中枢神经系统可塑性机制的探讨
中枢神经康复理论基础(详细)
三、运动控制理论
❖ 运动控制主要包括两个问题： （1）人体在空间的稳定性，即姿势和平衡控制； （2）人体在空间的移动，即运动。因此，运动
控制实际上是研究运动和姿势的控制。运动 是一系列的复杂过程相互作用的结果，包括 动作、感知觉、认知和运动处理。
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1、反射运动
❖ 机体从内外环境中获得有效的感觉信息流， 中枢神经系统感知后及时准确地作出运动应 答。正常情况下，神经系统各个部分相互作 用，完成相应的动作。反射运动是基础。各 种反射运动综合产生完整的动作，最终构成 个体的行为。中枢神经系统损伤后，患者可 通过各种反射刺激运动的产生，从而完成相 应的功能。
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（二）、运动控制的基本理论
❖ （3）大脑皮层 辅助运动区和前运动皮层对躯体运动的控制是
双侧性的，它们不仅参与运动的准备、始动、而且 编码复杂运动。前运动皮层主要接受后顶叶皮层的 传入投射，发出纤维除与脑干网状结构相联系外， 也参与控制躯体中轴肌肉和肢体近端肌肉的活动。 后顶叶皮层主要接受感觉信息，与机体运动时身体 空间位置、头部空间位置有关，参与运动的准备。 大脑皮层还通过直接控制安置反射、单腿平衡反应、 视觉翻正反射和皮层抓握，实现对功能活动所需要 的快速、精确的运动调节。
细胞移植
神经生长因子和免疫因子
药物、轴突上离子通道改变
失神经过敏
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其他
功能重组
❖ 从解剖部位角度分为：活动依赖性的功能重组；脑 损伤区周围皮层的功能重组；脑损伤对侧相应部位 代偿性功能重组；其他皮层功能替代重组；
❖ 从生理学角度分为：系统内重组和系统间重组。系 统内重组主要指神经轴突发芽，轴突上离子通道的 改变和突触效率的改变。系统间重组是指由在功能 上不完全相同的另一系统来承担损伤系统的功能。 （1）古、旧脑的代偿；（2）对侧半球的代偿； （3）在功能上几乎完全不相干的系统代偿。
脑的可塑性
智力与脑的可塑性关系十分密切，智力 越高，可塑性越强，脑损伤后恢复越好。 一般认为，乐观、外向、随和的个性有 利于脑损伤后的康复过程。主要是有这些 特征的患者更愿意参与康复训练。遗憾的 是，脑损伤往往会改变人格，导致患者出 现创伤后抑郁，不利于康复。所以，患者 的态度，康复工作人员、治疗师、家人的 照顾等都是重要因素。
然而，必须消醒地认识到：中枢水平的可塑性 并不是讨论行为改变的问题。也不一定意味着 功能恢复或功能改变。应当说。可塑性是神经 系统的一个特征，是对发育所需要的相关环境 变化．或者是对脑损伤的一种反应。 但这些 机制并不是完全特定地针对脑损伤。保守地说， 以日前的认识水平。结构可塑性并不能预见行 为的可塑性，然而。对可塑性更加深入、全面 的认识．最终有可能了解结构可塑性和行为、 功能的改变之间的联系。
3.视觉皮质的重组
科学家利用颅磁力刺激技术，使特定脑区处于失活状 态，失去功能。当盲人在摸读点字时，如果枕叶收到这种 磁力刺激作用的干扰，会破坏摸读的准确性，增加摸错字 词的比率。但正常被试枕叶即使受到干扰，也未显著增加 摸错字母的比率。这意味着盲人利用了枕叶的功能。
语言功能的恢复
早期左脑受损伤后，语言能力大致得以保留，主 要是右脑语言区起了代偿作用。故早年左脑损伤者 语言中枢定位于右脑的比例显著偏高。 科学家又发现语言中枢的转移主要在五岁以前， 五岁以后的脑损伤语言中枢很少转移。这些患者的 语言中枢仍能得到恢复，并非因为右脑代替了左脑 的功能，而是左脑内部的功能重组。
脑神经系统的可塑性及相关疾病的研究
脑神经系统的可塑性及相关疾病的研究随着科学技术的不断进步和基础研究的深入探索，人们对于脑神经系统的可塑性及相关疾病的研究也越来越深入和全面。
脑神经系统是人类生命活动的中枢，掌控着我们的思维、情感、记忆等重要功能，因此，相关的疾病的研究也显得极为重要。
脑神经系统的可塑性是指大脑不断变化和适应不同环境的能力。
脑神经系统不像许多器官一样是静态的，它会不断适应不同的刺激和需求而改变自己的结构和功能。
这种可塑性包括神经元的形态、突触连接的数量和强度、神经元之间的信号传递等方面。
脑神经系统的可塑性是人类大脑能够适应不同环境和不断学习、思考等高级功能的基础。
例如，当我们学习新的语言、习惯体育运动、阅读等新事件时，大脑就会不断适应，并进行结构和功能上的调整。
这种适应性是我们日常生活中的应有之义。
然而，脑神经系统的可塑性也可能导致一系列的疾病。
例如脑卒中、阿尔茨海默病、帕金森病等，这些疾病会导致神经元的损伤和死亡，从而减少神经元之间的突触联系以及信号传递，进而进一步破坏大脑的结构和功能。
这些疾病都有某种程度的可预防性和可控性，因此相关研究显得极为重要。
阿尔茨海默病是一种脑部退化性疾病，它是老年人群体发病率最高的一种疾病。
目前学界普遍认为，阿尔茨海默病的发生和神经环路的缺陷有关。
神经环路是指神经元之间相互连接形成的网络，这个网络的结构和纤维的连通性对于大脑的正常功能至关重要。
研究表明，关于大脑神经环路的结构和功能的信息对于阿尔茨海默病的早期检测和治疗至关重要。
帕金森病也是一种常见的神经退行性疾病，它影响了人类许多基本的运动功能。
帕金森病与神经元化学物质的不平衡有关。
这种神经元化学物质的不平衡导致了神经元之间的联系破坏和信号传递受阻。
随着相关研究的深入，我们可以通过控制这种化学物质的不平衡，从而更好地治疗和预防帕金森病。
可以看出，脑神经系统的可塑性对于我们的生命活动有着非常重要的作用，同时也是神经退行性疾病进行深入研究的基础。
神经元的突触可塑性及其与认知功能的关系
神经元的突触可塑性及其与认知功能的关系神经元是人体神经系统中起着非常重要作用的细胞，神经元的突触可塑性对于神经系统的正常功能起着至关重要的作用。
本文将围绕神经元的突触可塑性及其与认知功能的关系展开阐述。
一、神经元的突触可塑性突触可塑性是指神经元之间互相传递信号的连接点——突触的强度和效能会在不同的情况下发生变化，这种变化可以持续数秒钟到数小时，被称为突触可塑性。
突触可塑性广泛存在于中枢神经系统中，根据学习和记忆发生的时序和空间范围不同，突触可塑性可以分为同步和异步两种。
同步突触可塑性是指在时间上相邻的事件引起突触的可塑性转变，例如前一刺激后的刺激引起的突触可塑性改变，这种突触可塑性主要起到信息传递方面的作用，可以加强信号传递强度，提高信息的稳定性和可靠性。
而异步突触可塑性指的是在相隔一定时间内的事件引起的突触可塑性的转变，例如标记的神经活动和刺激密度相关的突触可塑性变化，这种变化主要起到空间方面的作用，可以使神经元的接收场进一步扩大，提高识别范围和灵敏度。
二、神经元的突触可塑性对认知功能的影响神经元的突触可塑性是认知功能实现的重要基础，神经元的突触可塑性可能影响大脑中不同认知过程：言语加工、空间认知、学习和记忆等。
语言是人类的一项最重要的认知功能，这也是人类大脑中功能体系中最为复杂的之一。
语言加工的过程涉及颞叶和额叶等多个脑区进行更高级别的意义处理和语法处理，而有机体的生命体验必然涉及到相邻的神经元之间的相互作用。
实验证实神经元的突触可塑性可以影响人类的语言处理。
在一个瞬间，大脑的成千上万神经元被活动，不同神经元之间的新的互连关系被建立，有机体的生命体验也就涉及到相邻神经元或特定突触之间的相互作用。
空间定向是认知过程中的另一个核心功能，主要涉及大脑中众多不同系统之间的相互作用。
研究显示突触可塑性可以影响空间定向的实现过程。
例如，负责空间定向的海马体可以发生同步或异步突触可塑性变化。
学习和记忆是人类大脑中最为复杂、最重要的认知功能之一。
兴奋剂对神经系统的影响与神经可塑性研究
兴奋剂对神经系统的影响与神经可塑性研究近年来，随着体育竞技水平的提高和竞争的加剧，使用兴奋剂成为一些运动员追求胜利的手段。
然而，兴奋剂的使用不仅仅对体能和肌肉产生影响，还会对神经系统产生一系列的影响。
本文将探讨兴奋剂对神经系统的影响以及神经可塑性研究的相关进展。
兴奋剂，也称为禁药，主要包括激素类药物、中枢神经刺激剂和血液增氧剂等。
这些药物在体内发挥着促进肌肉力量和增加耐力的作用，从而提高运动表现。
然而，兴奋剂的使用也存在一系列的负面影响，尤其是对神经系统的影响。
首先，兴奋剂的使用可能会对运动员的神经稳定性产生影响。
神经稳定性是指神经系统保持稳定的能力，长期使用兴奋剂可能导致神经系统的过度兴奋，进而影响神经的传导速度和稳定性。
一些研究表明，兴奋剂的滥用可能导致神经信号传导的不稳定，从而影响运动员的反应速度和协调性。
其次，兴奋剂还可能对神经递质的合成和释放产生影响。
神经递质是神经细胞间传递信号的化学物质，对于神经系统的正常功能至关重要。
一些研究发现，兴奋剂的使用可能导致神经递质的不平衡，进而影响神经信号的传递。
这可能导致运动员在进行高强度运动时出现无法控制的肌肉抽搐或者运动协调不良的情况。
此外，兴奋剂还可能对神经可塑性产生影响。
神经可塑性是神经系统适应环境变化和学习记忆的能力。
一些研究表明，兴奋剂的使用可能抑制神经可塑性的发展，从而影响运动员的学习和技能训练。
这种影响可能导致运动员无法充分利用训练所带来的效益，从而无法达到最佳竞技水平。
为了更好地理解兴奋剂对神经系统的影响，许多研究致力于神经可塑性的研究。
神经可塑性研究主要关注神经元之间的连接和突触可塑性，以及神经元的功能和结构的改变。
一些实验研究表明，使用兴奋剂可能导致神经突触的异常发展和突触可塑性的改变。
这种改变可能导致神经元之间的连接变得不稳定，进而影响神经信号的传递和信息处理。
总之，兴奋剂的使用对神经系统产生了一系列的影响。
兴奋剂可能影响神经的稳定性、神经递质的合成和释放，以及神经可塑性的发展。
中枢神经系统重塑过程分子机制解析
中枢神经系统重塑过程分子机制解析中枢神经系统重塑是指在损伤或创伤后，神经系统通过一系列的分子机制来修复和重建受损部分的过程。
这一过程在人类和其他动物中都存在，并且对于恢复神经功能至关重要。
本文将深入分析中枢神经系统重塑的分子机制，并探讨其在神经科学研究和临床应用中的潜力。
首先，中枢神经系统重塑的过程需要借助于神经元的塑性。
神经元是神经系统的基本结构单位，其具有高度可塑性，能够在发育过程或受伤后重新连接和形成新的突触连接。
神经元的重塑过程主要包括突触增强和突触生成两个方面。
突触增强是指原有突触连接的加强和增多，促进了信息传递和学习记忆的形成。
这一过程主要通过调节突触前后神经元的活动来实现。
例如，当某个神经元受到损伤时，周围神经元会释放神经递质以促进其再生和修复。
此外，突触增强还可以通过神经递质的释放增加或改变突触后神经元的反应性，从而增加突触传递的效率。
突触生成是指在损伤或创伤后新形成的突触连接。
这一过程主要依赖于神经元的发育和再生机制。
在损伤较轻或创伤后，神经元能够通过轴突再生和突触重组来恢复突触连接。
此外，神经元还能够通过轴突的延长和突触的生长来建立新的连接，使受损的神经网络恢复功能。
中枢神经系统重塑的分子机制主要包括神经生长因子的调节、基因表达的变化和炎症反应的调控。
神经生长因子是一类可以促进神经元发育和再生的蛋白质，如神经营养因子（neurotrophins）和神经生长因子（growth factors）。
这些因子通过结合到神经元表面的受体，并激活下游信号传导途径，促进神经元的突触增强和突触生成。
基因表达的变化在中枢神经系统重塑过程中起着重要作用。
损伤或创伤后，许多基因的表达模式会发生变化，从而导致神经元的发育和再生。
一些基因可以调控神经元的轴突生长和突触形成，如轴突導向因子（axonal guidance factors）和突触凝聚因子（synapse consolidation factors）。
颈动脉体失神经：中枢及周边适应的呼吸神经可塑性
NEURAL REGENERATION RESEARCH Volume 7, Issue 14, May 2012Cite this article as: Neural Regen Res. 2012;7(14):1073-1079.1073Matthew R. Hodges ☆, Ph.D., Department ofPhysiology, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI 53226, USA; Neuroscience Research Center, Medical College of Wisconsin,Milwaukee, WI 53226, USACorresponding author: Matthew R. Hodges,Department of Physiology, Medical College ofWisconsin, 8701 Watertown Plank Road, Milwaukee, WI 53226, USAmhodges@Received: 2011-11-01 Accepted: 2012-02-24 (NY20120301006/ZLJ)Hodges MR, Forster HV. Respiratory neuroplasticity following carotid body denervation: central and peripheral adaptations. Neural Regen Res. 2012;7(14):1073-1079.doi:10.3969/j.issn.1673-5374.2012.14.005Respiratory neuroplasticity following carotid body denervationCentral and peripheral adaptations **☆●Matthew R. Hodges 1, 2, Hubert V. Forster 1, 2, 31Department of Physiology, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI 53226, USA2Neuroscience Research Center, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI 53226, USA 3Zablocki Veterans Affairs Medical Center, Milwaukee, WI 53226, USAAbstractHistorically, the role of the carotid bodies in ventilatory control has been understated, but the current view suggests that the carotid bodies (1) provide a tonic, facilitory input to the respiratory network, (2) serve as the major site of peripheral O 2 