1、基于现代脑科学的语言与认知基于现代脑科学的语言与认知障碍康复障碍康复1主要内容主要内容 概述概述 现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障碍康复的启示和应用碍康复的启示和应用 多模态脑成像技术多模态脑成像技术 脑加工模型脑加工模型 非侵入性脑刺激非侵入性脑刺激 特殊神经环路发现（镜像神经元系统）特殊神经环路发现（镜像神经元系统）2主要内容主要内容 概述概述 现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障碍康复的启示和应用碍康复的启示和应用 多模态脑成像技术多模态脑成像技术 脑加工模型脑加工模型 非侵入性脑刺激非侵
2、入性脑刺激 特殊神经环路发现（镜像神经元系统）特殊神经环路发现（镜像神经元系统）3脑的脑的1010年、脑计划年、脑计划 欧、美、日本等国把欧、美、日本等国把20世纪世纪90年代称为年代称为“脑的脑的10年年”。 2013年年4月月2日美国总统奥巴马在白宫提出与人类基因组计日美国总统奥巴马在白宫提出与人类基因组计划相媲美的脑科学研究计划（划相媲美的脑科学研究计划（BRAIN，Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies)，以探，以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、针对目前无法治索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、针
3、对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。愈的大脑疾病开发新疗法。 我国已经把脑与认知科学列为八大前沿科学领域之一，攀我国已经把脑与认知科学列为八大前沿科学领域之一，攀登计划登计划, 973, 几个几个“5年计划年计划”。 21世纪世纪-脑科学世纪。脑科学世纪。4脑损伤治疗方法有待探索脑损伤治疗方法有待探索脑损伤仍是影响患者生活，带来巨大负担的原因之一脑损伤仍是影响患者生活，带来巨大负担的原因之一。5康复脑首先要了解脑！康复脑首先要了解脑！2007 Lancet法国法国“无脑无脑”男子，男子，44岁，公务员，娶妻生子上班一切正常！？岁，公务员，娶妻生子上班一切正常！？ 6What？-Why？-How
4、？7主要内容主要内容 概述概述 现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障碍康复的启示和应用碍康复的启示和应用 多模态脑成像技术多模态脑成像技术 脑加工模型脑加工模型 非侵入性脑刺激非侵入性脑刺激 特殊神经环路发现（镜像神经元系统）特殊神经环路发现（镜像神经元系统）8脑结构像脑结构像Wernicke失语失语 Broca失语失语 失读症失读症9脑功能成像脑功能成像-PET-PET10脑功能成像脑功能成像-PET-PET11脑功能成像脑功能成像-PET-PET12脑功能成像脑功能成像-PET美国华盛顿大学 Peterson实验室，200913脑功能成像脑功
5、能成像- ERP14ERP溯源溯源Face Recognition15脑功能成像脑功能成像- MEG16脑功能成像脑功能成像- MEG17MEG-磁源性影像磁源性影像(MSI)图图18脑功能成像脑功能成像-fMRI19BOLDfMRI原理原理 血液中血液中脱氧血红蛋白是顺磁性物质，可缩短脱氧血红蛋白是顺磁性物质，可缩短T2T2* *时间，在时间，在T2T2* *加权成像时，使局部的信号强度减加权成像时，使局部的信号强度减弱。弱。 大脑活动时，相应神经细胞激活，激活区血流过大脑活动时，相应神经细胞激活，激活区血流过度增加，超出氧供需要。使得局部引流静脉内的度增加，超出氧供需要。使得局部引流静脉内
6、的脱氧血红蛋白稀释，即顺磁性物质水平下降。脱氧血红蛋白稀释，即顺磁性物质水平下降。 减少了导致局部信号减弱的影响，使神经元活动减少了导致局部信号减弱的影响，使神经元活动区的区的T2T2* *信号强度增加。信号强度增加。 检测这种微小的信号增加，并显示其空间分布及检测这种微小的信号增加，并显示其空间分布及其动态过程，对脑组织进行功能成像。其动态过程，对脑组织进行功能成像。20BOLDfMRI原理原理21如何获知脑功能变化信息如何获知脑功能变化信息执行任务执行任务脑区产生功能活动脑区产生功能活动神经元代谢变化神经元代谢变化局部血流变化局部血流变化血液里磁性物质水平变化血液里磁性物质水平变化磁信号的
