林麗珍，范杰誠，朱新蕊，賈凡，郭培武，王昱凱，張淑云

小腦是人體重要的軀體運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)中樞之一，參與軀體平衡、肌張力的調(diào)節(jié)及隨意運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)。運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控下的一種行為上的適應(yīng)性改變，由突觸傳遞和細(xì)胞突觸可塑性介導(dǎo)。大量研究表明，小腦和大腦的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層是參與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的重要結(jié)構(gòu)[1]。腦損傷后進(jìn)行功能康復(fù)鍛煉能改善患者的功能障礙，其中一個(gè)重要機(jī)制就是細(xì)胞的可塑性。本文就小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)涉及的細(xì)胞機(jī)制及針對(duì)小腦的刺激技術(shù)在卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 小腦參與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的神經(jīng)細(xì)胞機(jī)制

小腦回路和細(xì)胞間的突觸可塑性決定了小腦在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中發(fā)揮著重要作用[2]。運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過程涉及小腦多種神經(jīng)元的活動(dòng)，目前研究較多的是浦肯野細(xì)胞和顆粒細(xì)胞。長時(shí)程抑制（long-term depression，LTD）和長時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸可塑性的兩種不同表達(dá)方式，是學(xué)習(xí)和記憶的生物學(xué)基礎(chǔ)，浦肯野細(xì)胞和顆粒細(xì)胞均可通過LTD和LTP兩種方式來調(diào)節(jié)信號(hào)傳遞，參與卒中后運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)[2]。

1.1 浦肯野細(xì)胞 浦肯野細(xì)胞是小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)神經(jīng)細(xì)胞機(jī)制中研究最多，也是唯一從小腦皮層發(fā)送輸出信號(hào)的神經(jīng)元。浦肯野細(xì)胞通過兩條通路來接收信號(hào)輸入，一條通路涉及平行纖維的輸入，傳達(dá)與感覺或運(yùn)動(dòng)命令有關(guān)的信號(hào)；另一條通路是攀緣纖維的輸入[2]。

小腦平行纖維到浦肯野細(xì)胞突觸的LTP和LTD是小腦參與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的重要機(jī)制。Galliano等[3]在探討平行纖維到浦肯野細(xì)胞突觸后幾乎沒有N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）的原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)過度表達(dá)NMDAR轉(zhuǎn)基因小鼠的平行纖維到浦肯野細(xì)胞突觸的LTP更易受阻，而LTD不受影響。該研究結(jié)果提示，生理情況下，平行纖維到浦肯野細(xì)胞的突觸因缺少NMDAR，導(dǎo)致LTP在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中發(fā)揮更大作用。平行纖維到浦肯野細(xì)胞突觸的LTD是一個(gè)正反饋回路，Yamamoto等[4]通過膜片鉗電極將Raf激酶抑制蛋白導(dǎo)入小鼠小腦浦肯野細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在LTD正反饋回路中，Raf激酶抑制蛋白的作用必不可少。小腦內(nèi)的平行纖維通路可以通過LTD和LTP兩種方式來調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)，以更合理地滿足人體所需。

平行纖維-浦肯野細(xì)胞突觸的LTD需要平行纖維和攀緣纖維共同激活，在平行纖維和攀緣纖維共同刺激的浦肯野細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有平行纖維輸入的樹突狀鈣信號(hào)[5]。Yang等[6]的研究表明，攀緣纖維的信號(hào)輸入是一個(gè)“全或無”的過程，攀緣纖維電控脈沖的長時(shí)間爆發(fā)導(dǎo)致浦肯野細(xì)胞復(fù)雜峰電位的持續(xù)時(shí)間更長，導(dǎo)致更多的Ca2+進(jìn)入浦肯野細(xì)胞，產(chǎn)生更強(qiáng)的LTD。動(dòng)物研究表明，小腦浦肯野細(xì)胞內(nèi)峰電位的同步性起源于下橄欖核[7]。發(fā)育階段，在大而粗的攀緣纖維中能夠觀察到LTP和LTD，但小而細(xì)的攀緣纖維僅觀察到LTD[8]。小腦內(nèi)的攀緣纖維通路能夠通過LTD和LTP兩種方式來調(diào)節(jié)突觸可塑性，其中LTD可能是主要的調(diào)節(jié)方式。

1.2 顆粒細(xì)胞 顆粒細(xì)胞是大腦中最小的神經(jīng)元，平均只有4個(gè)短樹突，每個(gè)樹突均接受單個(gè)刺激性苔蘚纖維輸入，部分樹突也接受來自高爾基細(xì)胞末端的抑制性輸入[9]。