chemoreception and minor contributor to CO 2/H +chemoreception, and (3) are required for ventilatory adaptation to high altitude. Each of these roles has been demonstrated in studies of ventilation in mammals after carotid body denervation. Following carotid body denervation , many of the compromised ventilatory “functions” show a time-dependent recovery plasticity that varies in the degree of recovery and time required for recovery. Respiratory plasticity following carotid body denervation is also dependent on species, with contributions from peripheral and central sites/mechanisms driving the respiratory plasticity. The purpose of this review is to provide a summary of the data pointing to peripheral and central mechanisms of plasticity following carotid body denervation. We speculate that after carotid body denervation there are altered excitatory and/or inhibitory neuromodulator mechanisms thatcontribute to the initial respiratory depression and the subsequent respiratory plasticity, and further suggest that the continued exploration of central effects of carotid body denervation might provide useful information regarding the capacity of the respiratory network for plasticity following neurologic injury in humans.Key Wordscontrol of breathing; chemoreception, carotid body; denervation; ventilation; plasticityAbbreviationsCBD, carotid body denervation; NTS, nucleus of the solitary tract; PO 2, partial pressure of O 2; TH, tyrosine hydroxylaseINTRODUCTIONThere are many forms and definitions of plasticity, particularly as it relates to the nervous system. As physiologists, we often define plasticity as a time-dependent recovery or return of function followingexperimental disruption of a component of a homeostatic control system. Our goal in this review is to discuss a form of plasticity in the context of the time-dependent changes in the fundamental mechanisms that governthe neural control of breathing followingdenervation of the carotid bodies (CBD), the major site of peripheral O 2 chemoreception for breathing control. While the acute effects of CBD on eupneic (resting) ventilation,chemoreflexes, and ventilatory responses to exercise are fairly uniform across species, the plasticity or recovery of functionfollowing CBD is highly variable, including the degree of recovery of function and the time required for the full expression of the plasticity to occur. We will discuss these types of recovery of function in the contextSpecial Issueof potential sites of respiratory plasticity following CBD, including upregulation of other peripheral sites of chemosensitivity and the potential for altered central mechanisms that govern blood gas homeostasis and chemoreflexes.THE NEURAL CONTROL OF BREATHING AND THE VARIOUS “DRIVES” TO BREATHERespiratory rhythm and pattern-generating neurons in the brainstem comprise a flexible oscillatory neural network that establishes the frequency of breathing and shapes coordinated activity of the respiratory pump and airway muscles. The output of this network is highly dependent upon tonic, excitatory “drives” that determine network excitability and ventilatory output. Based on the tight homeostatic control of resting arterial CO2 (eupneic P a CO2) and the effect of hypercapnia on ventilation, it was concluded by Haldane and Priestly that “CO2 is the factor that drives breathing”[1]. This suggested little or no role for the carotid bodies as a potential eupneic drive to breathe. As stated by Comroe and Schmidt in 1938, the “carotid body reflexes constitute an accessory mechanism, brought into action by emergencies such as foreign chemicals, anoxemia, and unusually large increases in CO2 te nsion in the blood”[2]. The findings of Fencl and others in awake goats that alveolar ventilation was linearly related to cerebrospinal fluid pH across several chronic acid base conditions certainly reinforced a minimal role for the carotid bodies[3].This view has changed substantially, as it has now become apparent that the carotid chemoreceptors provide an important tonic excitatory “drive” to breathe[4-5], a contribution perhaps best shown by studies of CBD[6-7]. We also now appreciate the contributions of multiple neuromodulatory inputs into the respiratory network as additional sources of tonic, excitatory inputs to breathe, including serotonin (5-HT), norepinephrine, substance P, acetylcholine and others (Figure 1), which may be altered with changes in the awake or sleep state. Moreover, many of these neuromodulators of breathing might also provide substrates for recovery of function following CBD, as seen in other forms of respiratory plasticity such as long term facilitation following intermittent hypoxia[9-10]. Overall, there are several important contributory “drives” to breathe, including peripheral and central chemoreceptor inputs and neuromodulators.PERIPHERAL CHEMORECEPTION: THE CAROTID BODIESThe goal of the respiratory control system is to provide the appropriate neuromuscular output for adequate alveolar gas exchange and maintenance of arterial blood gases. To achieve this objective, a network of brainstem nuclei generates respiratory rhythm and coordinated respiratory muscle activity patterns, with major chemical feedback from the peripheral O2 (carotid bodies) and central CO2/H+ chemoreceptors.The carotid body chemoreceptors are located bilaterally at the bifurcation of the common carotid arteries. Afferent innervation of the carotid bodies is supplied via the carotid sinus nerve (a branch of the cranial nerve IX), which project to the nucleus of the solitary tract (NTS) via the petrosal ganglia. The carotid bodies are thought as the major (if not sole) site for respiratory O2 chemoreception, due to the presence of clusters of neuron-like type I cells termed glomus cells, which are thought to serve as the primary “sensors”. Indeed, it was shown by Lahiri and Delaney that the carotid bodies can directly “sense” O2, and to a lesser extent CO2[11]. Recording single nerve fibers from the carotid sinus, they were able to demonstrate that the discharge rate of the carotid bodies varied significantly by alterations in the partial pressure of O2 (PO2) at a constant PCO2, and to a lesser extent by alterations in PCO2 at constant levels of PO2[11]. It has been shown that the glomus cells also contain several neurotransmitters and receptors[12], transducing sensory information via calcium-dependent neurotransmission[13]. The carotid body glomus cells also express a complement of