唐千乇，張通

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市100068通訊作者：張通，E-mail：tom611@126.com

腦卒中遺留嚴(yán)重功能障礙，提高腦卒中患者患側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能，尤其是改善上肢功能，促進(jìn)患者生活質(zhì)量的提高，是康復(fù)治療研究和實(shí)踐的難點(diǎn)、重點(diǎn)。由于中樞運(yùn)動(dòng)神經(jīng)通路受損，患者相應(yīng)的軀干、肢體運(yùn)動(dòng)能力下降或消失，嚴(yán)重影響日?；净顒?dòng)。腦機(jī)接口(brain-computer interface,BCI)技術(shù)的推廣獲得了康復(fù)醫(yī)學(xué)界的重視，為運(yùn)動(dòng)障礙康復(fù)提供了新的思路。

運(yùn)動(dòng)想象[1]是在實(shí)際運(yùn)動(dòng)沒有發(fā)生的情況下，內(nèi)心排演、模擬特定動(dòng)作，激活相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)通路，從而提高癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能。有研究表明[2]，運(yùn)動(dòng)想象可改善腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能障礙、吞咽功能障礙等；但在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)動(dòng)想象難以被廣泛推廣，重要原因是想象過程難以被醫(yī)師或治療師監(jiān)督，缺乏直觀的方法用于判斷患者是否有效完成運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)。腦機(jī)接口技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這一技術(shù)空缺。目前認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)想象應(yīng)是有針對(duì)性地從功能訓(xùn)練活動(dòng)中選擇出一些動(dòng)作，結(jié)合計(jì)算機(jī)予以實(shí)施[2-3]。腦機(jī)接口[4]成功地為運(yùn)動(dòng)想象過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、測量及反饋，近年來在腦卒中肢體運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)中迅速發(fā)展[5-8]。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019 年7 月至2020 年11 月期間，北京博愛醫(yī)院神經(jīng)康復(fù)科住院的發(fā)病3 個(gè)月內(nèi)的腦梗死并伴有上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①18～80 歲，男女不限，右利手；②診斷為腦梗死，首次發(fā)作，梗死灶在大腦左半球；③體征平穩(wěn)，病情穩(wěn)定，超過48 h 以上；④患側(cè)上肢和手的Brunnstrom 分期Ⅲ～Ⅳ期；⑤認(rèn)知功能正常，簡易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)評(píng)分＞26分，視力正常或矯正后正常；⑥同意并簽署參與本研究的知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①數(shù)次梗死、腦出血；②患側(cè)肌張力較高(改良Ashworth 分級(jí)＞2 級(jí))或疼痛(視覺模擬量表＞4 分)；③腦卒中后抑郁(漢密爾頓抑郁量表＜7 分)；④嚴(yán)重注意、視覺及交流障礙或其他干擾研究目的的體征；⑤其他神經(jīng)、精神疾病、癲癇病史。

共納入34 例，其中男性23 例，女性11 例，采用隨機(jī)數(shù)字表法分為對(duì)照組(n=17)和試驗(yàn)組(n=17)。兩組性別、年齡、病程和MMSE評(píng)分均無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本實(shí)驗(yàn)經(jīng)中國康復(fù)研究中心醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No.2019-81-1)，患者知曉實(shí)驗(yàn)的過程及研究意義。

1.2 方法

兩組均進(jìn)行綜合治療，包括關(guān)節(jié)、肌肉訓(xùn)練、神經(jīng)促進(jìn)技術(shù)、日常生活動(dòng)作訓(xùn)練等。

對(duì)照組進(jìn)行單純功能性電刺激(functional electrical stimulation,FES)。選取橈側(cè)腕長、短伸肌和尺側(cè)腕伸肌[9]作為刺激部位，評(píng)價(jià)患側(cè)上肢的肌張力和運(yùn)動(dòng)功能。刺激強(qiáng)度：頻率35 Hz，脈寬200 μs，電流強(qiáng)度8 mA，在0～100 mA 之間可調(diào)節(jié)，刺激持續(xù)5 s，休息10 s，參數(shù)的調(diào)節(jié)以出現(xiàn)目標(biāo)動(dòng)作為標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)組進(jìn)行腦機(jī)接口控制的FES，步驟如下。①系統(tǒng)(腦電和FES)的佩戴和準(zhǔn)備，同時(shí)由康復(fù)師對(duì)訓(xùn)練流程和要點(diǎn)進(jìn)行講解；②進(jìn)行靜息態(tài)腦電采集5 min，其中睜眼3 min，閉眼2 min；③進(jìn)行右側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)想象訓(xùn)練5 min，以第一人稱想象50 次；④進(jìn)行運(yùn)動(dòng)想象-FES 反饋訓(xùn)練20 min (50 次，分2 組，每組25 次，組間休息2 min；每個(gè)練習(xí)包含視聽覺引導(dǎo)2 s，想象5 s，F(xiàn)ES 刺激4 s 和聲音反饋，休息2 s；運(yùn)動(dòng)想象正確給予FES反饋，錯(cuò)誤則無FES反饋)。