苔蘚纖維-顆粒細(xì)胞途徑是小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的重要方式，其突觸傳遞效應(yīng)有LTP和LTD。苔蘚纖維-顆粒細(xì)胞處的LTP是突觸前的，有賴于突觸后NMDAR和代謝型谷氨酸受體的激活，并可被突觸后LTD逆轉(zhuǎn)[10-11]。另外，苔蘚纖維刺激的θ脈沖不僅能誘導(dǎo)突觸前LTP，還能增強(qiáng)顆粒細(xì)胞固有的興奮性[12]。Wada等[13]通過視動(dòng)反應(yīng)適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)表明，光動(dòng)力學(xué)信號(hào)通過苔蘚纖維-顆粒細(xì)胞途徑傳輸?shù)狡挚弦凹?xì)胞，這種傳遞對(duì)于短期或長期視動(dòng)反應(yīng)表達(dá)是必不可少的。苔蘚纖維通路也通過LTP和LTD兩種方式調(diào)節(jié)小腦的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)，但其調(diào)節(jié)作用弱于平行纖維通路。

高爾基細(xì)胞與顆粒細(xì)胞的前饋和反饋抑制作用雖相對(duì)較弱，但有間接證據(jù)表明，該突觸的可塑性與小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)。高爾基細(xì)胞的前饋抑制和反饋抑制組合能使顆粒細(xì)胞神經(jīng)沖動(dòng)的初次發(fā)射延遲，在特定的短時(shí)間內(nèi)增加發(fā)射速率，引起延遲的發(fā)射速率變化并產(chǎn)生延長的發(fā)射時(shí)間[9]。Strata[14]在研究中將高爾基細(xì)胞的抑制作用從細(xì)胞電活動(dòng)方面進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)通過控制顆粒細(xì)胞去極化可調(diào)節(jié)神經(jīng)沖動(dòng)爆發(fā)過程中的NMDAR通道和Ca2+流入，推測高爾基細(xì)胞和顆粒細(xì)胞突觸的可塑性可能有助于小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)。

2 小腦刺激技術(shù)對(duì)卒中后運(yùn)動(dòng)功能的影響

卒后中，神經(jīng)元及突觸受損，正常的神經(jīng)回路中斷，受損的腦部功能區(qū)由于指令編碼錯(cuò)誤無法產(chǎn)生并傳遞正確信息，從而出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能和認(rèn)知功能障礙。小腦在促進(jìn)運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)任務(wù)中起著重要作用，小腦內(nèi)多個(gè)神經(jīng)元間的突觸可塑性及皮質(zhì)間的緊密連接使小腦成為卒中后功能恢復(fù)的重要結(jié)構(gòu)。

對(duì)小腦施加不同刺激是促進(jìn)卒中后功能恢復(fù)的重要手段，常見的針對(duì)小腦的非侵入性刺激技術(shù)有重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）、經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）和低強(qiáng)度聚焦超聲（low-intensity focused ultrasound，LIFU）；侵入性腦刺激技術(shù)目前有深部腦刺激（deep brain stimulation，DBS）。

2.1 重復(fù)經(jīng)顱磁刺激 rTMS采用電磁感應(yīng)原理，通過對(duì)小腦重復(fù)施加磁脈沖刺激，調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)并直接影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。1 Hz的rTMS重復(fù)刺激雙側(cè)小腦半球能夠明顯降低左側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層的小腦-大腦抑制；而以θ爆發(fā)式刺激刺激右側(cè)小腦，左側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層的小腦-大腦抑制沒有變化[15]。低頻rTMS作用于小腦會(huì)降低小腦-大腦抑制，高頻rTMS作用于小腦時(shí)小腦-大腦抑制不顯著。

