摘要 目的：采用近紅外光譜成像技術(shù)（fNIRS）動態(tài)追蹤腦卒中后偏癱病人步行時腦激活及腦網(wǎng)絡(luò)的變化過程，探討腦卒中后運(yùn)動-認(rèn)知相關(guān)腦區(qū)的腦功能機(jī)制。方法：采用橫斷面研究方式，納入2020年10月—2020 年 12月在廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院康復(fù)科住院的腦卒中病人10例為腦卒中組，招募10名健康老年人為對照組。對兩組受試者進(jìn)行步行同步fNIRS評估，比較兩組受試者雙側(cè)前額葉皮質(zhì)（PFC）和頂葉運(yùn)動皮質(zhì)（MC）含氧血紅蛋白（HbO）濃度、腦功能連接（FC）情況。結(jié)果：腦卒中組患側(cè)PFC的HbO濃度明顯高于對照組非優(yōu)勢側(cè)/右側(cè)PFC（P＜0.05）；而腦卒中組健側(cè)PFC的HbO濃度也明顯高于對照組優(yōu)勢側(cè)/左側(cè)PFC（P＜0.05）。腦卒中組患側(cè)MC的HbO濃度明顯高于對照組非優(yōu)勢側(cè)/右側(cè)MC（P＜0.05）；而腦卒中組健側(cè)MC的HbO濃度高于對照組優(yōu)勢側(cè)/左側(cè)MC（P＜0.05）。與對照組相比，腦卒中組雙側(cè)MC、健側(cè)MC-健側(cè)PFC、健側(cè)MC-患側(cè)PFC、患側(cè)MC-健側(cè)PFC和患側(cè)MC-患側(cè)PFC的腦功能連接明顯增強(qiáng)（P＜0.01）。結(jié)論：與健康老年人相比，腦卒中病人步行時的雙側(cè)前額葉皮質(zhì)及患側(cè)運(yùn)動皮質(zhì)的激活均增多，且前額葉與運(yùn)動皮質(zhì)間的功能連接也明顯增強(qiáng)，提示前額葉的認(rèn)知腦區(qū)在腦卒中后偏癱病人的步行中起到了重要的代償作用，可用于指導(dǎo)腦卒中病人步態(tài)康復(fù)策略的制定。

關(guān)鍵詞 腦卒中；偏癱步態(tài)；近紅外光譜功能成像；腦網(wǎng)絡(luò)；功能連接；含氧血紅蛋白

doi：10.12102/j.issn.1672-1349.2023.05.007

Abstract Objective：To explore the l mechanism of motion-cognition related brain regions after stroke" by functional near-infrared spectroscopy（FNIRS）.Methods： Ten stroke patients from Fifth Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University as stroke group and ten healthy elders as control group were recruited，respectively.The oxygenated hemoglobin（HbO） and functional connection（FC） under fNIRS during walking were compared between the two groups in the bilateral prefrontal cortex（PFC） and parietal motor cortex（MC）.Results：The HbO concentration of PFC on the affected side of the stroke group was significantly higher than that of the undominant/right PFC of the control group（P＜0.05）.The HbO concentration of PFC on the unaffected side of stroke group was significantly higher than that of the dominant/left PFC of control group（P＜0.05）.The HbO concentration of MC on the affected side of stroke group was significantly higher than that of the undominant/right MC of the control group（P＜0.05）.The HbO concentration of MC on the unaffected side of stroke group was significantly higher than that of the dominant/left MC of the control group（P＜0.05）.Compared with control group，the FC of bilateral MC，unaffected MC-unaffected PFC，unaffected MC-affected PFC，affected MC-unaffected PFC，and affected MC-affected PFC were all significantly increased in stroke group（P＜0.01）.Conclusion：The activation of bilateral PFC and affected MC increased，and FC between PFC and MC increased in stroke patient compared with healthy elder subjects，which indicated the important compensation role of PFC in stroke patients with hemiplegia during walking，and could help guiding gait rehabilitation strategy after stroke.

