2.1   运动想象的概念及基本原理   运动想象在1950年由HOSSACK提出，是指主动激活人体中枢神经系统而使外周感受器产生刺激反应[8]。20世纪90年代DECETY明确提出运动想象是一种特殊的运动功能状态，是患者反复模拟和排练某种运动的一种心理状态，它存在于运动记忆中，可激活运动记忆中枢，而没有任何明显的运动输出，并遵循中枢运动控制原则[9]。目前运动想象分为动觉性运动想象和视觉性运动想象[10]。动觉性运动想象又被称为第一人称想象或内在想象，是指受试者在大脑中进行某一特定动作的想象，直至感觉到自己已经完成了这个动作。视觉性运动想象又被称为第三人称想象或外在想象，以视觉感官为主，与想象的环境密切相关，是指受试者似乎看到了他人或者自己正在进行特定的动作。研究发现，动觉性运动想象更适用于闭链运动技能的练习，而视觉性运动想象更适合用于开链运动技能的练习[11]。运动想象疗法最先用于运动员受伤后的治疗，此后逐渐用于脑卒中、帕金森综合征和脊髓损伤的康复[12]。 运动想象疗法的理论模式主要有心理神经肌肉理论、符号学习理论、三重编码模式及生物信息理论，目前比较公认的是心理神经肌肉理论[13]。心理神经肌肉理论是基于个体中枢神经系统已储存进行运动活动的运动计划或“流程图”，若运动执行时所涉及的运动“流程图”与运动想象期间是相似的，在运动想象过程中就有可能将运动执行所涉及的“流程图”强化和完善，即运动想象与运动执行所诱发的神经肌肉活动是相似的[14]，见图3。 "

有研究通过比较运动想象和运动执行期间正电子发射断层扫描和功能性磁共振成像 [15-17]，发现患者在运动想象期间有几个皮质和皮质下区域被激活，这与健康受试者在运动执行时激活的脑区相似，这些区域包括皮质水平的辅助运动区、前辅助运动区、前额叶腹侧、前运动区和后项叶区，以及皮质下壳核的前部、双侧尾状核和小脑前半球后外侧[14]，说明运动想象与运动执行激活相似的脑区，脊髓损伤患者运动想象仍然能被适度保留，因为大脑结构没有被破坏[7]，这为脊髓损伤的康复奠定了科学可靠的基础。 2.2   运动想象治疗脊髓损伤的可能机制   由于脊髓损伤患者大脑结构没有被破坏，运动想象能力适度保留，大量研究报道了脊髓损伤患者与健康人进行运动想象时可激活相似的脑区，运动想象训练可促进中枢神经可塑性发展和功能重组，促进脊髓损伤患者的康复。 2.2.1   脊髓损伤患者可激活与健康人相似的脑区   目前有大量研究显示脊髓损伤患者进行运动想象与健康人进行运动想象时，功能磁共振成像或脑磁图显示两组受试者激活的脑区相似。SABBAH等[18]首先对完全性胸腰椎脊髓损伤患者与健康人对照研究发现，两组受试者在进行运动想象期间激活的脑区总体相似，如初级运动皮质、辅助运动区和前运动皮质被激活，但健康对照组激活程度要比脊髓损伤患者组更强。随后，ALKADHI等[19]研究也得到类似的结果，发现两组激活的脑区总体一致，如辅助运动区、前辅助运动区、角回运动区和背外侧运动前皮质等，且发现脊髓损伤患者进行运动想象期间某些大脑区域激活程度进一步增强，如壳核、尾状核、丘脑和小脑，推测主要原因是脊髓损伤患者长期缺乏对初级运动区和初级感觉区的感觉输入而导致皮质-皮质抑制改变，长期缺乏躯体感觉反馈导致的可塑性变化。此外，研究补充到中央前回、顶叶下叶和楔前叶、小脑皮质、舌回、外苍白球、顶下回丘脑、中央后回和颞上回也存在重叠脑激活[20-23]。 