吳瓊，葛云祥，馬迪，龐雪，曹瑩瑜，潘鈺，竇維蓓,4

1.清華大學附屬北京清華長庚醫(yī)院/清華大學臨床醫(yī)學院康復醫(yī)學科，北京市 102218；2.清華大學電子工程系，北京市 100084；3.北京石油化工學院光機電裝備技術(shù)北京市重點實驗室，北京市 102617；4.北京信息科學與技術(shù)國家研究中心，北京市100084

腦機接口(brain-computer interface,BCI)是一種人體內(nèi)外環(huán)境交互控制的系統(tǒng)，它不依賴由外周神經(jīng)、肌肉組成的腦輸出通路，可直接反映思維活動過程中的腦神經(jīng)活動信息[1-2]?；谶\動想象的腦機接口(motor imagery brain-computer interface,MI-BCI)可以客觀量化并強化運動想象任務的反饋、任務獎勵和優(yōu)化，并通過適當?shù)母杏X反饋“閉合”受損的感覺運動回路；影響并量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可塑性。MI-BCI 訓練能顯著改善腦卒中患者上肢肌電信號、關(guān)節(jié)活動度、運動功能和日常生活活動能力[3-4]。但MI-BCI 訓練效果可能受患者病程、病灶部位、言語認知功能、精神心理狀態(tài)、痙攣等多種因素影響，有必要研究影響腦卒中患者MI-BCI 上肢康復療效的相關(guān)因素，以便定制個性化干預策略[5-6]。本研究在評估MI-BCI 訓練對腦卒中后上肢運動功能障礙康復療效的基礎(chǔ)上，對治療效果進行分類，比較不同類型患者間臨床特征差異，并分析影響腦卒中患者MI-BCI 上肢訓練療效的相關(guān)因素。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018 年1 月至2019 年7 月北京清華長庚醫(yī)院住院腦卒中患者，診斷符合中國急性腦卒中臨床研究規(guī)范共識2018[7]，并經(jīng)頭顱磁共振或CT 檢查明確診斷。納入、排除及脫落標準參考前期研究[8]，同時波士頓診斷性失語癥檢查評分＞3級。

最初共納入29 例。訓練中，因BCI 正確率＜70%，不宜行MI-BCI 訓練排除2 例；自行終止訓練2例；未完成末次評估2 例。最終23 例完成訓練和數(shù)據(jù)采集。

本研究經(jīng)北京清華長庚醫(yī)院倫理委員會批準(No.18172-0-02)，并在中國臨床試驗注冊中心注冊(No.ChiCTR1900022128)。所有患者均在試驗前簽署知情同意書。

1.2 數(shù)據(jù)采集

采集患者以下數(shù)據(jù)：性別，年齡，病程，病變性質(zhì)，病變半球，近3 個月內(nèi)患側(cè)腕、手部位是否進行過肉毒毒素注射，是否伴有失語癥，訓練前患側(cè)手指屈肌改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)評分和Fugl-Meyer評定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities,FMA-UE)評分。病變部位根據(jù)牛津郡社區(qū)卒中研究分型[9]?；颊咭话阗Y料見表1。

1.3 訓練方法

患者在常規(guī)上肢康復訓練基礎(chǔ)上接受MI-BCI 上肢功能訓練，每周5 d，連續(xù)4周。

常規(guī)康復訓練包括作業(yè)治療、運動療法、物理因子治療等，每天1 h。

MI-BCI 上肢訓練包括模型建立階段和實際訓練階段，10 次為1 組，組間允許患者休息1 min，每次訓練共完成約100 次運動想象任務，并通過手部外骨骼完成患側(cè)手指被動屈伸，共約1 h。訓練前囑患者避免眨眼、咳嗽、咀嚼、頭部和身體移動，具體訓練方案與前期研究相同[10]。

