上下肢运动的神经耦联在偏瘫患者早期步态康复的作用机制研究

Leg-stepping training has a positive role in walking rehabilitation of stroke patients. The interlimb neural coupling theory proposed recently implies that leg-stepping training with synchronized arm swing will promote gait rehabilitation more, but this theory has not been validated in hemiplegia yet. Furthermore, the function of interlimb neural coupling in promoting gait rehabilitation is not clear either. This project will recruit hemiplegia (less than 30-days post-stroke) to perform a clinical test and a 3-week-training program, using a self-developed gait rehabilitation system with synchronized arm swing. Three movement patterns will be tested and trained: only both arms swing; only both legs stepping and both legs stepping with synchronized arms swing. The rehabilitation scale during walking and fMRI testing in static situation will be performed before and after rehabilitation training. This project aims to investigate: 1) Is there interlimb neural coupling in hemiplegia? 2) Will leg stepping with synchronized arm swing improve the gait rehabilitation more in hemiplegia than the other two modes? 3) The change in the brain network after the three modes of training? The results of this study will quantitatively evaluate the function of the interlimb neural coupling in gait rehabilitation, and reveal the corresponding neural mechanisms in gait rehabilitation, which will provide a theoretical basis and a technical means for the subsequent clinical gait rehabilitation.

下肢运动训练对卒中患者的步态康复有着促进作用。新近提出的上下肢运动的神经耦联理论提示中枢神经损伤患者进行上下肢协调运动训练有望获得更佳步态康复效果，但该理论尚未在卒中偏瘫患者中进行验证，且其促进康复的中枢神经机制亦不明确。本课题拟基于自主研发的一套集上肢摆臂和下肢踏步功能的康复系统，对缺血急性期卒中偏瘫患者进行三种模式（双上肢、双下肢、双上下肢协调）的肢体测试及3周的康复训炼，并在康复训练前（缺血后30天以内）后分别采集病例的康复量表评分，及静息态功能核磁共振（fMRI）检测，研究偏瘫患者：1）是否存在上下肢运动的神经耦联现象？2）进行上下肢协调运动能否比仅上肢或仅下肢运动获得更好的步态恢复？3）在三种模式训练后的脑功能网络的可塑性变化。本研究结果将从神经影像角度定量评估上下肢运动的神经耦联理论在步态康复的作用，并揭示其运动康复的脑神经机制，从而为后续的临床运动康复提供理论基础及技术手段。

项目的背景：我国卒中患者众多，大部分会半身不遂，行走不便，严重影响患者的社会参与范围和生活质量。新近提出的上下肢协调运动的神经耦联理论，暗示了人类步态运动中呈现的上下肢同步协调运动是肢体间神经相互作用的结果。所以，本项目制定、测试并验证一种新型上下肢联动的康复训练方法，进而为步态康复提供新的技术手段。.主要研究内容：通过分析正常人和偏瘫患者的步态特征的异同，确定上下肢联动的运动轨迹和动力学轨迹，制定多体位上下肢联动智能康复机器人，并通过测试验证上下肢协调运动的神经耦联理论在步态康复中的作用。.重要结果:本项目有以下结果:.（1）.通过步态实验，分析正常人和偏瘫患者的步态特征。研究发现，正常被测者有非常明显的特定轨迹曲线，上下肢耦合现象。尤其是肩关节与对侧髋关节的角度耦合现象突出。并且，脚尖轨迹在不同速度下都呈现出圆弧状。此外，针对正常人不同的速度下，步长与步频有特定的关系。随着步频的变化，步长是线性变化，而速度与步频是二次关系变化。相比而言，卒后的步态特征与正常的有极大不同。而且在卒后不同阶段的特征步态也不同。偏瘫患者的步行速度偏慢，步长偏短，上下肢的协调变弱。.（2）.上下肢联动设备的研制：进行了上下肢联动设备的研发与测试，制定出一套集上肢摆臂运动、下肢踏步功能和足底压力刺激于一体的、满足使用者从平躺到直立等多种训练体位下使用的智能步态康复机器人，让有行走障碍的人群，尤其是偏瘫或者截瘫患者，能自主地运动健侧肢体，从而控制患侧肢体运动，最终达到让病人于超早期积极参与被动甚至主动的上下肢联动的步态训练的目的。.（3）.上下肢神经耦合的研究：观察正常人在地面行走和在上下肢联动设备上进行训练时候，对比带上肢运动和没有上肢运动两种情况，发现在设备上进行上下肢联动时候，上下肢的耦联现象更强烈。.科学意义：创造了全世界首套全自动上下肢联动设备，并对偏瘫患者的步态康复提供新的医疗手段和理论指导。