汪麗麗，張 穎，王春方，孫長城，李 萌，劉曉艷

腦卒中是全球第二大致死病因，也是致殘的主要原因之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年新增腦卒中患者約240余萬，現(xiàn)有腦卒中幸存者1 100多萬，其中約80%為缺血性腦卒中患者[2]。大部分腦卒中患者（約80%）存在著不同程度的上肢功能障礙，常表現(xiàn)為上肢及手的肌張力異?；蚣o力、運(yùn)動(dòng)控制受損等，大大降低了患者日常生活的獨(dú)立性，也給患者家庭和社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3，4]?？祻?fù)治療可以有效地降低致殘率，幫助患者恢復(fù)機(jī)體殘存的功能[5]。目前，臨床上常用的物理治療、強(qiáng)制性運(yùn)動(dòng)療法等康復(fù)治療技術(shù)可以幫助患者恢復(fù)肢體功能，但大多治療要求患側(cè)肢體保留一些殘留的運(yùn)動(dòng)功能。然而，約20%～30%腦卒中患者因?yàn)閲?yán)重的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙而不符合強(qiáng)制性運(yùn)動(dòng)療法或其他的康復(fù)策略[1]。對(duì)于這類患者來說，尋找新的、有效的康復(fù)療法是臨床上的首要任務(wù)。

基于腦機(jī)接口（brain-computer interface，BCI）的電刺激訓(xùn)練是一種中樞神經(jīng)干預(yù)新方法，通過設(shè)備收集患者運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)下的大腦信號(hào)，并將其進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)指令，給予癱瘓肢體相應(yīng)的電刺激治療，建立起“中樞-外周-中樞”的閉環(huán)式康復(fù)訓(xùn)練模式，通過促進(jìn)中樞重塑和外周控制，進(jìn)而促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)[6，7]。對(duì)于一些嚴(yán)重的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者來說，這是一項(xiàng)可以主動(dòng)參與的治療方法，但在臨床上應(yīng)用較少且對(duì)患者肢體和大腦產(chǎn)生的康復(fù)效應(yīng)尚在探索。因此，筆者研究旨在探究基于BCI的電刺激訓(xùn)練結(jié)合常規(guī)康復(fù)治療對(duì)腦卒中患者上肢功能障礙的臨床療效，并基于腦電生理觀察治療前后患者腦電信號(hào)的變化，為治療和評(píng)估腦卒中后上肢功能障礙拓展新思路。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2019年11月至2021年2月在天津市人民醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科進(jìn)行康復(fù)治療的缺血性腦卒中上肢功能障礙患者40例，其中男性21例，女性19例；年齡61～78歲，平均年齡68.15歲（標(biāo)準(zhǔn)差5.32歲）；體質(zhì)量指數(shù)20.06～28.94 kg/m2，平均體質(zhì)量指數(shù)23.73 kg/m2（標(biāo)準(zhǔn)差2.53 kg/m2）；病程0.2～3.0個(gè)月，平均病程1.49個(gè)月（標(biāo)準(zhǔn)差0.82個(gè)月）；糖尿病13例；偏癱左側(cè)24例，右側(cè)16例。全部患者均符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南》中缺血性腦卒中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]，并經(jīng)頭顱CT或MRI檢查確診。

選擇標(biāo)準(zhǔn)：①首次發(fā)病，病程≤3.0個(gè)月；②年齡60～80歲，性別不限；③無顯著認(rèn)知障礙，簡易精神狀態(tài)檢查評(píng)分≥21分；④上肢肌力≤2級(jí)，存在有嚴(yán)重的上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙；⑤上肢和手Brunnstrom≤3期；⑥所有患者均簽署治療知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重認(rèn)知功能障礙或精神疾病等原因?qū)е聼o法理解研究者指令，無法配合研究的患者；②有癲癇病史患者；③患有其他影響功能恢復(fù)的肌肉骨骼和神經(jīng)性疾病者；④嚴(yán)重心、肝、腎功能不全者。