表1 患者一般情況

1.4 功能評定

訓練前和訓練20 d 后，進行患側(cè)上肢運動功能評定和患側(cè)手指屈肌肌張力評定。

采用FMA-UE 進行患側(cè)上肢運動功能評定，忽略量表中上肢感覺、被動關(guān)節(jié)活動度、疼痛部分，反射項目部分。按肩、肘、腕、手部和協(xié)調(diào)/速度分別進行評測，5 項相加得到FMA-UE 總分；以肩與肘評分之和為FMA 上臂評分；腕與手評分之和為FMA 腕手評分。簡化版FMA-UE 總分60 分，腕手分24 分，上臂分30分，評分越高功能越強[11]。

采用MAS 評定患側(cè)手指屈肌肌張力[12-13]。為統(tǒng)計方便，0 級計0 分，I級計1 分，I+級計1.5 分，Ⅱ級計2分，Ⅲ級計3分，Ⅳ級計4分[14]。

所有評定均由同一名經(jīng)過培訓的人員進行，評定者對治療情況不知情。

1.5 統(tǒng)計學分析

鑒于FMA-UE 腕手評分改善＜2 分時，患者難以感受手功能變化，根據(jù)最小臨床重要差異(minimum clinically important difference,MCID)的定義，本研究以訓練后FMA-UE 腕手評分提高≥2 分為標準，將患者分為顯效組(n=11)和非顯效組(n=12)[11-12,15-16]。

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。計量資料采用Shapiro-Wilk 檢驗正態(tài)性，符合正態(tài)分布的以(±s)表示，采用組內(nèi)比較采用配對t檢驗，組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態(tài)分布的用M(QL,QU)表示，組內(nèi)比較采用配對Wilcoxon 檢驗，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗。分類變量采用χ2檢驗。因變量和自變量均為連續(xù)變量，符合正態(tài)分布的，采用Pearson 相關(guān)性檢驗；有一項不符合正態(tài)分布的，采用Spearson 相關(guān)性檢驗；自變量為分類變量的，使用交叉列聯(lián)表分析。顯著性α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 訓練效果

訓練后，所有患者FMA-UE 總分、腕手分、上臂分均顯著改善(P＜0.001)，MAS 評分無明顯改善(P＞0.05)。見表2。

兩組訓練后，F(xiàn)MA-UE 總分、腕手分、上臂分均改善(P＜0.05)；MAS 評分無顯著性改善(P＞0.05)。訓練前，兩組FMA-UE 總分、腕手分、上臂分無顯著性差異(P＞0.05)；非顯效組MAS 評分明顯高于顯效組(P＜0.01)。訓練后，顯效組FMA-UE 總分、腕手分、上臂分均高于非顯效組(P＜0.05)；非顯效組MAS 評分仍明顯高于顯效組(P＜0.01)。顯效組治療前后FMA-UE 總分、腕手分差值明顯高于非顯效組(P＜0.01)，上臂分差值無顯著性差異(P＞0.05)。見表3～表6。

2.2 相關(guān)因素

兩組治療前MAS 評分(表6)和是否使用肉毒毒素(表7)方面有顯著性差異(P＜0.05)，其余變量無顯著性差異(P＞0.05)。見表7。

表2 患者訓練前后上肢功能比較(n=23)

表3 兩組訓練前后FMA-UE總分比較

表4 兩組訓練前后FMA-UE腕手分比較

表5 兩組訓練前后FMA-UE上臂分比較

表6 兩組訓練前后MAS評分比較

2.3 相關(guān)性分析

分別以性別，年齡，病程，病變性質(zhì)，病變半球，近3 個月內(nèi)患側(cè)腕、手部位是否進行過肉毒毒素注射，是否伴有失語癥，訓練前患側(cè)手指屈肌MAS評分和FMA-UE 總分、腕手分、上臂分為自變量，以訓練后FMA-UE 總分、腕手分、上臂分為因變量進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，伴有失語與FMA-UE 總分、上臂分負相關(guān)(P＜0.05)；MAS 評分與腕手分負相關(guān)(P＜0.05)；訓練前后FMA-UE總分、腕手分、上臂分之間均呈正相關(guān)(P＜0.05)。見表8。