有研究发现脊髓损伤患者的初级运动皮质激活似乎比健康对照组更高[24-25]，但在脊髓损伤患者的尝试和想象运动中，中央前回的活动显著但减少，即使在脊髓损伤多年后，动作的内部排练依赖于对身体某部位进行运动想象的动觉记忆，对身体部位进行想象仍可能激活辅助运动区和初级运动皮质[25]。激活的脑区及程度不同这一现象也不能排除脊髓损伤患者在进行运动想象时使用与健康受试者不同的策略，因为这些患者不需要抑制运动结果，他们的策略可能是一个动作的尝试，而不是想象它[25]。运动想象期间的激活强度通常比健康人降低30%-50%[24]，尽管如此，脊髓损伤患者运动想象能力被适度保留，运动想象疗法仍可激发足够的中枢神经系统来刺激大脑神经可塑性，从而促进患者运动学习和提高肌肉运动能力[21，26-28]。虽然目前的研究显示脊髓损伤患者与健康人进行运动想象训练激活的脑区不尽相同，但大多数研究都发现初级运动皮质和辅助运动区存在重叠激活，这些脑区主要负责运动的计划、控制与执行，这些研究证明了脊髓损伤患者与健康人进行运动想象时可激活相似的脑区，在一定程度上揭示了运动想象疗法干预脊髓损伤患者康复的可能机制。  2.2.2   脊髓损伤患者进行运动想象与运动执行可激活相似的脑区   运动想象是一个动作的内在想象，不涉及动作的实际执行，作为脊髓损伤后一个新兴的刺激中枢神经系统的途径，神经科学研究已证实了脊髓损伤患者进行运动想象和运动尝试时在大脑运动网络中招募重叠的区域[15，21]，如辅助运动区、壳核、尾状核等，这些网络脑区是实际运动准备和执行的基础。研究发现运动想象是运动行为的一种特殊形式，介于从运动准备到运动执行的连续体中，运动想象的神经机制类似于运动执行的早期阶段——准备和编程[29-30]。运动想象和运动执行之间的差异主要是由于运动想象期间缺乏明显运动和运动相关的反馈，而脊髓损伤患者这种反馈回路损伤，因此这种差异不明显[4]。SABBAH等[31]研究发现脊髓损伤患者在进行运动想象和运动尝试任务中，初级感觉运动皮质、运动前区和辅助运动区都观察到被激活，并指出功能磁共振成像可观察脊髓损伤患者进行运动想象及运动尝试期间的大脑功能变化。CHEN等[15]对17例右脚踝运动功能部分障碍的不完全脊髓损伤患者(其传入和传出通路部分保留)分别进行右侧踝关节背屈-跖屈的运动想象任务和运动执行任务，发现激活的脑区总体相似，包括双侧辅助运动区、额下回、小脑小叶、前脑岛、右额中回，与运动执行任务相比，进行运动想象任务时上述区域以及左侧中央旁小叶、楔前叶的激活强度和程度均显著降低，这表明不完全性脊髓损伤患者进行心理运动想象时脑区发生的相应变化，但目前的研究并没有解释其潜在的神经机制，这需要在未来澄清。脊髓损伤患者进行运动想象和运动执行时可招募相似的大脑运动网络区域，促进脊髓损伤患者中枢神经系统功能重组，这对损伤或手术后短期内存在运动功能障碍的脊髓损伤患者的康复可能会很有价值。 2.2.3   中枢神经系统的可塑性发展和功能重组   脊髓损伤后，患者大脑皮质发生了适应性变化[32]，一项关于脊髓损伤后脑区变化的Meta分析显示，脊髓损伤后患者的运动皮质、小脑和顶叶发生了明显改变，并定性地报告了躯体感觉的脑结构、皮质重组、白质扩散和丘脑代谢物的改变[33]。大量的研究认为大脑皮质功能和结构可通过不断的运动想象训练诱导中枢神经可塑性发展和重组，促进运动功能的恢复[24-25，34-36]。