選擇患者采用隨機(jī)數(shù)字法分為研究組（n=20）和對(duì)照組（n=20）。研究組男性9例，女性11例；年齡61～78歲，平均年齡69.05歲（標(biāo)準(zhǔn)差5.79歲）；體質(zhì)量指數(shù)20.06～28.94 kg/m2，平均體質(zhì)量指數(shù)23.84 kg/m2（標(biāo)準(zhǔn)差2.76 kg/m2）；病程0.2～3.0個(gè)月，平均病程1.40個(gè)月（標(biāo)準(zhǔn)差0.86個(gè)月）；糖尿病6例；偏癱左側(cè)13例，右側(cè)7例。對(duì)照組男性12例，女性8例；年齡61～78歲，平均年齡67.25歲（標(biāo)準(zhǔn)差4.78歲）；體質(zhì)量指數(shù)20.53～28.41 kg/m2，平均體質(zhì)量指數(shù)23.61 kg/m2（標(biāo)準(zhǔn)差2.30 kg/m2）；病程0.5～3.0個(gè)月，平均病程1.57個(gè)月（標(biāo)準(zhǔn)差0.77個(gè)月）；糖尿病7例；偏癱左側(cè)11例，右側(cè)9例。

兩組患者性別、糖尿病、偏癱側(cè)、年齡、病程、體質(zhì)量指數(shù)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.902、0.114、0.417，F(xiàn)=1.099、1.042、0.609，P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 治療方法

對(duì)照組：接受常規(guī)康復(fù)治療。①運(yùn)動(dòng)療法：翻身坐起訓(xùn)練、步行功能訓(xùn)練、各關(guān)節(jié)功能訓(xùn)練等，每次訓(xùn)練40 min。②作業(yè)療法：手功能訓(xùn)練、認(rèn)知功能訓(xùn)練和日常生活活動(dòng)訓(xùn)練（如吃飯、行走、穿衣、上下樓梯等），以提高患者獨(dú)立生活能力，每次訓(xùn)練30 min。1次/天，5天/周，持續(xù)4周。

研究組：在常規(guī)康復(fù)治療的基礎(chǔ)上加上基于BCI的電刺激訓(xùn)練。采用LSR-AII型BCI康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)（山東海天智能工程有限公司，中國）。基于BCI的電刺激訓(xùn)練包括離線訓(xùn)練（分類模型建立階段）和在線訓(xùn)練階段。治療前，對(duì)患者進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，離線采集患者運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)下的腦電數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理、特征提取及特征識(shí)別，之后得到患者運(yùn)動(dòng)想象的離線分類模型。治療時(shí)（在線訓(xùn)練），患者取坐位，戴上腦電帽，將電極片貼到患者腕背伸肌群。患者根據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕的虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）動(dòng)畫及語音提示下進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)（主要是進(jìn)行患側(cè)腕關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)想象訓(xùn)練）。采集并分析在線訓(xùn)練階段中患者運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)下的腦電數(shù)據(jù)，并將其分析得到的特征送到離線分類器中得到識(shí)別結(jié)果，根據(jù)運(yùn)動(dòng)想象正確程度決定是否轉(zhuǎn)化為控制指令驅(qū)動(dòng)功能性電刺激，若運(yùn)動(dòng)想象正確程度達(dá)到預(yù)先設(shè)置的觸發(fā)數(shù)值后，便會(huì)給予電刺激反饋于腕背伸肌群，幫助癱瘓肢體完成腕背伸動(dòng)作，共治療20 min。1次/天，5天/周，持續(xù)4周。