Keywords stroke; hemiplegic gait; functional near-infrared spectroscopy; brain network; functional connectivity; oxygenated hemoglobin

腦卒中是引起機(jī)體功能障礙和病人死亡的一個主要原因。根據(jù)2017年疾病負(fù)擔(dān)研究（GBD）統(tǒng)計，我國腦卒中患病人數(shù)約3 381萬人，約占全國人口的2.49%［1］。其中，仍有30%～40%的腦卒中幸存者在康復(fù)后行走能力受限或喪失［2］，而步行能力是大多數(shù)日?；顒拥南葲Q條件［3］。腦卒中后偏癱步態(tài)主要表現(xiàn)為中樞性運(yùn)動控制受損，包括肌無力、痙攣、選擇性控制受損和原始運(yùn)動模式的出現(xiàn)。偏癱步態(tài)相關(guān)研究一直是目前神經(jīng)康復(fù)研究的熱點(diǎn)［4］，其腦功能機(jī)制尚不清楚，仍需要深入研究?，F(xiàn)階段針對腦卒中后步行、運(yùn)動功能恢復(fù)的腦功能研究大部分使用功能性磁共振或腦電圖進(jìn)行［5-9］，但由于上述設(shè)備無法于步行狀態(tài)下進(jìn)行腦功能評估，未能直接、有效評價運(yùn)動狀態(tài)下的腦功能情況。本研究采用步行同步功能性近紅外光譜技術(shù)（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）作為主要評估手段，直接評估步行過程中腦卒中病人的腦功能動態(tài)變化。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為步行過程中涉及肢體運(yùn)動及平衡功能的控制，而近年來的研究提出步行過程中涉及部分認(rèn)知功能，如注意力和執(zhí)行力［10-11］。對于步態(tài)的腦功能研究不僅僅在于運(yùn)動區(qū)頂葉運(yùn)動皮質(zhì)（MC），而認(rèn)知區(qū)前額葉皮質(zhì)（PFC）亦應(yīng)考慮在內(nèi)。因此，本研究采用步行同步fNIRS動態(tài)評估雙側(cè)PFC和MC區(qū)的腦功能情況，從運(yùn)動-認(rèn)知角度深入探討腦卒中后偏癱步態(tài)步行過程中的動態(tài)腦功能特征。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年10月—2020 年 12月在廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五臨床醫(yī)院康復(fù)科住院的腦卒中病人10例為腦卒中組，男9例，女1例；年齡（59.20±11.63）歲；病程（17.90±15.43）月；左側(cè)偏癱6例，右側(cè)偏癱4例；腦梗死8例，腦出血2例；功能性步行能力評分（Functional Ambulation Category Scale，F(xiàn)AC）為（3.80±0.92）分。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合全國第四次腦血管疾病學(xué)術(shù)會議制定的腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)；②CT或磁共振成像（MRI）證實(shí)為腦卒中；③年齡40～75歲；④簡易精神狀態(tài)量表（Mini-Mental State Examination，MMSE）評分≥10分，可配合檢查者；⑤FAC評分≥3分；⑥自愿簽署知情同意書。 排除標(biāo)準(zhǔn)：①非首次腦卒中；②額葉損傷；③腦卒中前存在影響平衡能力疾病，如嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎、下肢骨折病史、下肢疼痛等；④有嚴(yán)重并發(fā)癥，如心肌梗死、肺部感染、肝腎功能不全等；⑤存在嚴(yán)重視覺或聽覺障礙；⑥試驗(yàn)過程中由于各種原因?qū)е虏∪藷o法完成試驗(yàn)。同時招募10名健康老年人作為對照組，男0名，女10名；年齡（56.20±6.76）歲。兩組受試者年齡比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