脊髓损伤后患者大脑皮质受到的抑制减弱，这可能是中枢神经可塑性发展和功能重组的原因[37]。研究发现在脊髓损伤患者康复中加入运动想象训练后，脑磁图数据显示代偿性脑区激活减少，皮质活动接近健康人，提示运动想象训练参与了脊髓损伤患者的代偿性神经激活的逆转，促进了正常神经网络的整合[21]。也有研究认为运动相关脑区的激活增加主要是由于脊髓损伤不完全，受损的皮质脊髓束进行了重组，使患者可以控制肢体，促进功能恢复[15-16]。 脊髓损伤后参与运动控制的脑区发生重组，特别是脊髓损伤患者在与健康人相比时，表现出以下变化：①基底节左侧苍白球区和后壳核区激活面积扩大，这些是与动作的记忆习得和为动作执行做准备时所涉及的脑区；②初级感觉皮质激活区空间定位的转移[25]。GUSTIN等[22]和MATEO等[38]的研究也报道了类似的脑重构，他们观察到脊髓损伤患者在进行运动想象期间，补充运动区(参与运动的启动和抑制)、运动前皮质(参与运动的规划)和小脑皮质(参与运动准备，特别是运动指令抑制)比健康对照组激活更明显。此外，运动想象也被用于脑机接口实现外骨骼的完全和不完全脊髓损伤的控制模式[39-40]。即使在完全损伤的情况下，使用脑机接口-运动想象训练可促进中枢神经系统的可塑性发展和功能重组[39]。脊髓损伤后大脑皮质发生适应性变化，在加入运动想象训练后，脑区代偿活动减少，激活的脑区与健康人接近，运动想象训练参与了脊髓损伤患者的正常神经网络的整合，可促进中枢神经系统的可塑性发展和功能重组。 作者总结并列举了运动想象治疗脊髓损伤的机制的临床研究成果，见表1。 "

2.3   运动想象治疗脊髓损伤的临床应用   运动想象是患者反复进行模拟和排练某种运动的一种心理状态，也不需要依靠患者残存的功能，对特定身体部位运动的想象，运动想象所产生的大脑皮质兴奋激活功能区，促使中枢神经系统修复与重组，患者反复的练习从中枢输出的信息去刺激皮质、周围神经，直至外周的肌肉，最终产生实际运动，促进感觉运动功能恢复。运动想象训练需患者具备一定的想象能力，一般要求患者动觉和视觉运动想象问卷≥25分[4]，它由20个项目组成，涉及头部和躯干的轴向运动以及上肢和下肢运动。研究指出根据运动想象期间检测相应水平上下的皮肤电反应的持续时间、潜伏期和振幅来评定运动想象能力[7]，并且将该方法纳入运动想象问卷，以评估脊髓损伤患者运动想象能力。目前大量研究结果表明运动想象疗法能改善脊髓损伤患者的运动功能、神经源性疼痛及神经源性膀胱功能障碍，其疗效虽然存在一定的潜在异质性，但运动想象疗法对脊髓损伤患者的康复是非常有价值的，应该将运动想象疗法纳入脊髓损伤患者常规康复方案中[27]。 2.3.1   运动想象治疗脊髓损伤的运动功能障碍   脊髓损伤患者肌肉失去神经控制，表现为受损平面以下的肌力减弱、肌张力异常等，患者完全或部分丧失运动能力。运动想象可以激活与运动执行相似的大脑区域，促进中枢神经系统的重组与修复，重复的练习可以使患者的运动功能得以恢复[41]。DECETY等[9]首先将运动想象疗法用于脊髓损伤患者的康复训练，并得出在物理练习困难的情况下，运动想象疗法可作为一种促进功能恢复的方法。GRANGEON等[35]对C6损伤患者做了肱二头肌肌腱转移到肱三头肌肌腱上的手术，术后对左臂进行康复，康复训练在常规康复基础上进行10次运动想象训练，每次30 min，每周5次，干预2周后，发现肘关节屈肌和伸肌的力量有所增加。