1.2.2 腦電信息采集與處理

采用Neuroscan64導(dǎo)聯(lián)腦電放大器（Neuroscan公司，美國），1 000 Hz采樣率，電極按照國際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)10～20電極系統(tǒng)位置安放62導(dǎo)聯(lián)，阻抗降至10 kΩ以下。在患者全身放松、清醒、安靜、閉眼狀態(tài)下采集腦電信號(hào)，記錄20 min。首先采用帶通濾波和獨(dú)立成分分析（independent component analysis，ICA）處理去除眼電、心電等干擾信號(hào)，之后利用快速傅里葉變換（fast Fourier transform，F(xiàn)FT）方法提取腦電信號(hào)的α波（8～13 Hz）絕對(duì)功率值，觀察治療前后大腦各導(dǎo)聯(lián)α波絕對(duì)功率值的變化。

1.2.3 判定標(biāo)準(zhǔn)及觀察指標(biāo)

治療前及治療4周后，對(duì)兩組患者進(jìn)行以下評(píng)估。①Fugl-Meyer評(píng)定量表上肢部分（Fugl-Meyer assessment-upper extremity，F(xiàn)MA-UE）評(píng)分：各單項(xiàng)無動(dòng)作為0分，部分完成為1分，完成為2分。共33項(xiàng)，滿分66分。②Wolf運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)量表（Wolf motor function test，WMFT）評(píng)分：共包含15項(xiàng)任務(wù)，每一項(xiàng)按照0（不能完成）～5（正常完成）分6個(gè)等級(jí)，滿分75分。分值越高，上肢功能越好。③上肢動(dòng)作研究量表（action research arm test，ARAT）評(píng)分：共包括抓、握、捏和粗大動(dòng)作4部分評(píng)定內(nèi)容，總分57分。分值越高，上肢功能越好。④改良Barthel指數(shù)（modified Barthel index，MBI）評(píng)分：共10項(xiàng)，包括進(jìn)食、洗澡、穿衣、如廁、大小便、轉(zhuǎn)移等內(nèi)容，總分100分。得分越高，日常生活活動(dòng)能力越好。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 23.0版統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組內(nèi)均數(shù)比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，組間均數(shù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)，以例（%）表示。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組治療前后FMA-UE評(píng)分和WMFT評(píng)分比較

治療后，兩組FMA-UE評(píng)分和WMFT評(píng)分均較治療前顯著提高（P＜0.01），且研究組高于對(duì)照組（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組治療前后FMA-UE和WMFT評(píng)分比較Tab.1 Comparison of FMA-UE and WMFT scores before and after treatment between 2 groups

2.2 兩組治療前后ARAT評(píng)分和MBI評(píng)分比較

治療后，兩組ARAT評(píng)分和MBI評(píng)分均顯著提高（P＜0.01）；研究組ARAT評(píng)分明顯高于對(duì)照組（P＜0.01），而MBI評(píng)分兩組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表2。

表2 兩組治療前后ARAT評(píng)分和MBI評(píng)分比較Tab.2 Comparison of ARAT and MBI scores before and after treatment between 2 groups

2.3 兩組治療前后腦電α波絕對(duì)功率值比較

治療后，組間比較，研究組FP1、FP2、AF4、C1、C3、CZ、C4、P3、CP1、CP2、CP3導(dǎo)聯(lián)α波絕對(duì)功率值較對(duì)照組均顯著提高（P＜0.05）。組內(nèi)比較，研究組FP1、FP2、AF4、C1、C3、CZ、C4、P3、CP1、CP2、CP3導(dǎo) 聯(lián)α波絕對(duì)功率值較治療前均顯著提高（P＜0.01），而對(duì)照組各導(dǎo)聯(lián)α波絕對(duì)功率值未見明顯變化（P＞0.05）。見表3。

表3 兩組治療前后腦電α波絕對(duì)功率值比較 μV2Tab.3 Comparison of absolute power values of EEG alpha waves before and after treatment between 2 groupsμV2