每次30 min，每個(gè)工作日1 次，每周5 次，持續(xù)4周。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1 患側(cè)肘關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間通過Telemyo 2400T 表面肌電系統(tǒng)(美國Noraxon 公司)測量。將一次性電極置于肱三頭肌肌腹上，用酒精清潔皮膚。在反應(yīng)時(shí)間評(píng)估中，受試者在刺激視覺信號(hào)發(fā)出前2～3 s 給予口頭提示“準(zhǔn)備”。受試者被要求對(duì)視覺信號(hào)做出反應(yīng)，盡可能快地伸展肘關(guān)節(jié)。通過用鋁板接觸前臂上的電極來打開和關(guān)閉信號(hào)。在主動(dòng)伸肘開始時(shí)，電極與鋁板失去接觸，并記錄信號(hào)。肌電信號(hào)和肘關(guān)節(jié)伸展的開關(guān)信號(hào)在表面肌電系統(tǒng)顯示器上同步顯示，計(jì)算差值即為反應(yīng)時(shí)間。每次測量進(jìn)行3次，取平均值[10]。

1.3.2 肘關(guān)節(jié)位置覺誤差

在肘關(guān)節(jié)位置覺誤差測試中，使用BioVal 4.51 角度測量系統(tǒng)(法國RMInginerie公司)。固定臂和活動(dòng)臂分別為肱骨和橈骨的縱軸，計(jì)算機(jī)記錄肘關(guān)節(jié)的伸展角度。受試者被要求閉上眼睛，檢查者先檢查患者的最大屈曲和伸展角度，在此范圍之內(nèi)，測試者將受試者的肘關(guān)節(jié)伸展成任意角度。然后，受試者的肘關(guān)節(jié)完全屈曲，并要求他們以與最初伸展時(shí)大致相同的角度伸展肘關(guān)節(jié)。記錄肘關(guān)節(jié)伸展角度的誤差。每次測量進(jìn)行3次，取平均值[11]。

1.3.3 Fugl-Meyer 評(píng)定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremity,FMA-UE)

FMA-UE 分為4 個(gè)部分，包括近端肢體、腕、手和整體協(xié)調(diào)能力，共計(jì)33 小項(xiàng)(其中近端肢體18 項(xiàng)，腕5 項(xiàng)，手7 項(xiàng)，協(xié)調(diào)能力3 項(xiàng))，每小項(xiàng)2 分，總分66分。

1.3.4 改良Barthel指數(shù)(modified Barthel Index,MBI)

MBI涉及10個(gè)部分，每個(gè)部分10分，共100分。

1.3.5 事件相關(guān)去同步化(event-related desynchronization,ERD)強(qiáng)度

對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行記錄和分析。①去偽跡。去除腦電信號(hào)中的干擾電信號(hào)，如肌電、眼電和心電等。②濾波。用濾波器去除外界干擾噪聲來更好地觀察ERD強(qiáng)度，腦電信號(hào)濾波后頻率為8～30 Hz。③基線校準(zhǔn)。將C3 導(dǎo)聯(lián)想象任務(wù)前2 s 靜息狀態(tài)下能量均值作為基礎(chǔ)值，運(yùn)動(dòng)想象期間4 s的能量均值減去基礎(chǔ)值[12]，使用Matlab軟件計(jì)算出ERD強(qiáng)度百分比[13]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料服從正態(tài)分布，以()表示，兩組比較采用二元方差分析；不服從正態(tài)分布的計(jì)量資料、等級(jí)資料采用非參數(shù)檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

治療后，兩組患側(cè)肘關(guān)節(jié)的反應(yīng)時(shí)間、肘關(guān)節(jié)位置覺誤差、FMA-UE、MBI評(píng)分和ERD 強(qiáng)度均明顯改善(P＜0.01)，且試驗(yàn)組均優(yōu)于對(duì)照組(P＜0.05)。見表2～表6。

表2 兩組治療前后患側(cè)肘關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間比較(ms)

表3 兩組治療前后患側(cè)肘關(guān)節(jié)位置覺誤差比較(°)

表4 兩組治療前后FMA-UE評(píng)分比較

表5 兩組治療前后MBI評(píng)分比較

表6 兩組治療前后ERD強(qiáng)度比較(%)