7、变化磁信号的变化MRIMRI检测到检测到22fMRI fMRI 检测示意图检测示意图23fMRI图像图像24纤维束成像（纤维束成像（Diffusion MRI）25DTI/DTT:言语和阅读的重要神经纤维束言语和阅读的重要神经纤维束26磁共振波谱磁共振波谱-MRS27MRS频谱图频谱图28MRS29fNIRS30揭示正常脑功能的神经机制揭示正常脑功能的神经机制 脑功能成像的优势脑功能成像的优势 充分的脑区充分的脑区 揭示临床上不易受损脑区功能揭示临床上不易受损脑区功能31言语表达言语表达和阅读的和阅读的激活区激活区3233揭示获得性语言障碍的神经机制揭示获得性语言障碍的神经机制343536发展
8、性阅读障碍的神发展性阅读障碍的神经解剖基础经解剖基础DyslexiaNormal揭示脑功能障碍的神经机制揭示脑功能障碍的神经机制 37帮助选择更加合理的治疗策略和方法帮助选择更加合理的治疗策略和方法38帮助选择更加合理的治疗策略和方法帮助选择更加合理的治疗策略和方法 药物的选用和时机评价 Bromocriptine（溴隐停）（溴隐停） Amphetamine（安非他明）（安非他明） Aniracetam（茴拉西坦）（茴拉西坦） Donepezil（多奈哌齐）（多奈哌齐） 39揭示治疗效果差异的机制揭示治疗效果差异的机制Chau et al. 2010Acupuncture: Hegu, Nei
9、guan Taichong, Zusanli, 30min, three times a week, 8 weeks40主要内容主要内容 概述概述 现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障碍康复的启示和应用碍康复的启示和应用 多模态脑成像技术多模态脑成像技术 脑加工模型脑加工模型 非侵入性脑刺激非侵入性脑刺激 特殊神经环路发现（镜像神经元系统）特殊神经环路发现（镜像神经元系统）4142记忆加工模型记忆加工模型43记忆加工模型记忆加工模型工作记忆加工模型工作记忆加工模型44语言加工模型语言加工模型4546Conceptual focusing Pers
10、pective takingLemma selectionLexical conceptLexical SelectionLemmaPhonological wordPhonological codesRetrieving morphemic Phonological codesPhonological encodes SyllablificationPhonetic encodingArticulatory scoreSound waveArticulationForm encodingSyllabaryLevelt模型模型47Dual-stream model（Hickok &Poeppe
11、l., 2007 ）48脑成像脑成像- -脑模型整合（举例）脑模型整合（举例） KY，左半错读、左视野失读。，左半错读、左视野失读。 构构购，打购，打灯灯L康康胼胝体压部损伤但胼胝体压部损伤但VWFA保留。保留。复复 49左偏侧忽略？左偏侧忽略？行为学行为学- -排除左侧忽略排除左侧忽略50fMRI实验实验51FMRIFMRI激活差异激活差异右视野右视野左视野左视野52DTI-DTT显示纤维束中断显示纤维束中断患者患者正常正常对照对照534-VWFA视觉词形加工中央凹分割模型视觉词形加工中央凹分割模型54Yi, Shan, et al., Brain structure and functio
12、n,2014（IF:7.837）Luo，Shan，et al. Plos One, 2011.（IF：3.534）单春雷等，中国康复医学杂志，单春雷等，中国康复医学杂志，2010基于机制的失读症治疗基于机制的失读症治疗1个月个月-1小时小时55国际著名专家（国际著名专家（BrysbaertBrysbaert教授）的评价教授）的评价56第七届国际物理医学与康复医学大会第七届国际物理医学与康复医学大会57主要内容主要内容 概述概述 现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障碍康复的启示和应用碍康复的启示和应用 多模态脑成像技术多模态脑成像技术 脑加工模型脑
13、加工模型 非侵入性脑刺激非侵入性脑刺激 特殊神经环路发现（镜像神经元系统）特殊神经环路发现（镜像神经元系统）58非侵入性脑刺激技术（非侵入性脑刺激技术（NIBSNIBS） 经颅磁刺激（经颅磁刺激（TMSTMS） 经颅直流电刺激（经颅直流电刺激（tDCStDCS） 经颅脉冲刺激（经颅脉冲刺激（tPCStPCS） 经颅交流电刺激（经颅交流电刺激（tACStACS） 经颅超声刺激（经颅超声刺激（tUStUS） 59TMSTMS：电流：电流- -磁场磁场- -电流电流60调控神经生理和生化过程调控神经生理和生化过程 感应电流感应电流- -神经元兴奋性改变（动作电位）神经元兴奋性改变（动作电位） 长时程