3 討論

腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙很常見，運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)對(duì)患者來說至關(guān)重要。除了自發(fā)恢復(fù)外，癱瘓肢體的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)在很大程度上依賴于結(jié)構(gòu)和功能水平上的神經(jīng)可塑性。研究證明，腦卒中后康復(fù)訓(xùn)練可以加強(qiáng)現(xiàn)有神經(jīng)通路中神經(jīng)元之間的連接，促進(jìn)結(jié)構(gòu)和功能的可塑性[9,10]。因此，臨床上常采用各種康復(fù)手段促進(jìn)患者受損神經(jīng)功能改善，其中功能性電刺激治療作為腦卒中患者常用的一種康復(fù)治療方法，通過被動(dòng)刺激癱瘓肢體，促進(jìn)周圍神經(jīng)肌肉的收縮與張力提高，從而促進(jìn)癱瘓肢體功能的恢復(fù)。但是針對(duì)肢體的被動(dòng)刺激，使患者無法主動(dòng)參與其中，會(huì)影響患者治療的積極性，而且不能對(duì)患者大腦中樞進(jìn)行直接的干預(yù)治療。而基于BCI的電刺激訓(xùn)練是一個(gè)“中樞-外周-中樞”的閉合訓(xùn)練模式，在治療中需要患者完成主動(dòng)的運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)，并且可以根據(jù)患者運(yùn)動(dòng)想象的正確程度給予相應(yīng)的電刺激反饋，使患肢產(chǎn)生實(shí)際的運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化感覺-運(yùn)動(dòng)回路，促進(jìn)中樞重塑和外周控制，進(jìn)而促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。同時(shí)，訓(xùn)練過程中反復(fù)的成功獎(jiǎng)勵(lì)會(huì)激發(fā)患者的動(dòng)機(jī)，調(diào)動(dòng)患者治療的積極性，從而增強(qiáng)康復(fù)治療的效果。因此，相對(duì)于普通電刺激，基于BCI的電刺激訓(xùn)練既可提高患者的參與程度，又可對(duì)患者進(jìn)行從中樞神經(jīng)到外周肌肉的閉環(huán)康復(fù)，具有較強(qiáng)的康復(fù)優(yōu)勢。

筆者研究結(jié)果顯示，治療4周后，兩組患者FMA-UE評(píng)分、WMFT評(píng)分、ARAT評(píng)分及MBI評(píng)分均顯著提高，且研究組評(píng)分改變較對(duì)照組更加顯著，提示基于BCI的電刺激訓(xùn)練可以促進(jìn)腦卒中患者上肢功能的恢復(fù)。可能的原因如下。①基于BCI的電刺激訓(xùn)練結(jié)合了運(yùn)動(dòng)想象和電刺激，形成“中樞-外周-中樞”的一個(gè)閉合訓(xùn)練模式。訓(xùn)練時(shí)患者在虛擬環(huán)境中，通過語音、動(dòng)作進(jìn)行功能性交互訓(xùn)練，增加了康復(fù)訓(xùn)練的樂趣，提高了患者主動(dòng)參與訓(xùn)練的意識(shí)，有利于提升康復(fù)治療的效果。②訓(xùn)練中需要患者完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)，激活了相關(guān)的運(yùn)動(dòng)皮層，促進(jìn)了大腦的功能重塑。③功能性電刺激對(duì)患側(cè)癱瘓肢體進(jìn)行刺激后，促進(jìn)了周圍神經(jīng)肌肉的收縮，提高了肌肉的張力，促進(jìn)了血液循環(huán)，有助于運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。國外學(xué)者Tabernig CB等[11]對(duì)8例重度、慢性腦卒中患者進(jìn)行了5周的腦機(jī)接口-功能電刺激（brain computer interface-functional electrical stimulation，BCI-FES）訓(xùn)練，每周4次，每次60 min。結(jié)果顯示，8例患者的FMA-UE評(píng)分較治療前均明顯提高，改良Ashworth痙孿量表評(píng)分、視覺模擬量表評(píng)分顯著下降，且肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)主動(dòng)屈曲活動(dòng)度明顯增加，提示BCI-FES治療對(duì)腦卒中患者的神經(jīng)康復(fù)有一定的促進(jìn)作用，與筆者研究結(jié)果有較好的一致性。除了可以改善腦卒中患者的肢體功能障礙外，Chung EJ等[12]發(fā)現(xiàn)BCI-FES訓(xùn)練可以促進(jìn)腦卒中患者大腦的腦區(qū)激活，提高患者的注意力。吳瓊等[13]對(duì)14例伴有中重度上肢功能障礙的亞急性期腦卒中患者進(jìn)行了BCI綜合康復(fù)訓(xùn)練，治療4周后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MA-UE評(píng)分、ARAT評(píng)分、WMFT評(píng)分較治療前明顯提高，顳、額、枕、頂葉多個(gè)腦區(qū)間功能連接增強(qiáng)。以上研究結(jié)果提示BCI治療可以有效地改善卒中后上肢功能障礙，對(duì)大腦功能有一定的調(diào)節(jié)作用。

