中的神经细胞同步放电来增强损伤后大脑的可塑性变化。 这种方法旨在重建传入的本体感受输入和传出的电机输出之间的连接。

研究目标是开发程序来使中风后一年以上的参与者康复，这些参与者通过传统疗法未能达到最大恢复水平。 拟议项目的目的是使用放置在 Shirley 生物力学实验室中的机器人治疗设备，从总共 20 名慢性中风参与者中获取一组数据，这些参与者都患有严重的上肢残疾，年龄在 18 至 85 岁之间。瑞安能力实验室。 这些数据将使我们能够量化机器人辅助运动和肌腱振动相结合在多大程度上诱导上肢中风二次恢复。

拟议的研究计划涉及一台具有两个主要部件的机器，即一系列运动传感器和感官刺激器（即机械振动器）。 机器的运动范围组件旋转受影响的关节（例如手腕或肘部）并记录位置和力。 参与者的任务包括收缩肌肉以协助所施加的运动。 参与者产生的力量或肌电图 (EMG) 活动的视觉反馈显示在计算机屏幕上。 辅助运动激活大脑运动皮层的神经细胞。 当机器人设备和参与者的共同努力重复将参与者的偏瘫手腕/肘部旋转至屈曲和伸展时，一对振动器向与关节相对的一侧的相应肌腱提供高频刺激（每秒 60 个脉冲）。主动肌。 众所周知，振动是对肌梭的有效刺激，肌梭是促进本体感觉的主要感觉受体。 振动刺激使肌梭对关节旋转的自然反应增加数倍。 在任何给定时间仅振动延长肌腱。 振动引起的延长肌肉中肌梭的激活用于激活大脑体感皮层中的神经细胞。 因此，辅助运动激活皮层运动输出区域的神经细胞，而振动同时激活感觉输入区域功能相关的神经细胞，提供刺激来发展新的神经细胞，或增强两个区域之间现有的连接。