membrane channels particularly suited for their role as chemoreceptors. Taken together, the hypothesis remains that the carotid bodies contribute greatly to O2 chemoreception and to a lesser extent to CO2 chemoreception in part or totally through its intrinsic chemosensitivity.In spite of their low intrinsic sensitivity to PaCO2, the carotid chemoreceptors are a major determinant of the hypercapnic ventilatory response through a positive interaction with central CO2/H+ chemoreceptors. This interaction was elegantly demonstrated in the studies of Figure 1 Multiple excitatory and inhibitory neuromodulators provide an additional respiratory “drive” through multiple g protein-coupled receptors. Adaptedfrom[8].1074Blain and colleagues in an awake dog preparation with isolated carotid body perfusion. In these studies, when the carotid body activity was increased by perfusion with hypoxic blood central CO2 sensitivity was increased, while attenuating carotid body activity with hyperoxic and hypocapnic blood depressed central CO2 sensitivity[14]. These and other experiments have led to the novel concept of peripheral and central chemoreceptors interdependence[4], the nature of which remains to be determined.In addition to their role as the acute “sensors” of hypoxia, the carotid chemoreceptors mediate anotherhypoxia-dependent physiologic phenomenon called high altitude ventilatory acclimatization. Eupneic ventilatory adaptation is multi-phasic for a native lowlander upon sojourn to high altitude, characterized by an initial stimulation of ventilation due to the hypoxemia, a ventilatory roll-off or depression due to a relative hyperventilation, and then an increase to an intermediate level of ventilation. It is the final phase of acclimatization that fails to occur in animals following CBD, implicating a key role for the carotid bodies in mediating the physiologic ventilatory adaptation to high altitude[15-16]. Finally, another important contribution of the carotid bodies is the breath to breath, or minute-to-minute stabilization of breathing. This is achieved by providing the ventilatory “error signal”, presumably through rapid transduction of chemoreceptor inputs through afferents. This mechanism is also thought to prevent deviations between the levels of ventilation and that required by metabolic rate[17].CAROTID BODY DENERVATION (CBD): ACUTE EFFECTSDenervation of the carotid bodies in most cases has dramatic effects on respiratory control. There are two distinct phases during which these physiologic disturbances occur: (1) an acute phase (days to weeks), and (2) a recovery phase (weeks to years). During the acute phase, CBD causes most adult mammals to hypoventilate (ventilation reduced relative to metabolic rate). Remarkably, the degree of hypoventilation (increased PaCO2) documented in the period immediately after CBD is fairly consistent across mammalian species, including ponies (12-15 mm Hg), goats (11 mm Hg), humans (~9 mm Hg) rats (8-9 mm Hg), and piglets (8-9 mm Hg)[6-7, 18-20]. In addition, the hypoxic ventilatory response is severely attenuated, as indicated by the attenuated ventilatory responses to venous infusions of NaCN, which mimics hypoxia at sites of O2 chemoreception[6, 19-20]. In addition, mammals do not acclimatize to high altitude following CBD. The hypercapnic ventilatory response, or CO2 sensitivity is also reduced following CBD[6-7, 17], which is a striking effect in light of the supposedly minor role for the carotid bodies in the hypercapnic ventilatory response as suggested by several studies[21-24]. The denervation- induced hypoventilation has been also shown to persist during moderate exercise challenges. In summary, several mammalian species hypoventilate at rest and during moderate exercise, display reduced ventilatory responses to hypoxia and hypercapnia, and fail to acclimatize to high altitude sojourn after CBD[25].IS THERE RESPIRATORY PLASTICITY FOLLOWING CBD?In most species studied to date, the acute attenuation of ventilation and chemosensitivity after CBD diminish over time. However, degree of plasticity or recovery of function and the time required for this plasticity are highly variable (reviewed in[25]). For example, adult cats[26] and goats[6] have been shown to exhibit substantial recovery from CBD within 2-3 weeks, while other species like dogs[23], ponies[7, 27], and humans[18] require months to years to demonstrate significant recovery in resting PaCO2. Moreover, there is variation in the degree of recovery observed in chemoreflexes and/or the ventilatory response to exercise. Some affected ventilatory control mechanisms recover more fully than others, perhaps suggesting more than onesite/mechanism of plasticity following CBD.Where does this form of respiratory plasticity originate, and by what mechanism(s)? The peripheral chemoreflex (as indicated by the ventilatory response to NaCN) and eupneic PaCO2 both recover to some degree in the months and years following CBD in ponies[25] (Figure 2).Figure 2 The relationship between ventilation (V I (L/min)) and PaCO2 (Torr) in an adult goat before carotid body denervation (pre-CBD) and on multiple days after CBD.Note the hypoventilation (rightward shift in PaCO2, and the reduction in ventilation for a given level of PaCO2 following CBD. Note also the recovery of CO2 sensitivity by day 15 post-CBD. Adapted from[6].PaCO2 (Torr)39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59Pre-CBDDay 1Day 2Day 4Day 7Day 151075However, there is far greater recovery toward pre-CBD levels in eupneic PaCO2, where the peripheral chemoreflex shows a significant, but minimal recovery. In these same ponies, further denervation of the aortic arch after this CBD-dependent plasticity has occurred eliminated the partially restored hypoxic ventilatory response, but had no effect on eupneic breathing[26]. This suggests that the recovery of the hypoxic ventilatory response following CBD depends upon aortic innervation, while the plasticity driving blood gases back toward “normal” may depend on a separate, potentially central mechanism. Similarly, CBD in neonatal piglets caused acute hypoventilation and attenuation of the hypoxic and NaCN responses, which showed varying degrees of recovery several days later[28]. Upon recovery, NaCN injections in the ascending aortic arch of CBD piglets elicited a hyperpnea, but the same injections in sham denervated piglets failed to increase ventilation, further suggesting that the aortic chemoreceptors