研究目的:倒走是一种"反常规"的运动,在一定程度上可以改善腰背肌肉的活动,防止前交叉韧带的过度牵拉,减小髌骨关节间的压力,并且在一定程度上改善步行能力,比如步速、步频的增加。这些都是通过肌肉骨骼系统反应,但是如何通过最高级控制中枢去控制肌肉骨骼的执行,还是处于朦胧的状态。在近红外的初步研究中,倒走的辅助运动区、中央前回和顶上小叶的激活程度均显著高于正走。对于从未接受过倒走训练的受试者来说,倒走是一种挑战,是对自身机体的一种新异刺激。有研究显示进行倒走训练后,步行能力提高,运动表现提高,但是对于最高级中枢的控制模式发生了什么样的改变?因此,本研究的目的是观察倒走训练后,步态时空参数以及大脑皮层兴奋性的改变,为康复手段提供一个有力的证据。研究方法:本研究招募了14名在校学生,无运动经历,半年内未进行过任何手术,无慢性疾病,并且从未进行过倒走训练,年龄25.1±0.9,身高1.71±0.1m,体重56±7kg。步态采集用GAITRITETM步态采集系统,步道长度为6m,采样频率为120Hz。采用近红外(NIRScout;NIRx Medical Technologies LLC;Minneapolis,MN)采集受试者站立及运动过程中的血氧含量,采样频率是3.91Hz,根据10/20导联系统统放置32个探头,并根据具体的情况进行一些相应的调整,以确保每个发射器距其相应的探测器为3cm,这些通道覆盖前额叶皮层和左右部分运动区。由于氧合血红蛋白的信号比脱氧血红蛋白信号有着更好的信噪比,因此,我们只采用HomER2(MGH-Martinos Center for Biomedical Imaging;Boston,MA)分析氧合血红蛋白的浓度。数据先采用0.01Hz进行低通滤波,再用0.15Hz进行高通滤波,数据截取从动作开始的前2秒作为开始,动作开始后6s为动作的结束,取整个过程氧合血红蛋白浓度的平均值。受试者首先进行正常步态数据的采集,要求目视前方,数据采集结束后,进行倒走的训练,进行2组,每组时间为10分钟,中间休息5min,时间严格通过步道时间来控制,倒走训练结束后,再次进行步态数据的采集。在数据分析过程中,由于数据质量不好,剔除四人数据。采用配对T检验对前后测进行统计分析,前后测的数据分别进行独立样本T检验,P<0.05。研究结果:在整个实验过程中,我们保证了受试者有着充足的休息时间。结果显示,干预后左侧运动皮层(P<0.05)和右侧背侧前额叶(P<0.05)激活程度显著高于干预前,干预后双侧背侧前额叶皮质(布罗德曼分区为Aff7h区和Aff8h区)激活比较高(前测:-78.7×10-8mol/L,后测:3.88×10-8mol/L,P=0.10)、左侧前额叶激活程度比较高(前测:-5×10-8 mol/L,后测:20.53×10-8mol/L,P=0.11)均是边缘显著。干预后左侧的初级躯体感觉皮层激活程度高于干预前,被试者的平衡控制能力增加。有研究显示前额叶的激活程度增加与步速的增加有关,在本实验中,步速增加(干前后分别为1.16m/s和1.19m/s,P=0.16),前额叶激活也提高,这与前人的研究结果一致。背侧前额叶激活程度的提高表示在干预结束后,大脑的执行控制能力提高。在干预前,大脑激活高于静息时刻的前四个脑区分别是左侧额眶区、左侧额极区、左侧中央下回和左侧背侧前额叶(分别对应布罗德曼分区的10区、11区、43区和46区);干预后,大脑激活高于静息时刻的前三个脑区分别是右侧背侧前额叶、左侧额眶区和右侧初级躯体感觉皮质(对应的布罗德曼分区是9区、10区和1区),由此可见在干预前后,大脑在执行运动过程中执行策略发生了变化,由最初自动化的的执行策略转变为有意识的执行策略,由执行程序由左脑转化为右脑,具体的执行策略通路尚且未知。研究结论:经过20min倒走训练后,左侧初级运动皮层和右侧背侧前额叶激活程度显著高于训练前,右侧前运动区和左侧前额叶的激活程度高于训练前,为边缘显著。在训练前步行的激活模式为左侧额眶区、左侧额极区、左侧中央下回和左侧背侧前额叶激活程度高于静息状态,训练后步行的激活模式为右侧背侧前额叶、左侧额眶区和右侧初级躯体感觉皮质比静息状态激活程度高,大脑执行策略发生变化,主要由左脑主导转变为右脑主导。