不完全性脊髓损伤患者和健康受试者在进行运动想象训练后，发现患者在运动想象期间与运动相关的壳核激活增加，且对侧硬膜和苍白球的活动也增强，训练后患者的运动功能有所提高[15，25，42]。脊髓损伤患者进行运动想象训练不仅可以改善患者的Fugl-Meyer评分、步态、日常生活活动能力，还能改善患者血超氧化物歧化酶、表皮细胞因子和脂质过氧化物水平，促进组织修复[38，43-45]。最近一项系统评价表示运动想象可改善脊髓损伤运动功能障碍，并推荐每次治疗时间为30-60 min，重复多次训练[46]，但研究存在样本量较少、治疗方案差异较大等高度的异质性，仍需高质量研究进一步确定其疗效。总的来说，目前的结果提供了证据，脊髓损伤后大脑运动系统功能的许多特征是完整的，运动想象可有效改善脊髓损伤患者运动功能障碍，对脊髓损伤患者康复具有很大价值。 2.3.2   运动想象治疗脊髓损伤的疼痛   疼痛是脊髓损伤后最常见的症状之一，最常见的是神经性疼痛，其特点包括灼烧痛、压痛、阵发性疼痛、诱发性疼痛和感觉异常[47-48]。此外，脊髓损伤患者的身体除了感知真实肢体外，还会感知多余幻肢或多余幻肢疼痛[49]。在一项关于脊髓损伤患者出现的神经性疼痛的Meta分析中，发现脊髓损伤后神经病理性疼痛的患病率为53%，此外，脊髓损伤后1年的患者出现损伤水平以下的疼痛更为常见[50]。有研究显示脊髓损伤患者与健康人感受痛觉相关的多个大脑区域的神经解剖发生显著变化，这些区域包括丘脑腹后区、前额叶皮质、岛叶皮质、杏仁核和运动前皮质[22，51]。目前认为脊髓损伤水平下的神经性疼痛是由于对低于正常激活阈值的刺激而产生了过度的神经元反应，这种高兴奋性是由于各种受体、离子通道、胶质细胞刺激和背角内源性抑制性神经元减少而引起的[52]。解释这些疾病患者神经性疼痛背后机制的理论包括中枢水平的神经生理变化，如初级躯体感觉皮质重组的神经可塑性[53]。除了皮质组织的改变，神经性疼痛也与皮质和丘脑的功能改变有关[54-56]。脊髓损伤后的慢性疼痛的管理是非常具有挑战性的，药理学和非药理学治疗的有效性仍然缺乏证据[57]。 最近的研究表明，刺激运动皮质可以作为治疗疼痛的非药物方法之一[58-59]，而运动想象正是一种可以用于这一目的的技术。有文献表明在大多数情况下运动想象能够减轻脊髓损伤疼痛[42，46，60-67]，降低了目测类比评分、神经病理性疼痛评分和简明疼痛评分，提高了疼痛阈值，推荐每次治疗时间20 min并多次重复用于缓解疼痛，也可以与其他(如虚拟现实，经颅直流电刺激等)治疗方法联合使用，疗效更佳[68]。然而，有研究报道了运动想象训练会使脊髓损伤患者疼痛加剧[69]，并且出现了新区域疼痛，这一现象曾有研究假设认为，脊髓损伤后的皮质重组水平与神经性疼痛水平成正比[55]。但后来被研究否定[70]，神经性疼痛与脑可塑性增强无关，并提出中枢神经系统的重组可能是防止神经病理性疼痛发展的适应性过程。也有研究显示运动想象干预脊髓损伤患者疼痛无效[71]，这些差异背后可能有许多原因，如患者对疼痛的敏感度、社会压力、患者对治疗的期望或运动想象方法方案的差异[72-73]。虽然有两项研究指出运动想象疗法不能甚至加剧脊髓损伤患者的疼痛，使其疗效存在较大异质性，但大多数研究认为临床上对于伴有神经性疼痛的脊髓损伤患者，运动想象疗法应纳入康复方案中。 