Koch等[16]對(duì)34例卒中患者的小腦施加間歇性rTMS（θ爆發(fā)式刺激），治療3周后，患者的Berg平衡量表（43.4分vs.34.5分），F(xiàn)ugle-Meyer評(píng)分（171.1分vs.163.8分），Barthel指數(shù)（88.8分vs.71.1分）均較基線水平顯著提高，步寬（14.3 cmvs.16.8 cm）則較基線水平顯著下降。這可能是rTMS的θ爆發(fā)式刺激方式能激活小腦中特定的依賴于氨基丁酸活性的中間神經(jīng)元；另外，間歇性低頻θ爆發(fā)式刺激誘發(fā)的LTP增強(qiáng)小腦-丘腦-皮層間的相互作用，從而促進(jìn)卒中患者的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)[17]。段強(qiáng)等[18]將1 Hz的rTMS作用于后循環(huán)缺血性卒中患者的健側(cè)小腦，每日1次，連續(xù)治療4周后，接受rTMS刺激的患者Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)量表、威斯康星步態(tài)量表評(píng)分均有顯著提高，大腦皮層運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位波幅增高，證明針對(duì)小腦的低頻rTMS能改善后循環(huán)缺血性卒中患者的下肢功能。有研究者將10 Hz的rTMS作用于卒中患者的健側(cè)小腦咽部運(yùn)動(dòng)區(qū)（枕骨粗隆下方2.5 cm和外側(cè)4.3 cm），每日1次，每次30 min，治療3周后，患者吞咽障礙嚴(yán)重程度量表和滲漏-誤吸量表評(píng)分明顯低于治療前[19]。還有研究者發(fā)現(xiàn)，用1 Hz的rTMS持續(xù)作用于小腦旁正中段5 min后，卒中患者雙手參與釘板任務(wù)的時(shí)間變長[20]。

綜上所述，目前的研究提示，針對(duì)小腦的低頻rTMS能夠促進(jìn)卒中患者平衡、步態(tài)和吞咽功能的恢復(fù)。rTMS也是目前針對(duì)小腦進(jìn)行治療以改善卒中后運(yùn)動(dòng)功能障礙方面應(yīng)用較多的技術(shù)。

2.2 經(jīng)顱直流電刺激 tDCS可通過向小腦輸送微弱的、連續(xù)的直流電刺激來改變神經(jīng)元的可塑性，調(diào)節(jié)皮層間的興奮性[21]。陽極tDCS可使小腦-大腦抑制升高，陰極tDCS可使小腦-大腦抑制下降，同時(shí)，小腦-大腦抑制的陰極效應(yīng)依賴于刺激強(qiáng)度[22]。tDCS可能通過改變浦肯野細(xì)胞的活性，以局灶性和極性特異性的方式調(diào)節(jié)小腦的興奮性[23]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，采用tDCS重復(fù)刺激苔蘚纖維-顆粒細(xì)胞耦合，會(huì)在浦肯野細(xì)胞上產(chǎn)生興奮性突觸后電位的LTD，而只重復(fù)刺激顆粒細(xì)胞，浦肯野細(xì)胞上則會(huì)產(chǎn)生LTP[24-25]。

tDCS作用于小腦具有多方面的作用。Kumari等[26]在卒中慢性期患者跑步機(jī)訓(xùn)練期間連續(xù)3 d給予小腦陽極tDCS，1周后隨訪評(píng)估，發(fā)現(xiàn)患者的步長對(duì)稱性及步行速度均有所改善。這可能是因?yàn)樾∧X陽極tDCS提高了神經(jīng)元的興奮性，對(duì)錯(cuò)誤的不一致步長表現(xiàn)出較強(qiáng)的反應(yīng)能力，并糾正錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)[27]。Yamaguchi等[28]在患者注意力集中到拇短展肌的同時(shí)對(duì)小腦施加陽極tDCS，刺激60 min后，患者的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位和拇短展肌活動(dòng)均顯著增加，且在7 d后仍可觀察到拇短展肌微小的運(yùn)動(dòng)，由此，作者認(rèn)為陽極tDCS和注意力訓(xùn)練結(jié)合可能是改善卒中患者手指運(yùn)動(dòng)的有效途徑。近期的一項(xiàng)研究表明，陽極tDCS施加于小腦能夠增強(qiáng)年輕卒中患者學(xué)習(xí)手指夾物和有節(jié)奏地敲擊的能力[29-30]。

目前，將tDCS應(yīng)用于小腦來促進(jìn)卒中患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的研究還相對(duì)較少，但現(xiàn)有的研究結(jié)論支持針對(duì)小腦的陽極tDCS可以促進(jìn)卒中后患者步行和精細(xì)運(yùn)動(dòng)能力的改善。