3 討論

本研究顯示，經(jīng)過MI-BCI 上肢訓練，亞急性腦卒中患者FMA-UE 評分明顯增加，改善程度總體大于MCID，與前期研究一致，提示MI-BCI訓練可改善亞急性期腦卒中患者上肢運動功能。分組比較發(fā)現(xiàn)，雖然上肢各部分功能基線水平相同，但手部評分改善明顯的患者，上肢功能改善程度較好，同時治療前手指屈肌痙攣程度較低、肉毒毒素使用較少。相關(guān)性分析顯示，訓練后上肢功能水平與基線上肢功能水平、是否伴有失語癥、手部痙攣程度相關(guān)?？傮w而言，基礎(chǔ)運動功能差、伴有言語障礙和痙攣，可能是腦卒中上肢功能障礙患者MI-BCI訓練效果的不利因素。

表7 兩組特征變量比較

腦卒中偏癱患者上肢功能恢復是神經(jīng)康復的重點和難點，恢復程度存在個體間差異。影響上肢功能恢復的因素國內(nèi)外報道不一。從神經(jīng)解剖角度，病變大小、病變位置、下行運動路徑，尤其是皮質(zhì)脊髓束損傷程度，與功能預后顯著相關(guān)[17-18]；從神經(jīng)生理功能角度，病灶周圍乃至雙側(cè)半球網(wǎng)絡(luò)的功能和結(jié)構(gòu)變化導致患者間恢復水平的差異。從臨床特征角度，殘存運動功能是上肢功能預后最重要的預測因子[17,19-20]，諸如早期聳肩動作出現(xiàn)[21]、患側(cè)手指主動伸展[22]以及患手握力殘存[23]都提示預后良好。本研究也顯示，初始上肢運動功能是訓練后上肢各部位運動功能恢復最重要的相關(guān)因素。值得注意的是，初始運動功能是皮質(zhì)脊髓束損傷程度、腦網(wǎng)絡(luò)功能代償能力的反映，與患者操縱MI-BCI設(shè)備的表現(xiàn)并無相關(guān)性[24]。

痙攣是皮質(zhì)脊髓束損傷的重要臨床表現(xiàn)，早期出現(xiàn)嚴重手痙攣、手腕反射扭矩增大，與皮質(zhì)脊髓束損傷嚴重程度相關(guān)，提示預后不良[12]。本研究顯示，非顯效組患側(cè)手指屈肌痙攣程度、肉毒毒素使用均明顯高于顯效組；同時，患側(cè)手指屈肌痙攣程度與訓練后腕、手運動功能負相關(guān)，提示該組患者可能存在更嚴重的皮質(zhì)脊髓束損傷。是否使用肉毒毒素與訓練后上肢功能并無顯著相關(guān)，可能因為肉毒毒素注射史只是從側(cè)面反映患者存在較為嚴重的痙攣，并非降低療效的不利因素。使用肉毒毒素可提高慢性腦卒中患者手部活動運動準確性、平滑性。本研究中，手指痙攣嚴重患者無法通過外骨骼完成手指被動屈伸，訓練前使用肉毒毒素可為訓練做好準備。

此外，卒中后抑郁、認知障礙、失語、偏盲、偏側(cè)忽略、二便失禁等并發(fā)癥也會影響患者上肢運動功能恢復[17,19]。存在自發(fā)言語是運動功能恢復的有利因素[25]。本研究中，雖然兩組間失語發(fā)病率無顯著性差異，但伴有失語與MI-BCI 訓練后上肢運動功能相關(guān)，提示該因素不利于腦卒中上肢功能障礙患者MI-BCI訓練效果。可能的原因是，本研究由于訓練過程涉及聽語音信號-看動作視頻-閉眼完成運動想象-睜眼準備下一循環(huán)等較為復雜的指令，失語患者雖然言語障礙較輕，但仍然影響患者對信息的接受和表達，還可能涉及注意力和工作記憶等因素，導致訓練效率低，康復效果差。失語癥對MI-BCI 效果的影響還需進一步研究。