2.3.3   运动想象治疗脊髓损伤后神经源性膀胱   脊髓损伤后，神经源性膀胱是由于神经环路受损引起的逼尿肌功能异常[74]，脊髓损伤中的神经源性膀胱与多种并发症相关，包括尿失禁和潴留、泌尿道感染、肾功能损害及肾脏结石等，脊髓损伤患者并发神经源性膀胱的概率非常高，严重威胁患者的生命健康，膀胱功能的改善成为脊髓损伤患者研究的重要任务[75]。已有研究表明在脊髓损伤患者常规膀胱功能干预方案中加入运动想象训练后，可显著改善患者尿失禁次数、导尿次数、平均膀胱容量、最大排尿量、残余尿量、生活质量、心理状况，推荐每次20 min，每日4-6次[76-80]。娄玲娣等[81]探讨运动想象疗法治疗脊髓损伤后神经源性膀胱患者疗效的影响因素，对92例脊髓损伤后患者进行研究分析后，发现患者的文化程度、抑郁状态、神经源性膀胱类型、介入时间及疗程不同都会影响患者进行膀胱训练，这表明在对脊髓损伤患者进行运动想象疗法治疗时应该多加强影响疗效因素的宣传与指导。目前只有中文文献支撑运动想象疗法可改善脊髓损伤患者的膀胱功能，且这些中文文献的质量较低、研究数量较少，缺乏高质量文献支撑，需要更多的高质量研究进一步验证其疗效。 作者总结并列举了运动想象治疗脊髓损伤的疗效的相关临床研究成果，见表2。 "

2.4   脑机接口在脊髓损伤中的研究与应用   脑机接口(Brain-Computer Interface)是指大脑与外部设备之间的一种人机交互技术。脑机接口采用多种脑功能测量技术(如脑电图、功能磁共振成像和近红外光谱技术)在运动想象期间提取大脑活动产生的脑电信号，然后脑机接口将这种脑电信号转换成驱动信号来控制外在设备，不依靠大脑的正常神经传导通路即可恢复患者的部分运动功能，让“思想”变“行动”成为可能[82-83]，见图4。"

为了准确地使用运动想象-脑机接口，用户必须通过调节感觉运动节律来产生稳定的脑电信号[84]，需要进行以下几个步骤[85]，包括：①预处理以提高信号噪声比率；②频率选择，测量受试者运动想象期间感觉运动节律的最大振幅；③检测和分类，对参与者进行广泛的训练，让他们在有或没有线索的情况下想象一个动作。基于人机交互的脑机接口能有效地捕捉大脑产生的信号，有研究表明脊髓损伤患者在5个月的训练后，运动想象的脑电信号与健康受试者相匹配[86]，C4和C5四肢瘫痪的患者已经逐渐能够通过大量重复不能实际完成的动作(如手或脚的运动)的运动想象训练来控制抓握脑机接口设备。由于运动想象-脑机接口的使用培训要求高水平的注意力，高要求或持续的运动想象过程会导致训练期间患者疲劳[87]，疲劳会通过失去注意力和兴趣来影响训练效果，所以有研究提出了一种基于虚拟现实和游戏的运动想象-脑机接口训练环境[88]，游戏的目的是提高注意力和参与积极性，对20位参与者训练后，提高了训练速度，该方法可以有效提高参与者进行运动想象-脑机接口操作的基本水平，同时在运动想象期间增加了信号传输效率。有研究表明，尽管有运动障碍的脑卒中或脊髓损伤患者在运动想象过程中的脑电图反应能力平均低于健康受试者，但经过几次训练后，所有患者都能够在脑机接口系统中获得高精准度，对运动功能障碍患者进行运动想象训练有益的[88-90]。在过去的几年里，机器人的外骨骼发展对脊髓损伤后存在运动功能障碍的患者来说是一种有希望的康复和辅助工具。脑机接口被认为是脊髓损伤后康复的革命性改变，例如脑机接口通过控制神经假体、外骨骼、功能性电刺激等让患者恢复运动功能[91]，具有非常好的发展前景。 "