3 討論

腦卒中后患側(cè)上肢功能障礙是較常見的癥狀。有研究表明[14]，運(yùn)動(dòng)想象療法與功能訓(xùn)練相結(jié)合，可以增強(qiáng)患者對(duì)有意義活動(dòng)的執(zhí)行能力，促進(jìn)患側(cè)上肢功能的恢復(fù)。Ramos-Murguialday等[14]發(fā)現(xiàn)，慢性重度腦卒中患者(病程＞6 個(gè)月)接受腦機(jī)接口治療6 個(gè)月后手臂功能持續(xù)改善，且優(yōu)于運(yùn)動(dòng)療法治療；提示對(duì)于慢性重度腦卒中患者而言，腦機(jī)接口訓(xùn)練能夠有效地促進(jìn)與功能改善相關(guān)的皮質(zhì)重塑，誘發(fā)運(yùn)動(dòng)功能的持續(xù)恢復(fù)。Page 等[15]發(fā)現(xiàn)，對(duì)慢性腦卒中患者進(jìn)行物理療法結(jié)合運(yùn)動(dòng)想象治療，可以改善腦卒中患者的患側(cè)上肢功能。劉小燮[16]對(duì)4 例慢性腦卒中患者研究發(fā)現(xiàn)，相較單純FES訓(xùn)練，腦機(jī)接口-FES訓(xùn)練能更好地促進(jìn)大腦皮層以及皮層下神經(jīng)元重塑，更好地改善患者上肢功能，且效果保持時(shí)間更長。Cervera 等[17]的Meta分析表明，腦機(jī)接口訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者上肢功能的改善有中等或較大影響。

Alpha 波段的ERD 反映大腦皮層神經(jīng)元興奮性，因此本實(shí)驗(yàn)通過研究ERD強(qiáng)度，來探究腦機(jī)接口控制的FES 對(duì)于腦卒中患者的上肢功能運(yùn)動(dòng)改善的腦部機(jī)制[18]。

電流能引起包括神經(jīng)元在內(nèi)的易興奮細(xì)胞的反應(yīng)。FES 是利用低頻電刺激仍受神經(jīng)支配的癱瘓肌肉，引發(fā)相應(yīng)肌肉收縮，并可產(chǎn)生功能性運(yùn)動(dòng)(站立、行走、抓取)[19]。FES 可以幫助腦卒中患者增加肌肉力量，改善肩關(guān)節(jié)半脫位(脫位)以及降低肌肉張力，從而增強(qiáng)癱瘓側(cè)肢體功能[20]，促進(jìn)患者的生活自理，降低致殘率[21]。

腦機(jī)接口-FES治療形成了自中樞向外周的主動(dòng)訓(xùn)練模式和自外周向中樞的被動(dòng)訓(xùn)練模式。腦機(jī)接口治療是中樞干預(yù)治療，腦機(jī)接口治療可促進(jìn)受損傷腦神經(jīng)代償或恢復(fù)，激活大腦的神經(jīng)可塑性[22-23]。從中樞向外周，患者能夠主動(dòng)參與康復(fù)訓(xùn)練，運(yùn)用大腦較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)意圖來完成運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)，使用腦機(jī)接口技術(shù)刺激相應(yīng)的大腦皮層，促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)重構(gòu)，并通過脊髓和外周神經(jīng)向肢體發(fā)送控制肢體運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。從外周向中樞，包括聽覺和觸覺兩種不同的反饋方式，患者可以根據(jù)反饋對(duì)運(yùn)動(dòng)想象進(jìn)行有效的監(jiān)控、激勵(lì)和糾正。聽覺反饋是在患者完成腦機(jī)接口系統(tǒng)要求的運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)后，系統(tǒng)給予相應(yīng)的聲音反饋，用于激勵(lì)患者或者糾正患者錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)想象過程。觸覺反饋是在患者完成運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)后，使用FES 刺激患者患側(cè)上肢，興奮外周神經(jīng)，加強(qiáng)肢體血液循環(huán)，改善營養(yǎng)供給。聽覺和觸覺反饋共同形成外周反饋，誘導(dǎo)機(jī)體和大腦形成閉合回路，促進(jìn)“中樞-外周-中樞”刺激環(huán)路的形成[24]，增強(qiáng)患者上肢功能康復(fù)。這符合本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，受試者經(jīng)過4 周治療后，試驗(yàn)組無論是中樞神經(jīng)元的興奮性，還是外周肢體功能以及生活能力都有提高，并且優(yōu)于對(duì)照組。

注意力高度集中是腦機(jī)接口治療的顯著特征，不論FES 還是腦機(jī)接口均已被證實(shí)可促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)重塑。將腦機(jī)接口和FES 技術(shù)進(jìn)行整合形成一種新的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，既符合運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的原則，又可誘發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重塑；既可應(yīng)用于具有較好運(yùn)動(dòng)功能的患者，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)嚴(yán)重癱瘓患者的康復(fù)治療，擁有巨大潛力[25]。

本研究僅采用腦電來探究腦機(jī)接口治療腦部機(jī)制，由于腦脊液、顱骨以及腦皮層表面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，對(duì)腦電圖的波形會(huì)有干擾，因此，ERD 并不是顯示腦部神經(jīng)元興奮性的一個(gè)十分完善的評(píng)價(jià)方法[26]，接下來可借助腦功能成像技術(shù)[16]，進(jìn)一步對(duì)腦部機(jī)制探究。此外，還需要更大量的樣本驗(yàn)證結(jié)論。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。