除了使用量表對(duì)腦卒中患者肢體功能的評(píng)估外，腦電圖（electroencephalogram，EEG）因?yàn)槠鋵?duì)腦組織缺血的檢測的敏感性、無創(chuàng)性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，在臨床上常作為腦卒中患者診斷和評(píng)估的手段[14]。腦卒中患者通常會(huì)出現(xiàn)異常的θ、δ波大幅增加和α波活性降低，而且EEG異常程度越大，患者預(yù)后越差[15，16]。李新宇等[17]對(duì)16例腦梗死急性期患者的腦電信號(hào)進(jìn)行功率譜分析，發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)單側(cè)α波頻段功率值降低，θ波和δ波頻段功率值增高。王曉梅等[18]發(fā)現(xiàn)美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表 （National Institute of Health Stroke Scale，NIHSS）評(píng)分和δ/α功率比值（delta/alpha power ratio，DAR）呈正相關(guān)，DAR越大，相應(yīng)患者的神經(jīng)功能預(yù)后越差。Dubovik S等[19]觀察到缺血性腦卒中患者受損傷的大腦區(qū)域和大腦其他部分之間的α波段振蕩的同步性下降，而且這種下降與患者的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能具有相關(guān)性。以上研究提示，腦卒中患者的預(yù)后與α波有一定的關(guān)聯(lián)，α波絕對(duì)功率值的增加對(duì)于腦卒中患者大腦功能狀態(tài)的改善有益。筆者研究對(duì)患者靜息狀態(tài)下的腦電信號(hào)進(jìn)行功率譜分析發(fā)現(xiàn)，治療4周后，研究組額葉前運(yùn)動(dòng)區(qū)、初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、后頂葉區(qū)α波絕對(duì)功率值較治療前明顯提高，對(duì)照組各導(dǎo)聯(lián)α波絕對(duì)功率值未見明顯變化，提示基于BCI的電刺激訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)相關(guān)功能腦區(qū)有激活作用，可以改善大腦的功能狀態(tài)。王美豪等[20]研究發(fā)現(xiàn)，大腦初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)主要與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行相關(guān)，而前運(yùn)動(dòng)皮層、后頂葉皮層主要與運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備有關(guān)。筆者研究α波絕對(duì)功率值升高所涉及腦區(qū)與此研究結(jié)果相一致，提示基于BCI的電刺激訓(xùn)練可能是通過調(diào)節(jié)大腦α波絕對(duì)功率值從而進(jìn)一步改善患者的上肢功能障礙，α波絕對(duì)功率值與肢體運(yùn)動(dòng)功能有一定的相關(guān)性，有望成為腦卒中患者上肢功能的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，值得進(jìn)一步研究。

綜上所述，基于BCI的電刺激訓(xùn)練聯(lián)合常規(guī)康復(fù)可有效改善缺血性腦卒中后上肢功能障礙，提高患者日常生活活動(dòng)能力，大腦電信號(hào)有相應(yīng)改變，值得在臨床中推廣應(yīng)用。未來將增加研究時(shí)間和研究對(duì)象，并對(duì)出院后的患者進(jìn)行回訪，以便進(jìn)一步了解其長期治療效果。