become functional after CBD and may contribute to the recovery of ventilatory sensitivity to hypoxia. The area of the aorta with increased chemosensitivity was further shown to contain greater 5-HT content in CBD piglets compared to sham CBD piglets, and the aortic NaCN-dependent hyperpnea following CBD was shown to be attenuated by 5-HT receptor antagonists[29]. The sum of the data suggests that the plasticity following CBD may depend on: (1) multiple mechanisms at multiple sites, where the site of plasticity driving the normalization of eupneic ventilation may include the brainstem respiratory network, and (2) neuromodulators and their receptors, such as 5-HT.CENTRAL EFFECTS OF PERIPHERAL CHEMORECEPTOR DENERVATIONClearly, CBD acutely causes hypoventilation at rest (PaCO2 + 8-15 mm Hg), and blood and brain acidosis, and decreases CO2 sensitivity[6-7]. This period of significant hypoventilation, increased PaCO2, and decreased CSF pH should provide an increased stimulus to central CO2/pH chemoreceptors. Specifically, increasing PaCO2 by 8 mm Hg (by increasing inspired CO2) increases ventilation from 5 to 20 L/min in goats prior to CBD[6] (Figure 3). However, PaCO2 increases10 mmHg at rest due to decreased ventilation by day 4 after CBD, and further increases in PaCO2 by increasing inspired CO2 have far less of a stimulatory effect on ventilation. Why is breathing not stimulated under these conditions? One possibility is that the sensitivity of central chemoreceptors is reduced following CBD, as shown by a reduced ventilatory response to focal acidification of the medullary raphé nuclei in goats after bilateral CBD[30] (Figure 4). Based on the hypothesis that the carotid bodies tonically “drive” the respiratory network, one might hypothesize generalized decreases in neuronal excitability or activity.Figure 3 Chronic effects of carotid body denervation (CBD) on eupneic PaCO2 (Torr) and the NaCN response ratio (index of peripheral chemosensitivity to hypoxia) in ponies before and up to 52 months after CBD.Note the recovery in resting PaCO2 is greater that the minimal, but significant recovery peripheral chemoreflex. Adapted from[25].Figure 4 Ventilation, tidal volume (V T), breathing frequency (f) and O2 consumption (VO2), expressed as a percentage of control, before, during and after focal acidification in the medullary raphé in awake goats before and after bilateral carotid body denervation (CBD). “a”denotes significantly different from CBD ( P < 0.05)Note that the ventilatory response to raphé acidification is reduced following CBD. Adapted from[30].605550454035PaCO2(Torr)987654321NaCNresponseratio0 1 3 12 10 17 22 34 48 52Week MonthTime0 10 20 30 40 50 60Time (minute)a aaa a10761077Indeed, cytochrome oxidase, which is a general marker of neuronal activity, has been shown to be decreased at a key site in the respiratory network, the pre-Bötzinger complex, following CBD in neonatal rats [31]. This reduced neuronal activity could result from a reduction inexcitatory glutamatergic inputs, a concept consistent with the observations of Hoop et al [32]. who showed that the radiotracer CSF transfer rate of [13N] glutamine (a marker of glutamate bioavailability) was markedly reduced following CBD, but not during chronic hypoxia. Ifneuronal activity, and glutamatergic “drive” are reduced following CBD, a compensatory upregulation ofexcitatory receptors might occur. This may indeed be the case, as the ventilatory responses to raphé injections of the glutamate receptor-specific excitatory neurotoxin ibotenic acid was greatly enhanced following CBD (Figure 5;[30]).Alternatively, the reduction in respiratory network excitability may result from alterations in excitatory neuromodulatory inputs. Roux et al. determined that tyrosine hydroxylase (TH) staining in the A1(ventrolateral NTS) noradrenergic cell group wasreduced (about 35%) 15 days after CBD, and increased in the A2 (129%) and A1 (ventrolateral medulla: 51%) 90 days post-CBD [33]. This reduction in TH could translate to a decrease in excitatory neuromodulatory input to the respiratory network. However, in a follow-up study, these investigators showed that chronic hypoxia alone was sufficient to enhance TH expression in noradrenergic cell groups independent of CBD, suggesting that the recovery from CBD may not be related to altered THexpression [34].CBD eliminates excitatory afferent inputs from the carotid bodies to the NTS, which has numerous target nuclei, including the ventral respiratory group,retrotrapezoid nucleus [35-36] (RTN), and medullary raphé nuclei [37-39]. Thus, reduced NTS activity could result in reduced neuronal activity/excitability of RTN and/or 5-HT raphé neurons. Consistent with this hypothesis are the data demonstrating that generation of neuronal dysfunction of the ventrolateral medullary surface in an area that includes both serotonergic and glutamatergic RTN neurons by thermode cooling slows ventilation at rest during wakefulness in intact animals, but leads to sustained apnea after CBD [40]. Finally, as discussed previously focal acidification of the medullary raphé increases ventilation 30% in adult awake goats before CBD, but this response was significantly reduced after CBD (Figure 4). The sum of these data point to direct and indirect pathways by which peripheralchemoreceptors may modulate central neurons thought to serve as CO 2/H + chemoreceptor neurons.SUMMARY AND CONCLUSIONSThe concepts that the input from the carotid bodies: (1) constitute a major excitatory drive to breathe, (2) serve as the major source of peripheral O 2chemoreception, and (3) significantly contribute to CO 2/H + chemoreception is exemplified by the major effects of CBD in multiple mammalian species. Therespiratory plasticity, or restoration of function that occurs following CBD likely includes an upregulation of additional, normally quiescent sites of peripheralchemoreception potentially involving 5-HT. However, the data indicate that these conditional, peripheral sitescannot account for all of the plasticity in the mechanisms that govern eupneic breathing. Thus, we conclude that within the respiratory network there is an additional site/mechanism (s) of plasticity. Future work aiming to elucidate brainstem mechanisms of plasticity following peripheral lesions may prove useful harnessing and maximizing the capacity for the restoration of function in human disease and/or trauma.Author contributions: Mathew R. Hodges and Hubert V. Forster contributed to the writing and editing of the manuscript, and Mathew R. Hodges prepared the figures. Conflicts of interest: None declaredFunding: NIH NHLBI HL097033 (MRH) and VA Merit Review 2885-02P (HVF)Figure 5 Ventilation (expressed as a percentage ofcontrol) for up to 5 hours after 10 µL injections of ibotenic acid into the caudal or rostral raphé in carotid body intact or carotid body denervation (CBD) goats.Note the enhanced stimulatory effect of ibotenic acid in the rostral medullary raphé in goats that had prior CBD, suggesting altered raphé glutamate receptor activity. Adapted from [30]. 