2.3 低強(qiáng)度聚焦超聲 LIFU是通過聚焦超聲波束，將足量的聲能通過顱骨并準(zhǔn)確傳遞到感興趣腦區(qū)的技術(shù)。Baek等[31]采用頻率為1 kHz，聲波持續(xù)時(shí)間300 ms，刺激間隔5 s，平均脈沖強(qiáng)度為2.56 w/cm2的LIFU方案，反復(fù)刺激卒中模型小鼠的小腦外側(cè)核（contralesional lateral cerebellar nucleus，cLCN）3 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠的平衡功能有顯著改善。Baek等[32]在另一項(xiàng)研究中同樣采用上述LIFU方案刺激卒中小鼠的cLCN，并對(duì)小鼠進(jìn)行4周的行走和平衡訓(xùn)練，結(jié)果顯示，LIFU刺激的卒中模型小鼠的行走速度和平衡功能顯著高于基線水平和對(duì)照組。這可能是由于LIFU刺激了cLCN，隨后電信號(hào)通過小腦-丘腦上行通路興奮丘腦和大腦皮層的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，從而改善了小鼠卒中后的運(yùn)動(dòng)能力[33]。

目前，針對(duì)小腦的LIFU對(duì)卒中后的改善作用尚處于動(dòng)物試驗(yàn)階段，有數(shù)據(jù)提示1 kHz的LIFU可能有助于卒中后平衡和步行的恢復(fù)，但基礎(chǔ)研究的結(jié)果距離轉(zhuǎn)化到臨床應(yīng)用還需要更多的探索。

2.4 深部腦刺激 DBS是一種神經(jīng)介入技術(shù)，是將電極或起搏器植入腦內(nèi)，從而將電脈沖傳送到腦內(nèi)的特定區(qū)域。Machado等[34]將雙極電極植入卒中模型大鼠的小腦外側(cè)核中，分別用10 Hz、20 Hz、50 Hz的強(qiáng)度刺激cLCN，持續(xù)刺激6周后發(fā)現(xiàn)，20 Hz的刺激可以持久地誘發(fā)動(dòng)作電位，改善卒中模型大鼠的運(yùn)動(dòng)功能。Shah等[35]將光電極植入卒中模型小鼠cLCN中，每天給予一次10 Hz的刺激，一次持續(xù)3 min，持續(xù)7 d后的結(jié)果顯示，接受cLCN刺激的小鼠比未接受刺激的小鼠行走速度和距離都有明顯的改善；治療14 d后，接受刺激的小鼠步行速度恢復(fù)到卒中前的80%。Wathen等[36]在卒中患者的齒狀核植入電極，發(fā)現(xiàn)20 Hz的刺激能夠明顯改善患者上肢的運(yùn)動(dòng)功能。研究者認(rèn)為，小腦深核與基底神經(jīng)節(jié)間有很強(qiáng)的雙向連接，對(duì)小腦深核的刺激會(huì)通過丘腦核的傳入神經(jīng)直接影響紋狀體活動(dòng)，以此來調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)[37]。

目前，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提示低頻的DBS施加于小腦可能有助于改善卒中后的步行能力，但其在人體中應(yīng)用的研究極少，其有效性和安全性尚未得到證實(shí)。

綜上所述，針對(duì)小腦的刺激技術(shù)中，rTMS和tDCS是目前應(yīng)用較多的技術(shù)，針對(duì)小腦的低頻rTMS在促進(jìn)卒中患者平衡、步態(tài)和吞咽功能方面有積極療效，陽極tDCS作用于小腦有利于促進(jìn)卒中患者步行和精細(xì)運(yùn)動(dòng)的恢復(fù)。動(dòng)物研究提示，LIFU和DBS對(duì)卒中模型動(dòng)物的行走和平衡能力有較好的改善作用。此外，尚無在小腦施加經(jīng)顱交流電刺激后觀察卒中患者運(yùn)動(dòng)功能的研究，但基礎(chǔ)研究提示經(jīng)顱交流電刺激在改善肌張力方面可能有積極的作用。

長期以來，人們對(duì)神經(jīng)細(xì)胞機(jī)制的深入研究為小腦參與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)提供了有力證據(jù)。浦肯野細(xì)胞和顆粒細(xì)胞是小腦參與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的主要細(xì)胞。細(xì)胞間突觸的可塑性是運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是卒中后患者功能恢復(fù)的基礎(chǔ)。康復(fù)治療涉及的相關(guān)生活技能的核心是學(xué)習(xí)各種操作以達(dá)到自由執(zhí)行任務(wù)的目的，最終回歸家庭和社會(huì)。目前，對(duì)小腦施加非侵入性腦刺激來促進(jìn)卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)是臨床應(yīng)用較多的技術(shù)，侵入性腦刺激技術(shù)現(xiàn)處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。期望未來的研究可以探索在保障安全的情況下實(shí)施人體侵入性腦刺激技術(shù)，為卒中患者尋求功能恢復(fù)提供新的治療方法。