小脑经颅磁刺激对卒中后步行及平衡能力改善的研究进展

发布时间: 2026-04-24

脑卒中后,患者常遗留平衡和肢体运动障碍,严重影响生活质量。改善平衡和行走能力是康复的主要目标。无创脑刺激(NIBS)通过调节皮质兴奋性和神经可塑性,有助于功能恢复。其中,经颅磁刺激(TMS)特别是重复性经颅磁刺激(rTMS)及Theta爆发式经颅磁刺激(TBS)广泛用于改善卒中后平衡及运动障碍,但最佳靶点尚不明确。初级运动皮层(M1)是常用的康复靶点,小脑因其在平衡和运动控制中的作用成为潜在靶点。本综述将探讨TMS刺激小脑在改善卒中患者步行及平衡方面的研究进展。


一、小脑的结构与功能


1.小脑的结构与功能分区

小脑位于大脑后方,靠近脑干,是协调运动、维持平衡、姿势及运动学习的重要部分。小脑由中间的蚓部和两侧的小脑半球组成,分为前叶、后叶和小叶结节状叶3个主要叶及9个小叶。前叶(Ⅰ~Ⅴ小叶)主要负责运动控制;后叶(Ⅵ~Ⅸ小叶)参与记忆、决策、语言等认知活动;小叶Ⅹ及部分蚓部构成绒球小结叶,调节平衡和肌张力。小脑的传入来源包括脊髓小脑背束、橄榄小脑束等,输出纤维则投射至大脑皮质的多个区域,小脑在整合神经信息和执行功能中扮演关键角色,被认为是整合来自各神经通路信息以执行相关功能的中枢节点,进一步探究小脑与其它中枢结构的功能连接,有助于推测小脑调控运动功能的神经通路。

2.卒中后运动功能障碍与小脑的关系

卒中会导致大脑网络中断,尤其是对皮质-小脑系统的影响,可引起对侧小脑与病变大脑之间的功能断开,称为交叉性小脑失联络。皮质-脑桥-小脑束变性是交叉性小脑失联络的关键机制之一。小脑通过皮质-脑桥-小脑束接收来自感觉运动皮质的运动指令,并通过小脑下脚接收脊髓小脑通路的感觉信号,调节肢体运动、姿势和行走。研究发现卒中后皮质脊髓束和小脑下脚的完整性同时受损,小脑下脚非病灶侧的各向异性分数(FA)值低于病灶侧,导致下肢无力和行走功能差。FA值下降与白质退化、轴突损伤、树突变性及髓鞘肿胀相关,小脑下脚退变与下肢功能差相关,可能由于本体感觉传递异常,造成运动功能减退。此外,小脑基于“齿状核-丘脑-皮质”(DTC)环路理论对大脑皮质有双向性联系,小脑神经主要通过小脑上脚传递小脑处理后的信号至对侧大脑皮质,同时浦肯野细胞调节DTC束的活动,协调该回路的功能。脑卒中后小脑上脚可能因为缺血或出血而受损,导致小脑与大脑皮质之间的信息传递中断,影响运动的协调和平衡。

近年来,小脑越来越被认为是参与控制动态功能的关键结构之一,有多项证据表明对小脑的无创刺激有助于恢复脑卒中后的动态功能。


二、小脑TMS原理


1. TMS原理

TMS 技术利用脉冲磁场改变大脑皮质神经细胞膜电位,进而影响大脑神经活动。rTMS包括高频(HF-rTMS,频率≥5 Hz)和低频(LF-rTMS,频率≤1Hz)2种模式,前者用于诱导皮质兴奋性,后者用于抑制皮质活动。另一种常用模式是TBS,通过5Hz节奏传递50Hz脉冲,分为连续θ波爆发刺激(cTBS)和间歇θ波爆发刺激(iTBS)。rTMS应用于脑卒中康复,基于大脑半球间竞争模型,旨在通过恢复皮质兴奋性平衡,促进运动功能恢复。

2. TMS对小脑活动的调节

2.1 小脑TMS对M1区可塑性调节TMS对小脑功能的调节主要通过DTC通路向M1区提供兴奋性刺激。小脑与大脑皮质之间存在广泛的纤维连接,TMS通过小脑神经纤维的投射,调节多个皮质及皮质下区域的活动。小脑与M1之间通过小脑-丘脑-M1回路形成紧密的联系,且小脑深部核通过丘脑腹侧与运动皮质形成兴奋性突触连接。TMS调节小脑活动,进而影响M1功能。神经通路损伤时,齿状核兴奋刺激增加皮质兴奋性,促进运动发生。并有研究表明,小脑通过检测运动错误调节M1输出,提高运动精度和适应性。此外,小脑-M1连接强度和小脑兴奋性对M1的神经可塑性有重要影响。