050 100 150 200 250300Time (minute) 350300 250 200 150100 V 1 (% o f c o n t r o l )REFERENCES[1] Haldane JS, Priestley JG. The regulation of thelung-ventilation. J Physiol. 1905;32:225-266.[2] Comroe JH, Schmidt CM. The part played by reflexesfrom the carotid in the chemical regulation of therespiration in the dog. Am J Physiol. 1938;121:75-97. [3] Fencl V, Miller TB, Pappenheimer JR. Studies on therespiratory response to disturbances of acid-base balance, with deductions concerning the ionic composition ofcerebral interstitial fluid. Am J Physiol. 1966;210:459-472.[4] Smith CA, Forster HV, Blain GM, et al. An interdependentmodel of central/peripheral chemoreception: evidence and implications for ventilatory control. Respir PhysiolNeurobiol. 2010;173:288-297.[5] Forster HV, Smith CA. Contributions of central andperipheral chemoreceptors to the ventilatory response toCO2/H+. J Appl Physiol. 2010;108:989-994.[6] Pan LG, Forster HV, Martino P, et al. Important role ofcarotid afferents in control of breathing. J Appl Physiol.1998;85:1299-1306.[7] Bisgard GE, Forster HV, Orr JA, et al. Hypoventilation inponies after carotid body denervation. J Appl Physiol.1976;40:184-190.[8] Doi A, Ramirez JM. Neuromodulation and theorchestration of the respiratory rhythm. Respir PhysiolNeurobiol. 2008;164:96-104.[9] Baker-Herman TL, Mitchell GS. Phrenic long-termfacilitation requires spinal serotonin receptor activationand protein synthesis. J Neurosci. 2002;22:6239-6246. [10] Fuller DD, Zabka AG, Baker TL, et al. Phrenic long-termfacilitation requires 5-HT receptor activation during but not following episodic hypoxia. J Appl Physiol.2001;90:2001-2006; discussion 2000.[11] Lahiri S, DeLaney RG. Stimulus interaction in theresponses of carotid body chemoreceptor single afferentfibers. Respir Physiol. 1975;24:249-266.[12] Ichikawa H. Innervation of the carotid body:Immunohistochemical, denervation, and retrogradetracing studies. Microsc Res Tech. 2002;59:188-195. [13] Kumar P. Sensing hypoxia in the carotid body: fromstimulus to response. Essays Biochem. 2007;43:43-60. [14] Blain GM, Smith CA, Henderson KS, et al. Peripheralchemoreceptors determine the respiratory sensitivity ofcentral chemoreceptors to CO(2). J Physiol. 2010;588:2455-2471.[15] Forster HV, Bisgard GE, Klein JP. Effect of peripheralchemoreceptor denervation on acclimatization of goatsduring hypoxia. J Appl Physiol. 1981;50:392-398.[16] Forster HV, Bisgard GE, Rasmussen B, et al. Ventilatorycontrol in peripheral chemoreceptor-denervated poniesduring chronic hypoxemia. J Appl Physiol. 1976;41:878-885. [17] Forster HV, Pan LG, Lowry TF, et al. Important role ofcarotid chemoreceptor afferents in control of breathing ofadult and neonatal mammals. Respir Physiol. 2000;119:199-208.[18] Dahan A, Nieuwenhuijs D, Teppema L. Plasticity of centralchemoreceptors: effect of bilateral carotid body resectionon central CO2 sensitivity. PLoS medicine. 2007;4:e239.[19] Olson EB, Vidruk EH, Dempsey JA. Carotid body excisionsignificantly changes ventilatory control in awake rats. JAppl Physiol. 1988;64:666-671.[20] Lowry TF, Forster HV, Pan LG, et al. Effects on breathingof carotid body denervation in neonatal piglets. J ApplPhysiol. 1999;87:2128-2135.[21] Edelman NH, Epstein PE, Lahiri S, et al. Ventilatoryresponses to transient hypoxia and hypercapnia in man.Respir Physiol. 1973;17:302-314.[22] Bellville JW, Whipp BJ, Kaufman RD, et al. Central andperipheral chemoreflex loop gain in normal and carotidbody-resected subjects. J.Appl.Physiol.1979;46:843-853.[23] Rodman JR, Curran AK, Henderson KS, et al. Carotidbody denervation in dogs: eupnea and the ventilatoryresponse to hyperoxic hypercapnia. J Appl Physiol.2001;91:328-335.[24] Smith CA, Rodman JR, Chenuel BJ, et al. Response timeand sensitivity of the ventilatory response to CO2 inunanesthetized intact dogs: central vs. peripheralchemoreceptors. J Appl Physiol. 2006;100:13-19.[25] Forster HV. Plasticity in the control of breathing followingsensory denervation. J Appl Physiol. 2003;94:784-794. [26] Smith PG, Mills E. Restoration of reflex ventilatoryresponse to hypoxia after removal of carotid bodies in the cat. Neuroscience.1980;5:573-580.[27] Bisgard GE, Forster HV, Klein JP. Recovery of peripheralchemoreceptor function after denervation in ponies. J Appl Physiol.1980;49:964-970.[28] Serra A, Brozoski D, Hodges M, et al. Effects of carotidand aortic chemoreceptor denervation in newborn piglets.J Appl Physiol. 2002;92:893-900.[29] Serra A, Brozoski D, Simeon T, et al. Serotonin andserotonin receptor expression in the aorta of carotid intact and denervated newborns. Respir Physiol Neurobiol.2002;132:253-264.[30] Hodges MR, Opansky C, Qian B, et al. Carotid bodydenervation alters ventilatory responses to ibotenic acidinjections or focal acidosis in the medullary raphe. J ApplPhysiol. 2005;98:1234-1242.[31] Liu Q, Wong-Riley MT. Postnatal changes in cytochromeoxidase expressions in brain stem nuclei of rats:implications for sensitive periods. J Appl Physiol. 2003;95: 2285-2291.[32] Hoop B, Masjedi MR, Shih VE, et al. Brain glutamatemetabolism during hypoxia and peripheralchemodenervation. J Appl Physiol. 1990;69:147-154.1078[33] Roux JC, Peyronnet J, Pascual O, et al. Ventilatory andcentral neurochemical reorganisation of O2 chemoreflexafter carotid sinus nerve transection in rat. J Physiol.2000;522(Pt 3):493-501.[34] Roux JC, Pequignot JM, Dumas S, et al. O2-sensing aftercarotid chemodenervation: hypoxic ventilatoryresponsiveness and upregulation of tyrosine hydroxylasemRNA in brainstem catecholaminergic cells. Eur JNeurosci. 2000;12:3181-3190.[35] Mulkey DK, Stornetta RL, Weston MC, et al. Respiratorycontrol by ventral surface chemoreceptor neurons in rats.Nat Neurosci. 2004;7:1360-1369.[36] Takakura AC, Moreira TS, Colombari E, et al. Peripheralchemoreceptor inputs to retrotrapezoid nucleus (RTN)CO2-sensitive neurons in rats. J Physiol. 2006;572:503-523.[37] Thor KB, Helke CJ. Serotonin and substance Pcolocalization in medullary projections to the nucleustractus solitarius: dual-colour immunohistochemistrycombined with retrograde tracing. J Chem Neuroanat.1989;2:139-148. [38] Jean A. The nucleus tractus solitarius: neuroanatomic,neurochemical and functional aspects. Arch Int PhysiolBiochim Biophys. 1991;99:A3-52.[39] Nuding SC, Segers LS, Shannon R, et al. Central andperipheral chemoreceptors evoke distinct responses insimultaneously recorded neurons of the raphe-pontomedullary respiratory network. Philos Trans R SocLond B Biol Sci. 2009;364:2501-2516.[40] Pan LG, Forster HV, Ohtake PJ, et al. Effect of carotidchemoreceptor denervation on breathing duringventrolateral medullary cooling in goats. J Appl Physiol.1995;79:1120-1128.(Edited by Sheikh PB/Zhao LJ/Song LP)1079。