14、增强（长时程增强（LTPLTP）或长时程抑制（）或长时程抑制（LTDLTD） GABAGABA NMDANMDA 胆碱胆碱 多巴胺多巴胺 神经元神经元- -突触突触- -环路环路- -网络网络616263tDCStDCS德国Saarland大学，200864tDCS 不像不像TMS一样，不能直接地引起动作电位一样，不能直接地引起动作电位（AP），而是调，而是调节神经元的静息膜电位，改变神经的兴奋性，导致神经元自节神经元的静息膜电位，改变神经的兴奋性，导致神经元自发放电的可能性增加发放电的可能性增加/降低。降低。+_Depolarization ofBasal membraneHyperpola
15、riztion ofBasal membrane65正极正极Anode负极负极Cathode66特点特点 方便方便 安全安全 副作用小：痒、轻微皮肤刺痛或头痛副作用小：痒、轻微皮肤刺痛或头痛 价廉价廉 方便科研（假刺激设置容易）方便科研（假刺激设置容易） 可以可以on-line训练（同时做训练（同时做PT、OT、ST）67Mechanisms of plasticityNMDA receptor activationGrowth factorsNeurogenesis?Axonal GrowthSynaptogenesisUnmasking of silent synapsisUp-regul
16、ation of immediate early genesis/transcriptionfactorsLTP681:1 / 1:469半球间抑制模型半球间抑制模型(-)(-)InhibitExciteLow-frequency rTMSCathodal tDCSHigh-frequency rTMSAnodal tDCSAdapted from Hamilton et al., 201170经颅磁刺激（经颅磁刺激（TMSTMS）对偏侧忽略症的改善）对偏侧忽略症的改善71TMSTMS治疗治疗- -偏侧忽略症偏侧忽略症（陈晓伟，余滨宾，单春雷等，中国脑血管病杂志（陈晓伟，余滨宾，单春雷等，中国
17、脑血管病杂志, 2012）72TMSTMS治疗治疗- -偏侧忽略症偏侧忽略症（陈晓伟，余滨宾，单春雷等，中国脑血管病杂志（陈晓伟，余滨宾，单春雷等，中国脑血管病杂志, 2012）730.5Hz的的rTMS作用于右侧大脑半球作用于右侧大脑半球Broca镜像区可以显著镜像区可以显著改善脑卒中后恢复早期非流畅性失语患者的改善脑卒中后恢复早期非流畅性失语患者的语言功能。语言功能。74（沈滢，单春雷等，中华物理医学与康复杂志，（沈滢，单春雷等，中华物理医学与康复杂志，2016）经颅直流电刺激（经颅直流电刺激（tDCStDCS）在康复临床的应用和优化）在康复临床的应用和优化 结论：tDCS的阴极位于左乳突
18、可以改善偏侧忽略症症状。7576ppTMS/PAS：皮质内兴奋：皮质内兴奋/抑制；半球间抑制；传入性抑制（抑制；半球间抑制；传入性抑制（GABA、NMDA、ACh）7778TMSTMS干预和评价疗效的机制干预和评价疗效的机制78TMSTMS检测指标在卒中结局检测指标在卒中结局预测中的作用预测中的作用Giovanni et al, 2014 79哈佛医学院，哈佛医学院，201580主要内容主要内容 概述概述 现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障现代脑科学研究成果和重大发现对语言与认知障碍康复的启示和应用碍康复的启示和应用 多模态脑成像技术多模态脑成像技术 脑加工模型脑加工模型 非侵入性脑刺
19、激非侵入性脑刺激 特殊神经环路发现（镜像神经元系统）特殊神经环路发现（镜像神经元系统）81脑中之镜82脑中之镜 脑中有一种神经元，它能像镜子一样，映射脑中有一种神经元，它能像镜子一样，映射别人的脑活动。别人的脑活动。83脑中之镜-镜像神经元动作观察动作观察观察者观察者做动作者做动作者84 20 世纪世纪90 年代初，意大利帕尔玛大学年代初，意大利帕尔玛大学Rizzolatti教授和教授和Gallese教授在研究中发现，猴子在教授在研究中发现，猴子在观察他人观察他人（或他猴）执行动作时，（或他猴）执行动作时，会引起会引起其大脑中负责其大脑中负责该动作执行的该动作执行的前运动皮质腹侧（前运动皮质腹
20、侧（F5 区）区）神经元放电神经元放电，这种放电同它自身，这种放电同它自身执行执行该该动作的放电相似动作的放电相似。(Rizzolatti & Craighero,2004)镜像神经元85镜像神经元 由于这类神经元把观察到的动作由于这类神经元把观察到的动作（脑活动）（脑活动）“映映射射”到自己执行该动作的脑区到自己执行该动作的脑区中中，像镜子一样反，像镜子一样反射了他人的脑活动，因此被称为射了他人的脑活动，因此被称为镜像神经元镜像神经元（mirror neuron）。see=do86镜像神经元 镜像神经元的发现引起生物学界、神经科学界的巨大轰动镜像神经元的发现引起生物学界、神经科学界的巨大轰动