2.2 小脑-大脑抑制小脑的输出主要由投射到小脑深部核的浦肯野细胞介导,对齿状核具有抑制性作用,齿状核通过丘脑腹外侧运动核控制运动皮质。Ugawa等的研究表明,TMS先刺激一侧小脑后部,5~7ms刺激对侧大脑皮质,对侧M1所诱发的MEP幅度降低。小脑TMS可显著抑制对侧M1的运动反应,这种现象称为小脑抑制。小脑TMS刺激通过诱导浦肯野细胞活性的改变来调节小脑抑制,进而实现小脑兴奋性的持续和极性依赖的双向调节。鉴于在卒中患者的感觉运动网络中观察到的自发神经活动显著较低,小脑TMS有望作为一种治疗方法,通过调节功能网络潜在地解决这些问题。

此外,小脑与基底神经节也存在相互连接,当大脑皮质与小脑的基底神经节环路异常时,可能导致与多种神经系统疾病相关的运动缺陷。


三、小脑TMS的临床应用


卒中虽多为局灶性病变,但会导致大脑网络结构和功能的广泛变化,影响全脑功能。由于小脑与大脑有纤维连接,通过小脑的神经调控可能改善卒中患者的运动学习能力,进而促进步态、平衡及协调性等复杂运动功能的恢复。

1. 小脑TMS对卒中后步行及平衡能力的改善

已经有荟萃分析表明,小脑TMS治疗可以显著提高卒中患者的Berg平衡量表评分和Fugl-Meyer下肢评估评分,并结合功能性磁共振成像研究发现卒中患者运动相关脑区的自发神经活动发生显著变化。在单脉冲TMS研究中,大脑皮质的兴奋性通常是通过即时的行为表现和反复的治疗来证明的,并通过多次的刺激达到持久的行为改变。临床中已在小脑刺激中应用了不同模式和频率。

1.1 小脑rTMS

rTMS具有脉冲频率可调节性,不同频率产生的调控作用不同。对于1Hz的TMS方案(即低频方案),研究侧重于抑制神经元从而减少可观察到的行为,如改善肌肉收缩或减少过度活动的功能连接。Kim等使用1Hz rTMS刺激小脑枕叶,线圈放置在与患侧大脑同侧的小脑半球的下2cm和中线旁2cm处,刺激频率为1Hz,强度为患者静息运动阈值的100%,持续15min,每位患者每节治疗共接受900次刺激。发现常规抑制性rTMS提高了机械缩足反射阈值和Berg平衡量表评分,改善卒中患者的行走和平衡功能。当考虑高频TMS方案时如5Hz或TBS模式时,主要目标是增加某些区域或通路的活动。丁晓晨等的研究表明,使用10Hz rTMS可显著改善卒中患者的步行障碍和平衡功能,且通过磁共振波谱变化进一步证实了小脑rTMS对这些功能的显著改善作用。Parikh等在一项研究中使用5Hz rTMS比较M1和小脑在调节年轻健康成人平衡表现中的作用,发现小脑rTMS改善了大多数感觉剥夺条件下的反应平衡表现,而M1 rTMS在预期姿势控制方面产生了微小但不显著的改善。

上述研究表明,无论是抑制性还是兴奋性刺激,小脑rTMS能够改善卒中患者的步行及平衡能力。此在临床应用中,选择低频或高频TMS应根据患者的具体病理状态和神经生理表现来定制,以提高治疗效果,使小脑成为改善卒中后步行及平衡能力的有效潜在靶点。

1.2 小脑TBS

有研究发现,相比于传统rTMS模式,iTBS模式能在更短的时间内诱导更高的兴奋性。目前小脑iTBS模式已在临床上应用于脑卒中患者,已经证明该模式不仅能改善卒中患者的步态和平衡能力,还能改善视觉运动学习、视觉空间忽略和吞咽功能。

Koch等发现小脑 iTBS可以调节后顶叶皮质的兴奋性,通过促进小脑皮质的可塑性,将iTBS应用于对侧受累半球的小脑外侧可有效增强步态和平衡的恢复。作者还将iTBS与传统物理治疗相结合,利用TMSEEG联合测量皮质活动的变化,结果表明,iTBS联合物理治疗能够显著改善卒中后偏瘫患者的步态和平衡功能,这与陈静等研究的一项小脑iTBS联合物理治疗对卒中患者平衡功能和步态的影响结果一致。在毛佳宁等的一项研究中,作者采用弥散张量成像检查,测量3对小脑脚在iTBS联合物理治疗后的FA值与表观弥散系数值,发现治疗后非病灶侧小脑上脚的FA值较治疗前增大,这表明iTBS对小脑的刺激可改变其可塑性及神经纤维的完整性,提升对侧大脑半球运动皮质的兴奋性,神经传导能力增强促进平衡恢复,提高步行能力,降低跌倒风险。