神经的可塑性
但是 轴突损伤后存活神经元的再 生轴突必须穿过溃变的髓鞘 和死亡细胞的残屑，以及由 反应胶质细胞增生形成的瘢 痕，这是很难逾越的屏障， 所以达到靶细胞完成突触重 建的可能性很小。
神经的可塑性
神经纤维的再生还赖于胶质细胞 的参与，中枢和外周的胶质细胞 和他们提供的微环境的不同，在 很大程度上决定了再生的难易
神经的可塑性
山东大学齐鲁医院康复中心 岳寿伟
Shouweiy@
神经的可塑性
概念
为了主动适应和反映外界环境各种变化， 神经系统能发生结构和功能的改变，并 维持一定时间，这种变化就是可塑性 （plasticity），这包括后天的差异、损 伤、环境及经验对神经系统的影响，神 经系统的可塑性决定了机体对内外环境 刺激发生行为改变的反应能力。
神经的可塑性
从这些微结构的变化，人们可 以推测神经元之间的相互联系 增强，甚至于建立某些新的联 系。这些观察结果表明，后天 经验和学习等非病理因素能够 影响和改变神经元和突触的组 织结构和生理效能。
神经的可塑性
现在知道，成年动物的神经系统尽管 通常不具备增殖和分裂能力，即不能 再产生新的神经元，但神经元却持续 拥有修饰其显微形态(如产生新的树突 棘)和形成新的突触连接的能力。这种 能力是中枢神经系统可塑性的基础。 事实上，任何神经系统都终身具备上 述能力，只是这种能力在不同发育阶 段有所不同，发育早期的可塑性程度 更大。
神经的可塑性
而在外周，虽然神经膜细胞的过度增 殖也可形成类似的阻碍，但神经膜细 胞及其分泌的层粘蛋白、纤粘蛋白等 细胞外基质对再生轴突有不可忽视的 导向作用，加上血源性巨噬细胞、单 核细胞对溃变的细胞残渣能更有效的 清除，因此再生轴突可以抵达并支配 其靶细胞，实现功能修复。
中枢神经系统的可塑性
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• 1969年，Luria AR 等人重新提出并完善了功能重组理 论（functional reorganization），认为损伤后脑的残 留部分能够通过功能上的重组，以新的方式完成已丧 失的功能，并认为在此过程中特定的康复训练是必须 的，因此Luria等的理论又称为再训练理论 （retraining theory）。
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• Jackson J H于1884年左右提出的功能在不同等级上再 现说（Hierarchical re-representation theory），认为 神经系统的结构由高至低分为不同的等级，功能并不 是唯一地存在于某一等级之中。神经系统的较高等级 部分发展较晚，易于兴奋，对功能起精细的调节作用， 对较低级的部分有抑制性的影响。当较高级的部分损 伤以后，较低级的部分就从抑制中释放，并尽力去完 成失去的功能。 Jackson的这种假说成为神经功能中 “代偿原则”的基础。
损伤早期、后期和晚期都能发挥极为重要的作用，并
特别强调大量训练的重要性。近年来关于神经康复辅
助训练的研究非常多，结果都证实尽早介入的、大量
的康复训练有助于中枢神经系统的康复。
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2. 脑可塑性的主要类型
2.1 大脑皮层的功能重组(reorganization)现象 不同皮层部位的功能不同，称为机能定位。定位的部分 有该机能的中枢，对该机能进行整合。当机能定位部分 损伤时，其功能可向对侧半球相应部位转移和由损伤 部位的周边神经来代偿。
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• 1930年Bethe首先提出了脑的可塑性（brain plasticity） 的概念，认为可塑性是生命机体适应变化和应付生活 中的危险能力，是生命机体共同具有的现象。他通过 动物实验研究而得出结论：人和高等脊椎动物之所以 具有高度的可塑性不是由于再生而是由于动物的功能 重组或者适应的结果，并认为CNS损伤后的功能恢复 是残留部分的功能重组的结果。
中枢神经系统的可塑性59933ppt课件
• 1969年，Luria AR 等人重新提出并完善了功能重组理 论（functional reorganization），认为损伤后脑的残 留部分能够通过功能上的重组，以新的方式完成已丧 失的功能，并认为在此过程中特定的康复训练是必须 的，因此Luria等的理论又称为再训练理论（retraining theory）。
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• 1950年有人根据动物实验和临床观察发现大脑运动感 觉区破坏以后，其周围的脑皮质经过运动训练后，能 代替已失去的肢体的运动功能，据此作者提出“病灶 周围组织代替论”；1955年Glees P与 Fabisch W观察 到在人的大脑半球一侧切除后，对侧肢体仍可能有运 动功能的恢复，从而提出“对侧半球代偿”学说。
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பைடு நூலகம்
与脑可塑性有关的因素
1、功能重组：系统内功能重组 系统间功能重组
2、实践影响：外部促进因素
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系统内功能重组
① 轴突侧枝长芽 ② 失神经过敏 ③ 潜伏通路和突触的启用 ④ 离子通道的改变 ⑤ 病灶周围组织的代偿 ⑥ 低级或高级部分的代偿 ⑦ 神经营养因子和某些基因的作用
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系统间功能重组
① 对侧大脑半球的代偿 ② 不同系统的潜伏通路和突触的启用 ③ 由不同系统产生的行为代偿
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• 1930年Bethe首先提出了脑的可塑性（brain plasticity） 的概念，认为可塑性是生命机体适应变化和应付生活 中的危险能力，是生命机体共同具有的现象。他通过 动物实验研究而得出结论：人和高等脊椎动物之所以 具有高度的可塑性不是由于再生而是由于动物的功能 重组或者适应的结果，并认为CNS损伤后的功能恢复 是残留部分的功能重组的结果。
中枢神经系统的可塑性
中国康复研究中心 纪树荣
中枢神经系统的可塑性
• 目前，脑的可塑性理论普遍被人们所接受，经多年研 究，学者们对该理论已经有了更深入的认识，其定义 为：脑在结构和功能上具有修改自身以适应改变了的 现实的能力。脑可塑性理论包含十分广泛，其中主要 包括：远隔功能抑制论、替代脑功能重组论、发芽论
和突触调整论等。
• 影响大脑可塑性的因素很多，大致可分为两类：功能 重组和其他外ethe首先提出了脑的可塑性（brain plasticity） 的概念，认为可塑性是生命机体适应变化和应付生活 中的危险能力，是生命机体共同具有的现象。他通过
动物实验研究而得出结论：人和高等脊椎动物之所以
具有高度的可塑性不是由于再生而是由于动物的功能 重组或者适应的结果，并认为CNS损伤后的功能恢复 是残留部分的功能重组的结果。
一般认为：中枢神经损伤发病 1—3 个月为自然恢复期， 发病第 3天后即可出现神经可塑性变化，第 3个月后（相 当恢复后期和晚期）神经可塑性训练显得更为重要。另 外在脑可塑性最佳阶段，缺少正确的康复治疗对策也是 影响功能恢复的重要因素，应注意防止废用综合征及误 用综合征，如长期卧床制动或盲目静养、对高张力肌肉 缺乏抑制、采用非正常的动作模式训练等均容易形成异 常运动模式的“构筑化”，即运动模式向非功能化发展， 出现异常姿势等无实际生活意义的动作，还可以发生肌 肉痉挛或萎缩，关节僵直等废用症。
况下，长时程增强现象的存在与脑的记忆、学习等功
能相关。
2.5 长时程压抑现象(long-term depression 、LTD) 在调节肌肉紧张或协调随意运动方面，小脑皮层是 小脑功能的重要组成部分，它与大脑运动区、感觉区、 联络区之间的联合活动和运动计划的形成及运动程序 的编制有关。通过精巧运动的学习，可使小脑皮层中 形成一整套记忆程序。该程序是建立在小脑内局部神 经元回路的基础之上，抑制其神经元的紧张性放电活 动，使传出的兴奋性长期保持低水平状态，以避免肌 肉紧张力过高，并维持协调的随意运动。称为长时程 压抑现象。近年研究认为该现象是由于突触上 aMPA 受 体通道活性受到抑制而产生。
慢性疼痛对中枢神经系统的影响及调控机制
慢性疼痛对中枢神经系统的影响及调控机制慢性疼痛是一种令人痛苦且困扰人的疾病，长期的疼痛刺激不仅影响身体健康，也会对中枢神经系统产生重要的影响，进而对其他生理功能产生负面影响。
本文将探讨慢性疼痛对中枢神经系统的影响，并介绍其中的调控机制。
一、慢性疼痛对中枢神经系统的影响1. 神经可塑性的改变慢性疼痛刺激可以导致中枢神经系统中的突触可塑性产生变化。
研究表明，慢性疼痛可以引起突触传递的异常增强，使原本无痛刺激也能引起剧痛反应。
这种可塑性的改变可能与疼痛信号在中枢神经系统中的加强和扩散有关，进一步加剧了疼痛感受。
2. 神经炎症反应的激活慢性疼痛会引发中枢神经系统中的炎症反应，导致神经胶质细胞活化和炎症因子的释放。
这些炎症因子包括肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)等，它们会进一步介导神经炎症反应，并通过激活炎症信号通路增强疼痛感受。
3. 大脑结构的改变慢性疼痛还可以导致中枢神经系统中的大脑结构发生改变。
研究发现，长期的疼痛刺激会使大脑皮层区域发生萎缩，神经元密度降低。
这些结构改变可能与慢性疼痛患者的记忆、情绪和认知功能障碍有关。
二、慢性疼痛对中枢神经系统的调控机制1. 疼痛信号传导的调控中枢神经系统对疼痛信号的传导起着重要的调控作用。
研究发现，内源性痛阈调控系统通过产生与疼痛信号相互作用的内啡肽等物质来减轻疼痛感受。
此外，脑干的痛阈调控系统以及大脑皮层区域也能通过神经调节和认知过程来调节疼痛感受。
2. 炎症反应的调控中枢神经系统对神经炎症反应有着复杂的调控机制。
一方面，神经胶质细胞在神经炎症过程中发挥着重要作用，它们能够分泌炎症因子并调节炎症反应。
另一方面，大脑区域如下丘脑和杏仁核等则通过神经调节途径调控炎症反应的强度和持续时间。
3. 神经可塑性的调控神经可塑性的改变可以通过多种机制来调控。
神经递质的释放和突触传递的调节、神经营养因子的改变以及突触后钙离子浓度的调节等都可以影响神经可塑性。
NMDA受体介导突触可塑性相关离子通道机制
NMDA受体介导突触可塑性相关离子通道机制介绍NMDA受体是神经元中最重要的离子通道之一，它在神经元之间的连接和信息传递中发挥关键作用。
NMDA受体介导的突触可塑性，也被称为长时程突触可塑性，是神经系统中学习和记忆形成的基础。
本文将详细探讨NMDA受体介导的突触可塑性相关的离子通道机制。
NMDA受体的结构和功能NMDA受体是一种离子通道蛋白质，主要存在于中枢神经系统的突触间隙中。
它是由多个亚单位组成的复合体，包括GluN1、GluN2和GluN3亚单位。
其中，GluN1亚单位是必需的，而GluN2和GluN3亚单位则对受体的功能具有调节作用。
NMDA受体的活化需要同时满足两个条件：首先，细胞内需要存在足够的兴奋性氨基酸（如谷氨酸）作为共激动剂，其次，细胞内要充足地形成正常动作电位。
这是因为NMDA受体的结构上包含一个钙离子通道和一个镁离子通道，而这两个通道只有在细胞内发生去除性镁离子阻滞时才能打开。
当NMDA受体活化时，离子通道打开，钙离子进入细胞内，从而引起突触可塑性的发生。
突触可塑性与离子通道的调节突触可塑性是指突触连接强度会随时间的变化而变化的能力。
NMDA受体介导的长时程突触可塑性有两种类型：长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）。
LTP指的是突触传递强度的增强，而LTD则指的是突触传递强度的减弱。
NMDA受体介导的突触可塑性与多种离子通道有关。
首先，NMDA受体活化所需的电位变化可以由细胞内过量的钠离子和钙离子通道的开放产生。
这些离子通过膜电位的改变使得NMDA受体去除性镁离子阻滞，从而引起NMDA受体的活化，进而触发突触可塑性过程。
其次，NMDA受体的活化还依赖于钾离子通道的调节。
神经元兴奋时，细胞内钾离子浓度会逐渐减少，导致钾离子通道关闭。
这种钾离子通道的调节作用有助于维持细胞内的兴奋性水平，从而使得NMDA受体的活化更容易发生。
此外，NMDA受体的活化还与钙离子通道有关。
当NMDA受体活化后，钙离子通道会打开，使大量钙离子进入细胞内。
镜像疗法的作用机制与临床应用
镜像神经元· 的功能
6.其他功能
→镜像神经元系统还在语言理解、 语言进化、 交流和社会认知 功能等方面发挥重要作用。
自闭症——碎镜之困
自闭症患者缺失的功能，基本上就是镜像神经元的“职责范围”。
该系统的神经回路一旦出现故障， 自闭症患者就表现出最显著特征 →缺乏社交能力，缺乏感情、
沉默寡言、不善模仿等等
缓解的中枢性疼痛→习得性疼痛.