21、，Lancet、Science等国际顶级杂志均有报道，掀起对镜像等国际顶级杂志均有报道，掀起对镜像神经元研究的热潮。神经元研究的热潮。科学美国人科学美国人（Scientific American）一文把）一文把镜像神经元系统称为镜像神经元系统称为“脑中之镜脑中之镜” 。87动作观察-动作模仿8889 有报道有报道运动观察（视频或镜像）、运动想象运动观察（视频或镜像）、运动想象均可均可以通过激活以通过激活MNSMNS，有利于脑卒中患者偏瘫肢体，有利于脑卒中患者偏瘫肢体运动运动功能改善（包括上肢功能、平衡、步态等）功能改善（包括上肢功能、平衡、步态等）以及以及日常生活能力的提高。日常生活能力的提高
22、。镜像神经元理论用于脑卒中偏瘫康复镜像神经元理论用于脑卒中偏瘫康复侯红，蔡可书，范亚蓓，戴文骏，侯红，蔡可书，范亚蓓，戴文骏，单春雷（通讯作者）单春雷（通讯作者）.镜像疗法结合运动想象训练对脑卒中后偏瘫患镜像疗法结合运动想象训练对脑卒中后偏瘫患者上肢功能和日常生活活动能力的影响者上肢功能和日常生活活动能力的影响. 中华物理医学与康复杂志，中华物理医学与康复杂志，2013,35（2）：）：112-114.90 重要的重要的语言功能区语言功能区（BrocaBroca区、左角回、左缘上回、区、左角回、左缘上回、WernickeWernicke区区）和和MNSMNS位置非常吻合。位置非常吻合。镜像神经
23、元理论用于脑卒中失语症康复？镜像神经元理论用于脑卒中失语症康复？MNSMNS区区语言区语言区91基于MNS的训练程序3 3周的周的A-B-AA-B-A训练方案训练方案语言功能语言功能评定评定第第1 1周周A A方案方案语言功能语言功能评定评定第第2 2周周B B方案方案语言功能语言功能评定评定第第3 3周周A A方案方案语言功能语言功能评定评定923 3周的周的B-A-BB-A-B训练方案训练方案语言功能语言功能评定评定第第1 1周周B B方案方案语言功能语言功能评定评定第第2 2周周A A方案方案语言功能语言功能评定评定第第3 3周周B B方案方案语言功能语言功能评定评定基于MNS的训练程序
24、93行为学实验结果fMRI实验n为了验证上述手动作观察训练和静态物体观察训练导致语言功能为了验证上述手动作观察训练和静态物体观察训练导致语言功能变变化化的差异所对应的脑机制，即的差异所对应的脑机制，即是否手动作观察可以激活或更强地激是否手动作观察可以激活或更强地激活镜像神经元系统活镜像神经元系统（包括重要的语言区如包括重要的语言区如BrocaBroca区、左角回和缘上回区、左角回和缘上回等等），从而更好地改善了失语症患者语言功能？从而更好地改善了失语症患者语言功能？本研究进一步做了本研究进一步做了fMRIfMRI实验实验。85fMRI实验结果C C组组常规失语症治疗常规失语症治疗B B组组动态
25、物体观察动态物体观察结合复述训练结合复述训练A A组组手动作观察手动作观察结合复述训练结合复述训练进一步分组研究进一步分组研究9798实验结论n手动作观察结合复述的训练手动作观察结合复述的训练较物体较物体（静态或动态）（静态或动态）观察观察结合复述的训结合复述的训练更能改善失语症患者的语言功能，练更能改善失语症患者的语言功能，与常规失语症训练的效果总体相与常规失语症训练的效果总体相当当，并且并且在在词汇提取词汇提取能力能力（命名）（命名）和和自发言语表达的信息量上略有优自发言语表达的信息量上略有优势势。这种创新而有简单的干预方法的疗效的机制可能与手动作观察训。这种创新而有简单的干预方法的疗效的
26、机制可能与手动作观察训练可以激活镜像神经元系统（包括练可以激活镜像神经元系统（包括BrocaBroca区、左缘上回、区、左缘上回、WernickeWernicke区区等语言中枢），从而更好地促进重要语言中枢神经网络的重塑有关。等语言中枢），从而更好地促进重要语言中枢神经网络的重塑有关。陈文莉，单春雷等，中国康复医学陈文莉，单春雷等，中国康复医学杂志，杂志，2014.2014.Wenli Chen, Chunlei Shan, et Wenli Chen, Chunlei Shan, et al., Frontiers in Psychology, al., Frontiers in Psych
27、ology, 20152015，6 6：16651665，p1-11. (IF:2.56)p1-11. (IF:2.56)89MNS理论用于偏侧忽略症的康复MNSMNS病灶病灶90训练程序进行进行3 3周的周的A-B-AA-B-A训练方案训练方案语言功能语言功能评定评定第第1 1周周A A方案方案语言功能语言功能评定评定第第2 2周周B B方案方案语言功能语言功能评定评定第第3 3周周A A方案方案语言功能语言功能评定评定101行为学结果fMRIfMRI实验结果实验结果动作观察较动态风景观察更多激活右缘上回和顶下小叶动作观察较动态风景观察更多激活右缘上回和顶下小叶103王伟，单春雷等，中华物理
