脊髓损伤后运动康复训练期间的神经可塑性

这对康复为何重要

脊髓损伤常被视为终生失去运动和感觉的判决。很多人会想：在如此毁灭性的事件之后，尤其是数年之后，大脑是否仍能学习和改变？这项研究表明，通过合适的练习——一种带有游戏化、节奏性挑战的训练——长期脊髓损伤者的大脑仍能以类似于甚至有时超过未受伤者的方式重新连接。这一发现挑战了康复存在固定“窗口期”的观念，并表明康复能够在受伤后很长时间仍然挖掘出大脑可塑性的隐藏储备。

以游戏化挑战进行训练

为探查神经系统如何适应，研究者招募了17名慢性脊髓损伤男性（均伤后超过六个月，平均接近八年）和32名健康男性。参与者在为期四周的电脑节奏游戏中训练，该游戏要求手或脚进行精确的时序动作。在为期60分钟、每周四次的监督训练中，他们根据与节拍同步移动的箭头作出反应，使用用于手臂的桌面装置或类似舞蹈垫的腿部平台。表现以正确击中提示的数量和与理想节奏的匹配度来衡量。在训练前、训练中和训练后多个时间点，所有人都接受了旨在捕捉大脑细微结构变化的详细MRI扫描。

测量大脑组织的隐性变化

所用的MRI方法超越了传统脑影像学，包含对脑组织数量与组织方式敏感的技术，以及与髓鞘相关的特征——髓鞘是帮助神经纤维快速传导信号的绝缘层。通过对同一群体进行纵向跟踪，团队能够追踪随着训练推进灰质（大脑的信息处理中心）和白质（连接各部分的线路）如何改变。他们聚焦于已知参与新运动学习的网络：初级运动皮层和感觉皮层、小脑、丘脑、海马构造以及将信号从大脑传向脊髓的主要通路。

表现提升与大脑重塑

每位脊髓损伤的参与者在一个月的训练中都有所进步。他们在准确性和速度上均有所提高，约在一个月后增益趋于平稳，并在训练结束近两个月后重新测试时保持稳定。基线时患者的表现低于健康受试者，但在训练过程中他们往往显示出更大的总体改进。MRI显示，这些行为学进步伴随着广泛的灰质和白质结构改变。运动皮层、穿过脑干下行至脊髓的长束以及小脑都表现出随时间发生的体积和与髓鞘及纤维组织相关指标的变化。训练早期，部分区域短暂扩张随后部分回缩，而与髓鞘和纤维对齐相关的测量在整个训练期内逐步增强，并在随访时保持稳定。

将大脑变化与运动改善联系起来

重塑的模式并非随机。那些在游戏中显示出更大或更快改善的患者，倾向于在关键运动通路上表现出更强的结构性变化。例如，感觉运动皮层组织体积的较大增加与更快的反应时间改善相关，而沿皮质脊髓束——传递运动指令的主要通路——的特定变化则与准确性改善的速度及其最终平台期高度相关。研究还发现了身体部位特异性的效应：用腿部训练的患者在与腿相关的运动系统区域表现出更明显的变化，而用臂部训练的患者在与臂相关的大脑、脑干和小脑区域显示出更强的转变。令人注目的是，当将脊髓损伤者与健康受试者直接比较时，大脑可塑性的总体轨迹极其相似，仅在少数测量上存在轻微差异。

对脊髓损伤者的意义

对非专业读者而言，核心信息是令人鼓舞的：即便在严重脊髓损伤数年之后，大脑仍具有强大的适应训练的能力。高强度、引人入胜的运动练习可以重塑对运动至关重要的大脑回路，而这些变化与任务表现的改善密切相关。尽管该研究尚未证明此类训练能直接转化为日常功能性收益，但它表明学习的生物学机制在受伤后很长时间内仍然活跃。该发现支持发展长期的、基于技能的康复项目——可能与其他疗法结合——以利用这种可塑性，不仅用于脊髓损伤，也适用于许多传统上被认为恢复有限的神经系统疾病。

引用: Emmenegger, T.M., David, G., Mohammadi, S. et al. Neuronal plasticity during motor rehabilitation training after spinal cord injury. Commun Biol 9, 561 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09793-7

关键词: 脊髓损伤, 大脑可塑性, 运动康复, 神经影像学, 运动学习