错配
2.大脑向肢体发出的动作指令
肢体得到的视觉反馈、本体觉
相符合
视觉反馈
幻肢的动作指令
错配纠正
患者对幻肢的控制重新 回到意识水平，疼痛消除
镜像疗法的应用
二.脑损伤（脑卒中偏瘫等）
1.脑卒中初期，白质水肿、皮质信号转导暂时受阻 →大脑动作指令与肢体执行动作反馈联系丧失 →水肿消失后，肢体运动仍不能康复 →习得性瘫痪
镜像神经元的康复意义
1.动作观察疗法→通过观察来学习动作； 2.运动想象疗法→借助想象来改善运动能力； 3.镜像疗法→综合了观察、 想象和模仿进程； 4.虚拟现实疗法→在虚拟情境中进行动作的观察、 想象、
模仿和学习； 5.脑-机接口技术→利用运动想象等生理过程中产生的神经生
理学信号(如脑电波)来进行运动功能重建。
减轻疼痛的镜像治疗
1.健侧肢体执行运动（运动观察）或被触碰 2.患侧肢体放置在舒适的位置 3.想象镜中的患侧运动或被触碰无疼痛的假象 4.较高的治疗频率（至少2次/天，每次15min）
家庭训练计划பைடு நூலகம்
1.每天在家训练，20min/次 2.制订个体化时间表 3.实践的指导和每周的监测 4.注意不良反应 5.想象训练→作为镜像之类的补充，保持大脑的结构
镜像疗法的操作
生理学中的神经可塑性机制
生理学中的神经可塑性机制神经可塑性机制是指神经系统能够在外界刺激下发生一系列的改变和迁移的过程。
这种机制在人类的生存和适应外界环境的过程中扮演着非常重要的角色。
神经可塑性机制主要分为两种类型，一种是短期可塑性，另一种是长期可塑性。
短期可塑性通常是短暂的，很快就会消失，主要是由于神经元内部的电活动发生的改变所导致的。
而长期可塑性则是相对持久的，能够在数小时、数天或更长时间内持续下去。
长期可塑性的形成主要依赖于基因、营养、应激等因素。
神经可塑性机制在人类学习、记忆等方面也起着重要的作用。
例如，在人类的语言习得过程中，神经可塑性机制的作用就非常显著。
人类的语言能力主要是依赖于大脑的语言中枢区域。
研究发现，当人类进行语言学习时，这些语言区域的连接会发生调整，这种调整能够增强区域之间的联系，从而提高语言学习和记忆的效率。
在神经可塑性机制的过程中，神经元之间的突触扮演着非常重要的角色。
突触是神经元之间传递信息必不可少的结构。
而突触可以通过多种方式进行调整，包括调整突触前、突触后的细胞膜通道等。
这些调整能够影响到神经元之间的信号传递，从而影响到神经元的功能和行为。
神经可塑性机制的形成还与神经递质的变化密切相关。
神经递质是神经元之间传递信息的化学物质，它能够在神经元之间进行信息传递。
而当神经元受到外界刺激时，它会分泌出一些神经递质，在神经元之间进行传递。
这些神经递质的分泌和突触连接的调整，能够共同影响到神经元之间的信号传递，从而影响到神经元的行为和功能。
总之，神经可塑性机制在人类生理学中扮演着非常重要的角色。
这种机制能够帮助人类适应外界环境，并且在语言习得、学习和记忆等方面发挥着非常重要的作用。
未来的研究需要进一步探讨神经可塑性机制的本质以及其在疾病预防和治疗方面的应用。
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——我们的研究还发现康复训练可以明显促 进生长相关蛋白（GAP43）的表达，这也再次 说明了康复训练可以促进皮质神经发芽、突 触形成和神经功能的恢复。而国外Stroemer 等人也得出了相似的结论，他们观察到脑损 伤动物在行为功能恢复同时，生长相关蛋白 43和突触素在缺血灶同侧和对侧皮质中表达 增高，推测为轴突生长后的突触形成。
中枢神经系统可塑性机 制的探讨
解放军总医院第一附属医院康复理疗科 李玲教授
脑血管病是目前世界上三大主要致死性疾 病之一，脑缺血是常见的急性脑血管病，如何 积极有效的促进脑缺血恢复期神经功能的恢复， 依然是目前脑缺血研究的重点。有关康复训练 对中枢神经可塑性的影响，人们进行了大量的 研究.