28、医学与康复杂志，王伟，单春雷等，中华物理医学与康复杂志，20142014；Wei Wang, Wei Wang, ChunleiChunlei Shan, et al., Shan, et al., Scientific Reports,2015 Scientific Reports,2015NatureNature子刊子刊,IF,IF：5.5785.578 研究结论 手动作观察手动作观察训练（训练（AOTAOT）可以显著改善偏侧忽略症症可以显著改善偏侧忽略症症状，可能与其状，可能与其引起较强的引起较强的MNSMNS（对应忽略症关键病灶（对应忽略症关键病灶）的激活的激活与与功能重塑有关。功能重
29、塑有关。104Wei Wang, Xin Zhang, Xiangtong Ji, Qian Ye, Wenli Chen, Jun Ni, Guangyu Shen, Bing Zhang, Ti-Fei Yuan, Chunlei Shan (通讯作者). Mirror neuron therapy for hemispatial neglect patients. Scientific Reports, 2015, 8664: 1-4. (Article, SCI, IF: 5.678).Wenli Chen, Qian Ye, Xiangtong Ji, Sicong Zhang, X
30、i Yang, Qiumin Zhou, Fang Cong, Wei Chen, Xin Zhang, Bing Zhang, Yang Xia, Ti-Fei Yuan, Chunlei Shan(通讯作者). Mirror neuron system based therapy for aphasia rehabilitation. Frontiers in Psychology, 2015，6：1665 (Article，SSCI,IF:2.56)Ti-Fei Yuan, Wei Chen, Chunlei Shan(并列第一作者), Nuno Barbosa F. Rocha, An
31、tonio E. Nardi, Oscar Arias-Carrin, Sergio Machado. Activity-dependent neurorehabilitation beyond physical trainings: “mental exercise” through mirror neuron activation. CNS & Neurological Disorders-Drug Targets, 2015,11.(Article, SCI, IF: 2.702)Wei Chen, Chunlei Shan, Benyu Guo, Tifei Yuan.Mirror n
32、euron system activation for conscious states assessment: For patients in vegetative and minimally conscious states. Medical Hypotheses, 2013, 81(1):144-145.（Article, SCI, IF: 1.15）王伟, 季相通, 叶芊, 陈文莉, 倪隽, 沈光宇, 单春雷（通讯作者）. 基于镜像神经元理论的偏侧忽略症康复新方法初探. 中华物理医学与康复杂志，2014,36(12):930-932.陈文莉，夏扬，杨玺，叶芊，季相通，陈巍，袁逖飞，单春
33、雷（通讯作者）. 手动作观察训练对脑卒中失语症患者语言功能的影响.中国康复医学杂志，2014，29（2）：141-144.侯红，蔡可书，范亚蓓，戴文骏，单春雷（通讯作者）.镜像疗法结合运动想象训练对脑卒中后偏瘫患者上肢功能和日常生活活动能力的影响. 中华物理医学与康复杂志，2013,35（2）：112-114.陈巍，郭本禹，单春雷. 从言语的知觉运动理论到具身语义学: 来自镜像神经元系统的证据. 山东师范大学学报, 2012,57(5): 144-150.徐慧艳，陈巍，单春雷（共同通讯作者） 自闭症儿童手势的心理学研究进展. 中国临床心理学杂志, 2014, 22(5):821-825.近三年发表镜像神经元有关论文：近三年发表镜像神经元有关论文：105106107108镜像神经元康复训练系统（镜像神经元康复训练系统（MNST/MNST/明思特）明思特）109110将现代脑科学的成果和发现应用到脑损伤将现代脑科学的成果和发现应用到脑损伤语言与认知功能障碍康复，前景广阔！语言与认知功能障碍康复，前景广阔！111谢谢大家！谢谢大家！112
