研究背景:倒走是临床康复中常用的步态康复训练,用来提高步行功能和平衡控制能力。已有研究表明倒走产生康复效果的原因是下肢肌力的增加和肌肉控制模式的改变,这些的原因均属于骨骼肌肉系统的改变,但是对于中枢系统尤其是大脑皮层的变化却少有人探索,所以本研究采用功能性近红外光谱技术探讨20min倒走练习后大脑皮层的变化,通过大脑皮层激活程度的变化,考察20min倒走练习对大脑不同脑区的即刻影响,同时再结合步态的时空参数探索单次倒走练习的适宜时间,为倒走应用在康复训练提供一定的理论基础。研究方法:在室内实验室,使用PKMAS(150Hz)和近红外功能成像系统(3.91Hz),采集32名健康志愿者(男性16名,女性16名)在20min倒走练习前后正走和倒走的步态时空参数和大脑的各个脑区的氧合血红蛋白浓度参数,以及20min倒走练习过程中倒走的步态时空参数。通过PKMAS自带软件完成步态时空参数的计算和步态周期的划分,然后基于MATLAB2013b使用Homer2分析运动过程中不同脑区的氧合血红蛋白浓度,并且根据选择所有数据最大的前25%的通道为兴趣区,分出5个兴趣区,分别为初级感觉运动皮层、背外侧前额叶、布洛卡区、眶额区以及初级运动皮层。统计方法采用双因素重复测量方差分析(two way repeated ANOVA),显著水平定义为p<0.05。研究结果:(1)倒走练习过程中,倒走步态的冲量(P=0.005),步宽(P=0.001),步速(P=0.001),步频(P=0.025)和步态周期变异性(P=0.001)随时间而产生明确的变化,并且在15min后各个时空参数不再发生变化。(2)倒走练习后,正走的步态周期显著降低(P=0.021),步频和步态周期变异性显著增加(P=0.02,P=0.01)。(3)倒走练习后,倒走动作的初级运动皮层显著增加(P=0.014);正走动作的初级感觉运动皮层(P=0.007)、初级运动皮层(P=0.036)、背外侧前额叶(P=0.028)、眶额区(P=0.033)和布洛卡区(P=0.046)的激活程度显著增加。(4)倒走练习对男性和女性产生不同的影响。对于步态时空参数,在倒走练习过程中,男性倒走动作的单支撑相百分比随时间的变化增加,而女性随时间的变化是降低的;倒走练习后,女性正走动作的冲量降低程度显著高于男性。对于大脑激活程度,倒走练习后,倒走动作中女性初级感觉运动皮层的激活增加程度显著大于男性的降低程度;正走动作中女性布洛卡区的激活程度显著大于男性的激活程度。(5)倒走练习后,正走动作中男性只激活布洛卡区,而女性由只开始只激活布洛卡区变为同时激活初级运动皮层、背外侧前额叶、布洛卡区和眶额区;倒走动作中,男性由背外侧前额叶和眶额区激活转变为眶额区和初级运动皮层激活;而女性练习前后均激活背外侧前额叶、眶额区、布洛卡区以及初级运动皮层,但是初级运动皮层的T值与前额叶的T值的比值从0.66下降到0.59。研究结论:(1)倒走练习可提高大脑皮层的激活程度,并改变正走原有的大脑皮层激活模式。(2)倒走练习过程中步态的适应性变化中男性偏向于运动控制策略,而女性更偏向于步态代偿策略;对于大脑激活模式来说,男性更多是激活直接运动网络,而女性更多激活间接运动网络。(3)在连续倒走练习过程中,持续15min后,倒走步态的时空参数变异性开始收敛,这为倒走训练的练习时间优化提供了一定的参考。