脑可塑性的概念及影响因 素
康复训练对脑梗死脑组织 形态学改变的影响
——Johasson等人认为康复训练之所以可以促进 脑梗死大鼠运动功能的恢复，其原因是康复训练 可以引起大鼠大脑化学上及解剖上发生改变，包 括皮质重量、蛋白成分、树突发芽、突触联系面 积的大小等。 ——我们通过对脑梗死体积、组织病理学、血管 构筑等形态学检查，证实了这一点。我们发现24 小时后脑梗死体积最大，经过康复训练1周，较 制动组明显减少(P<0.05)。同时经过4周康复训 练，大鼠梗死灶内有肉芽组织、血管支架形成， 梗死灶周边区出现胶质细胞、血管内皮细胞及巨 噬细胞。此外，康复训练28天后，大鼠
－－正常脊髓下行传导路中存在有GAP-43， 而失去上运动神经元控制后，其GAP-43表 达可发生改变。另外，有研究显示在突触 重建过程中，新生发芽中GAP-43表达也会 在高水平上进行，而且在新的突触形成期 间，若有生理活动类型改变或其它传导束 竞争介入，都能诱导原有突触连接发生相 应变化。
－－本实验中，脊髓两侧的阳性反应不对称，我 们考虑在康复训练过程中，未瘫痪侧肢体担任了 较多的运动功能，也有较多的感觉输入，这可能 是未瘫痪侧脊髓后角Fos表达比瘫痪侧强的原因 之一，可能也是康复早期未瘫痪侧脊髓前角CGRP、 HSP70 、GAP-43表达比瘫痪侧强的原因之一。 康复训练可能通过皮质功能重建和重组，使 瘫痪侧接收来自皮层的调控信息增多，其CGRP、 HSP70 、GAP-43表达反而比未梗塞侧多。而制动 组由于感觉输入和运动都很少，Fos、CGRP、 HSP70 、GAP-43的表达很少，其功能恢复也较差。
梗死灶周边区微血管的密度明显大于制动组， 同时，血管内皮生长因子的表达也明显高于制 动组。这说明康复训练可以减少早期梗塞体积， 并促进侧枝循环的形成。 ——有学者进一步研究发现大鼠通过一系列运 动训练(包括跑转笼或平板、伸爪取笼外食物 及复杂技巧训练等) 不仅促进新血管生成，增 加轴突、树突分支及单位长度树突的树突棘数 量，还可增加鼠纹状体多巴胺受体的密度及海 马胆碱能受体的密度，促进大脑皮层Ⅱ／Ⅲ层 单个神经元突触数量增加。
——系统间重组：由一个完全不同的系统来代 偿，如由皮肤触觉来代替视觉等。 ① 对侧大脑半球的代偿；② 不同系统的潜 伏通路和突触的启用；③ 由不同系统产生的行 为代偿。 外部的促进因素有： ①从外部给予的神经营养因子；②基因治疗 和神经移植；③ 促进脑功能恢复的药物；④针 灸、理疗、恒定电场及功能恢复训练；⑤ 环境。
我们的研究显示康复训练可以促进 单侧海马梗死大鼠齿状回区Nestin阳性 细胞的表达，。同时观察到大鼠海马区 NGF及PSA-NCAM的表达，表明训练可以 明显促进神经干细胞的增殖及迁移。并 通过促进NGF的表达进而促进神经发生。
三、康复训练对胶质细胞的作用 ——我们研究发现康复训练后，脑梗死大 鼠星形胶质细胞的数量较制动组有显著增 加，胶质纤维酸性蛋白(GFAP)含量显著增 加。由于星形胶质细胞能指令和促进成年 大鼠海马神经干细胞的神经发生。同时星 形胶质细胞的前体放射状胶质细胞在NSCs 向梗死灶迁移中扮演重要角色。这提示我 们运动训练可能通过刺激星形胶质细胞的 增殖进而促进NSCs的增殖并向梗死灶迁移， 促进神经功能恢复。
——大量国内外数据表明，经过早期正规康复训 练或治疗的患者，70%-90%在脑卒中后6个月能 够行走，30%能够恢复一些工作，24%的患者其 上下肢活动功能基本恢复。 ——华山医院负责的“十五”国家科技攻关项目 “脑血管病的三级康复方案”研究的结论充分说明 了康复治疗在改善和恢复患者的运动、感觉、认 知功能、改善和恢复日常生活和工作能力等方面 的重要作用。
长度增加5%。脑血管生成也有增加。丰富环境 刺激后还可使神经元胞体增大，细胞凋亡减少。 如丰富环境下的成年大鼠脑细胞自发性凋亡减 少了45%。 ——最重要的形态学改变是树突、轴突及突触 的变化。包括神经元树突变长，树突状分枝增 加，密度增大，树突棘数目增多；轴突增多； 突触及突触小结变大，新突触连接形成增加， 突触囊泡聚集密度增强。
－－总之，本实验结果提示，脑梗塞后康复训 练可以在脊髓水平中增加感觉输入和运动输出， 明显改善运动功能。康复训练究竟是通过促进 原来运动神经元的功能恢复还是建立另外的神 经通路，尚在进一步研究之中。
－－康复组和制动组大鼠脊髓背角出现Fos免疫阳性物质， 前角出现CGRP和HSP70阳性反应神经元，康复组反应明 显较制动组强，瘫痪侧较对侧少。 －－脊髓是中枢神经系统的重要组成部分，脊髓背部是 行使感觉整合的部位，背角接受来自外周的冲动信息， 再通向脑干和脑。本实验中Fos阳性神经元在康复训练组 脊髓后角大量增加，提示康复训练可保持和增加后角的 感觉传入，这对维持皮质的感觉运动功能非常重要，为 了对运动进行正确的调控，中枢神经系统需要不断接受 感觉信息，在发起运动前，神经系统根据这些感觉信息 为运动编程。
脑可塑性是指脑有适应能力，即在结构和 功能上有修改自身以适应改变了的现实的能力。 CNS具有高度可塑性是CNS损伤后功能恢复的重 要理论依据，功能重组是脑可塑性的基础。
CNS可塑性的概念是1930年由Bethe首先提 出的。他认为可塑性是指生命机体适应发生的 变化和应付生活中的危险的能力，是生命机体 共同具备的现象。并认为这是CNS在受到打击 后重新组织以保持适当功能的基础。
目前，应用正电子发射断层扫描（PET）、 功能性磁共振（fMRI）、经颅磁刺激（TMS）、 脑磁图（MEG）等技术的研究亦支持卒中后功 能重组的概念。
康复训练对脑梗死后行 为学能力的影响
——Johasson等人的研究结果就发现大鼠脑梗 死15天不活动肢体，其感觉运动功能障碍会加 重，而经过康复训练，功能障碍却会明显减轻； ——而我们实验也说明了康复训练对脑梗死大 鼠行为的影响，我们发现给予脑梗死大鼠平衡、 抓握、旋转、行走等功能训练后，其Berdson 神经功能、平衡木、转棒行走评估的功能均优 于制动组；此外，给予海马梗死大鼠行为学训 练（水迷宫）后，大鼠的学习记忆能力也明显 提高。
康复训练对脊髓的影响
－－我们观察了脊髓组织GAP-43的阳性表达，
结果显示康复训练组大鼠两侧脊髓前角GAP-43 的表达均强于制动组，其变化规律是梗死后 24h脊髓两侧GAP-43的表达分布不对称，未瘫 痪侧前角GAP-43的表达较瘫痪侧多，7-14d两 侧脊髓前角区均有GAP-43的表达，21-28d康复 组瘫痪侧前角较未瘫痪侧前角运动纤维多，而 制动组在各期染色淡，阳性神经元纤维少，从 时间变化规律上看与功能恢复一致。7-14 d GAP-43的阳性表达最多，21-28 d GAP-43的表 达较前逐渐减少，但是康复组较制动组比较维 持水平较高。
－－正常在脊髓下行传导路中含有少量CGRP
阳性神经元，无HSP70阳性神经元。康复训练 后CGRP、HSP70的大量增加可能是康复训练提 供的一种保护作用。尽管脊髓并没有直接受 损，但脑梗塞造成上位神经元控制的中断， 脊髓运动神经元正常活动状态发生改变，康 复训练可保持和增加后角的感觉输入，通过 皮质功能重建和重组。重新建立瘫痪侧下行 传导束：是原有突触连接性重组，能通过运 动的重复加强和重建正常运动模式。
——Kim也观察到运动可使齿状回的细胞分芽 增殖 。最近有学者发现昔多芬（伟哥）可以 增加脑缺血损伤大鼠DG区和室下区（SVZ）神 经干细胞的增殖。 ——Schmidt-Hieber等研究发现运动训练能 明显促进海马回神经干细胞产生大量的粒细 胞的T-型Ca通道能产生独立的Ca峰波并促进 快Na通道的动作电位，可诱导突触可塑性。 此外在同样条件下LTP在新生细胞比成熟细胞 更容易诱导，表明运动训练促进突触可塑性， 并改善学习记忆能力。
——我们的研究发现康复训练可以促进梗死 灶周围和颞叶皮层内NMDA受体2B亚单位(NR2B) 的表达，由于 NR2B表达增加可促进习得性长 时程增强效应（LTP）的形成，进而增加了海 马突触效应的可塑性，所以这可能是康复训 练促进脑梗死大鼠学习记忆能力恢复的主要 原因。
二、康复训练对大鼠海马梗死后齿状回区神 经干细胞增殖、迁移能力的影响活的影响 ——Crews等发现学习、丰富环境、运动训练（例 如跑步等）可以使大鼠海马NSCs增殖发芽，并提 高其学习记忆能力。采用溴脱氧尿苷（Brdu）的 免疫产物来评价NSCs的增殖，发现跑轮训练使大 鼠齿状回的溴脱氧尿苷的免疫产物增加，而在大鼠 胼胝体和前脑则没有明显的溴脱氧尿苷的免疫产物 增加，表明运动训练主要增加齿状回的NSCs增殖 发芽，促进脑的可塑性改变。
说明运动以及各种学习记忆能力训练可以明 显促进脑组织形态学的改变，以提高各种行为 学能力
康复训练对中枢神经系统 的生物学效应
一、康复训练对脑保护因子的作用 ——我们自1997年开始研究康复训练对脑 梗死大鼠中枢神经系统的生物学效应，我们发 现康复训练可以促进一系列脑保护因子的生成， 如一氧化氮合酶、降钙素基因相关肽(CGRP)、 热休克蛋白70（HSP70）、脑源性神经营养因 子等。
1969年，Luria等重新提出并完善了功能重 组的理论，认为损伤后脑的残留部分通过功能 上的重组，以新的方式完成已丧失了的功能。 他们将功能重组分为两类： ——系统内重组：在同一系统内相同水平或不 同水平上出现的代偿，如由病灶周围组织或由 病灶以上或以下结构来代偿；① 轴突侧支长芽； ②失神经过敏；③ 潜伏通路和突触的启用；④ 离子通道的改变；⑤病灶周围组织的代偿；⑥ 低级或高级部分的代偿；⑦ 神经营养因子和某 些基因的作用。