Liao等的一项研究首次比较了应用于受影响半球同侧M1与受影响半球对侧小脑在卒中患者平衡和运动恢复方面的疗效和安全性。研究采用八字形线圈,小脑iTBS组线圈施加在受影响大脑半球对侧(中线外侧3cm,枕骨内侧1cm)上,M1-iTBS组线圈位于受影响大脑半球的M1区域上方,iTBS的参数为静息运动阈值的80%和50Hz脉冲,1200脉冲/d。研究发现小脑和M1的iTBS均对Berg平衡量表评分和功能性行走类别评分的变化有益,但小脑iTBS组在Berg平衡量表和Fugl-Meyer运动功能评分法-下肢评分的变化更显著,且小脑和M1迪欧iTBS均表现出耐受性良好且安全,这表明与传统的M1区TMS相比,小脑TMS更具针对性,特别是在运动控制和精细协调方面。但由于目前直接比较M1区或其他脑区TMS与小脑TMS在卒中后运动功能恢复中的差异的研究仍较为有限,缺乏系统性证据支持其中一种干预方式在疗效上的优势。因此未来仍需开展大样本、随机对照试验,并结合多模态神经影像和神经生理学评估,以深入探讨不同TMS靶区对卒中后运动功能重塑的作用机制及临床应用价值。

综上所述,M1和小脑TBS都可用于设计快速、低成本和有效的平衡康复方案,而小脑iTBS可改善卒中后偏瘫患者的平衡、运动功能和步态,且与M1区TMS刺激相比有更好的效果,对运动功能康复产生额外影响,可能是卒中后患者平衡和运动康复计划中一种有价值的新治疗选择。但一些研究得出相反结果,可能由于样本量或病变区域差异,仍需进一步验证。总体而言,小脑TMS有望成为卒中康复中的有效干预手段。

2. 小脑TMS对运动学习的影响

小脑在促进新运动任务的学习方面发挥着关键作用,是运动恢复的基本功能。研究表明非侵入性小脑刺激可以增强健康受试者的运动学习能力。Bonni等的一项关于小脑iTBS对偏瘫患者视觉运动学习的影响的研究显示,iTBS能改善慢性卒中患者的视觉运动学习,并持续提升新学到技能的适应性,作者认为这种改善可能归因于小脑活动的局部增加,促进了小脑皮质的长时程增强。此外,小脑可能通过类似的机制控制参与复杂运动和认知过程的不同皮质区域,如学习新的复杂运动技能。Koch等一项小脑TBS在调节年轻健康受试者的视觉运动适应中的潜力研究也支持这一观点,该研究表明,通过iTBS诱导的小脑可塑性与对侧M1的长期神经活动变化相关,可能通过激活顶叶-额叶网络的CTC通路实现。

综上,这些研究表明小脑TMS通过促进小脑-皮质重组,有助于改善运动学习,是促进卒中患者运动恢复的潜在新策略。


四、小脑TMS改善运动功能障碍的作用机制


1促进神经可塑性

TMS通过诱导突触可塑性改善神经功能,TBS可引起即时和长期的功能与结构可塑性,调节GABA合成酶和中间神经元活动,cTBS减少钙结合蛋白中间神经元数量,iTBS则促进其增长。反复小脑磁刺激可促进小脑及相关区域的神经可塑性,增强神经网络的功能连接,从而恢复运动功能。

2.调节运动皮质兴奋性

小脑输出影响多个脑区,包括M1、运动前区、前额叶和顶叶等,小脑TMS调节GABA能活性,改善远隔区域皮质的兴奋性。这种调节在时间、空间和频率域内协同发生,改善运动功能障碍。研究表明,小脑TMS通过增强皮质脊髓束的传导效率,间接影响M1兴奋性,并通过短期和长期可塑性机制优化皮质脊髓信号强度和精确性。

3.调节小脑-大脑环路

小脑在运动学习中发挥重要作用,TMS可通过小脑刺激诱导大脑皮质的远隔效应,进一步探讨其对脑神经调控的作用机制。小脑通过小脑-丘脑-皮质环路影响M1及皮质脊髓通路,以调控不同的运动功能。研究表明小脑iTBS不仅能促进小脑皮质的长时程增强,还对受损半球的对侧后顶叶皮质产生作用,从而加强小脑-丘脑-皮质相互作用,这对空间-运动学习至关重要,并可反映在平衡和步行评分的改善中。


五、小结与展望


小脑TMS作为一种潜在的治疗手段,已被证明对脑卒中后步态和平衡障碍具有潜在的治疗作用。当前的研究表明,小脑TMS在提高运动功能、改善步态与平衡方面具有积极效果。然而研究中样本量相对较小,且在刺激频率、剂量、线圈类型等方面存在差异,导致结果的异质性较大,未来的研究应重点关注小脑TMS治疗中的频率选择,以确定最有效的刺激频率和剂量,优化治疗效果。与M1-TMS相比,小脑TMS的刺激参数可能对疗效产生不同影响,研究应进一步探索最佳的频率范围以及不同治疗周期的效果,开展大规模、长随访期的研究,系统评估小脑TMS在卒中康复中的安全性,尤其是在治疗机制、效果持久性和临床适用性方面的差异。同时结合脑电图、功能性近红外光谱技术、功能磁共振等神经成像技术,深入探讨小脑TMS对小脑及其远隔脑区的神经调控作用,揭示其在运动功能恢复中的具体作用机制,为未来标准化干预方案的制定提供科学依据。

注文章出处:祁婧曼,赵若璇,项奥梦.小脑经颅磁刺激对卒中后步行及平衡能力改善的研究进展.[J].神经损伤与功能重建.2025.2012:760-763.