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中枢神经系统损伤后功能恢复的生理学、解剖学基础是目前许多学者探索的重点课题。对于中枢神经系统损伤后是否可恢复的争论仍很激烈。但有一点可以明确，即脑损伤后病灶周围的水肿多数在病后3～4周内消失，出现正常情况下不通血或很少通血的侧支循环开放现象，发病时病灶周围痉挛或闭锁的血管也可在急性期后几小时或数日重新沟通。随着研究的不断深入以及客观事实证明，目前大多数学者认为中枢神经系统具有可塑性，也就是说，中枢神经损伤后是可能恢复的。中枢神经系统受损后的功能恢复表现为两大类，即功能重组和功能再现。功能重组学说认为功能恢复是通过未受损害的神经系统的解剖学、生理学改造，使其功能发生永久性改变；功能再现学说认为功能恢复是由于承担特定反应的神经机制实际上并未受到损害。
当高级中枢的功能出现缺损后，最容易出现的代偿就是低级中枢活动增强，这首先表现在最早恢复的“运动”是脊髓控制的联合反应和共同运动。它是以一些固定的异常运动模式出现的，以异常姿势反射和痉挛为基础的。主要是由于高级中枢对下位中枢的调控能力丧失，致使下位中枢的活动被释放出来。
中枢神经细胞轴突、树突的发芽以及突触阈值的改变，在中枢神经系统内重新组织各功能细胞集团的网络系统，实现功能重组，这就是中枢神经系统的可塑性理论。中枢神经的可塑性现象是由突触阈值的变化、突触发芽及再生所致。
突触阈值的变化是指在正常情况下，只有部分突触经常活动，阈值比较低，处于容易被使用的活化状态，而相当一部分突触的阈值很高，呈休眠状态，难以被使用。在一定条件下（如中枢神经损伤），这部分休眠的突触逐渐地被频繁使用，其阈值慢慢下降，从而渐渐处于可使用的活化状态。这些处于休眠状态的突触为中枢神经系统损伤后功能的代偿提供了可能，但这种变化是可逆的，如不再使用，其阈值仍可升高。因此，在偏瘫患者的运动训练中，一旦患者恢复正常的运动，即应反复训练，强化这种模式的维持。
突触发芽及再生是指在一定条件下，神经细胞的轴突末端可出现新的突起而形成新的突触现象，新生突触的阈值也会随其被使用程度而改变。突触发芽及再生的现象在生理和病理情况下都可发生，如学习和记忆的过程就是新的突触链形成的过程。
Glees等通过对猴脑运动皮质的研究，最早揭示了脑运动皮质功能重组的事实，并得出结论：脑损伤部位的近旁皮质出现了功能重组，从而代偿了丧失的功能，而且脑功能也受到外界环境刺激的影响，环境刺激不同，诱导相应的功能调整以适应环境的变化。因此，在治疗上可采用“促通技术”。促通技术是利用刺激运动通路上的各种神经系统，调节它们的兴奋性，以获得正确的运动输出。另一方面，中枢神经的可塑性还受到定向的限制，如脑损伤区域较大，在定向上限制了大脑皮质的功能重组。
大脑在执行每个功能时都有大量神经元同时活化，许多神经环路和中枢参与。因此，某一部位损伤时，这个活动的执行将转换到调节这一活动未受损的其他神经元和邻近神经元，甚至远隔区的神经元。调节每个功能活动的神经元的多少与后天环境下的运动和学习有关。如人们经常进行非常熟悉的活动，参与调节区内活动的神经元及神经元环路就丰富，并在脑内形成了定型，损伤后对活动反应就好。因此，同一功能在脑内有多重代表性也是偏瘫患者具有恢复潜能的一个因素。
1.神经生物学方面
神经生长因子在中枢神经的可塑性方面有以下作用：促进神经元生长发育；增加损伤后神经元的存活数量；对抗神经毒；抑制自身免疫；保护神经元；促进神经元生长和轴突萌生；促进神经移植后移植物的生长；促进中枢神经系统损伤后行为的恢复等。
2.神经免疫学方面
（1）巨噬细胞。通过释放细胞素促进小胶质细胞和星形细胞表达神经生长因子的能力提高；释放少突胶质细胞抑制物——细胞毒因子，抑制少突胶质细胞的成熟，从而间接地促进中枢神经系统再生。
（2）小胶质细胞。脑损伤后，病灶周围的小胶质细胞受到刺激数量增多，形态改变成为活性小胶质细胞。活性小胶质细胞能分泌多种细胞素，能合成神经生长因子和碱性成纤维细胞生长因子；能分泌白细胞介素1和白细胞介素6（IL-1、IL-6），IL-1能诱导神经生长因子，促进发育中的中枢神经系统细胞的分化和生长，IL-6能增加受损神经元的存活。
（1）外源性神经生长因子。在侧脑室内或脑内多点注入神经生长因子，能促进脑瘫和痴呆患者的功能恢复。
（2）促进脑功能恢复的药物。
（3）神经移植和基因治疗。目前，临床上已有应用神经移植治疗脊髓损伤的报道；在帕金森病方面，目前认为酪氨酸羟化酶是基因异常的原因之一，一些学者已将有THCDAN目的基因的重组病毒导入鼠的成纤维细胞中，再将之移植到病鼠的大脑内，使病鼠的症状得到改善。
（4）恒定电场的影响。试验证明，无论是在哺乳类或非哺乳类动物中，恒定电场都能促进损伤的中枢神经再生。
（5）功能恢复训练。在中枢神经的可塑性方面，功能恢复训练是一个重要因素。在中枢神经系统损伤的早期和晚期都具有极其重要的意义。功能恢复训练是指通过重新学习以恢复原有功能的过程。它之所以重要，有以下几方面的原因：①突触的效率取决于使用的频率，运用越多，效率越高。为提高过去相对无效的或新形成的通路和（或）突触的效率，重复训练是不可少的。②要求原来不承担某种功能的结构去承担新的、不熟悉的任务，没有反复多次的训练是不可能达成的。③外周刺激的感觉反馈对促进功能恢复和帮助个体适应环境有重要意义，反复的功能恢复训练可使机体学会接受和利用各种感觉反馈。