此前研究顯示，年齡、性別、利手、優(yōu)勢半球、病變類型、發(fā)病部位等因素可能影響腦卒中患者上肢功能預后，但本研究中未顯現(xiàn)以上因素對患者MIBCI訓練效果有影響。

卒中類型和責任血管與上肢運動功能預后關(guān)系尚不明確。Frolov等[26]的隨機對照多中心試驗發(fā)現(xiàn)，MIBCI 對不同病程、嚴重程度和病變部位的腦卒中患者上肢運動功能均有改善作用。本研究中，病變部位、病變性質(zhì)也未對患者訓練效果產(chǎn)生影響，這符合運動恢復取決于受損和未受損半球功能重組和代償功能的觀點。因此腦卒中患者MI-BCI 神經(jīng)機制的研究應該著重于腦網(wǎng)絡(luò)特征而非解剖結(jié)構(gòu)。

表8 影響MI-BCI訓練效果的相關(guān)因素

雙側(cè)大腦半球功能存在明顯差異，利手、損傷半球會對腦卒中后上肢運動功能預后造成影響。右利手患者右半球卒中后手功能恢復差于左半球卒中患者，而左半球卒中可能出現(xiàn)雙手運動功能障礙[27]。對健康人的研究發(fā)現(xiàn)[28]，感覺運動節(jié)律的側(cè)向性會隨優(yōu)勢側(cè)有所不同，左利手受試者完成單次MI-BCI 任務準確性較差。本研究中，患者損傷半球未顯現(xiàn)對訓練效果的影響，可能與本次納入患者均為右利手，兩組間損傷半球分布較為均衡有關(guān)。

鑒于腦卒中康復的復雜性，腦卒中上肢運動功能康復的研究逐漸從臨床觀察發(fā)展為多模式多因素模型研究。van der Ⅴliet等[29]發(fā)現(xiàn)，年齡、性別、利手、優(yōu)勢半球、發(fā)病部位、伴發(fā)患側(cè)忽略和注意力不集中、基礎(chǔ)上肢功能評分等，可以預測發(fā)病后前6 個月上肢恢復模式。個體間MI-BCI 操縱能力存在巨大差異，也會顯著影響臨床效果。認知功能、感覺、運動想象能力[24]、心理因素[30]、年齡[31]、利手[32]、感覺運動節(jié)律偏側(cè)性[33]以及藥物，均可影響健康人MI-BCI 操縱表現(xiàn)。腦卒中患者的神經(jīng)心理學評分[34]、腦電側(cè)向指數(shù)和皮質(zhì)激活強度[35]，可預測腦卒中患者操縱MI-BCI表現(xiàn)，而靜息態(tài)腦電信號對稱指數(shù)和MI-BCI 分類準確性可作為患者上肢改善程度的預測指標[26,36]。

鑒于MI-BCI 訓練的適用人群，認知障礙、情感障礙、偏側(cè)忽略、肩手綜合征等可能影響腦卒中上肢功能預后的因素均示予考慮。由于納入患者的病程、年齡等基礎(chǔ)狀態(tài)較為集中，樣本量較少，對病變類型、部位等因素分類較為簡單，可能掩蓋上述因素對訓練效果的影響。進一步需補充對患者MI-BCI 分類正確率、腦電圖、神經(jīng)影像等腦功能屬性特征的分析；擴大樣本量、延長隨訪時間，進行回歸分析，建立預測模型；設(shè)計個體化MI-BCI 訓練方案，提高干預效果，拓展適應人群。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。