1.2 研究方法 本研究采用橫斷面研究方式，對所納入的腦卒中組和對照組均進(jìn)行步行同步fNIRS評估。評估方法：受試者需穿戴fNIRS設(shè)備（Nirsmart，丹陽慧創(chuàng)醫(yī)療設(shè)備有限公司）進(jìn)行步行，實(shí)時采集和記錄步行過程中腦皮質(zhì)血氧數(shù)據(jù)。fNIRS采用740～850 nm不同波長的光源發(fā)射，通過探測器采集光密度信號，光源及探測器定位于左側(cè)前額葉皮質(zhì)區(qū)（left prefrontal cortex，LPFC）、右側(cè)前額葉皮質(zhì)區(qū)（right prefrontal cortex，RPFC）、左側(cè)頂葉運(yùn)動皮質(zhì)區(qū)（left motor cortex，LMC）和右側(cè)頂葉運(yùn)動皮質(zhì)區(qū)（right motor cortex，RMC），形成24個通道（channel，CH），以10～100 Hz的時間分辨率記錄受試者前額葉、頂葉的氧合血紅蛋白（oxygenated hemoglobin，HbO）濃度（見圖1A）。通過NirSpark系統(tǒng)計算4個皮質(zhì)區(qū)之間的功能連接（functional connectivity，F(xiàn)C），用于評價腦區(qū)之間功能聯(lián)系。試驗(yàn)過程中受試者首先以靜息狀態(tài)站立10 s作為基線；在聽到提示音“開始步行”后，以舒適速度進(jìn)行步行，持續(xù)30 s，然后在聽到提示音“停止步行”后靜息站立，持續(xù)30 s，以此60 s作為一個區(qū)組（Block），連續(xù)進(jìn)行3個區(qū)組，區(qū)組之間無時間間隔，完成后即試驗(yàn)結(jié)束，共耗時190 s（見圖1B）。

1.3 數(shù)據(jù)偏側(cè)化處理 腦卒中組左側(cè)偏癱6例，右側(cè)偏癱4例。數(shù)據(jù)分析以試驗(yàn)開始前靜息站立的10 s作為基線，每個區(qū)組之間選擇5～30 s作為步行有效數(shù)據(jù)，選擇35～60為站立有效數(shù)據(jù)，取3個區(qū)組數(shù)據(jù)的平均值。數(shù)據(jù)在初步處理階段，將4例右側(cè)偏癱病人的通道激活數(shù)據(jù)和功能連接數(shù)據(jù)一一對應(yīng)、左右對調(diào)，以達(dá)到偏側(cè)化處理，歸類為健側(cè)和患側(cè)，分別與對照組的左側(cè)和右側(cè)對應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。通過Kolmogorov-Smirnov法進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的定量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布則采用中位數(shù)（M）和四分位數(shù)（P25，P75）表示，采用非參數(shù)檢驗(yàn)。定性資料采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組受試者雙側(cè)PFC和MC的HbO濃度比較 腦卒中組患側(cè)PFC的CH 1和CH 4的HbO濃度明顯高于對照組非優(yōu)勢側(cè)/右側(cè)PFC（P＜0.05）；而腦卒中組健側(cè)PFC的CH 5和CH 6的HbO濃度也明顯高于對照組優(yōu)勢側(cè)/左側(cè)PFC（P＜0.05）。腦卒中組患側(cè)MC的CH 12、CH 13、CH 15和CH 16的HbO濃度明顯高于對照組右側(cè)MC，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；而腦卒中組健側(cè)MC中只有CH 24的HbO濃度高于對照組左側(cè)MC，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。詳見表1及圖2。

2.2 兩組受試者雙側(cè)PFC和MC不同腦區(qū)功能連接比較 與對照組相比，腦卒中組雙側(cè)MC、健側(cè)MC-健側(cè)PFC、健側(cè)MC-患側(cè)PFC、患側(cè)MC-健側(cè)PFC和患側(cè)MC-患側(cè)PFC的功能連接明顯增強(qiáng)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），但雙側(cè)PFC兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。詳見表2。

3 討 論

腦卒中后偏癱步態(tài)是腦卒中常見的后遺癥之一，嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量［12］。偏癱步態(tài)的動態(tài)腦功能機(jī)制研究，對于研究腦卒中后腦功能恢復(fù)機(jī)制和指導(dǎo)臨床治療至關(guān)重要。目前關(guān)于腦卒中后受損腦功能的重塑模式主要有兩種觀點(diǎn)：①病灶周邊區(qū)域代償并重塑受損功能；②健側(cè)半球相應(yīng)區(qū)域代償并重建受損功能［13］。本研究以此為理論基礎(chǔ)，對腦卒中后偏癱步態(tài)病人步行時動態(tài)腦功能深入研究。

3.1 腦卒中后偏癱步態(tài)病人步行中的腦激活變化 頂葉為主要運(yùn)動腦區(qū)所在關(guān)鍵腦葉。既往研究表明，在步行過程中，頂葉激活為主，前額葉參與部分運(yùn)動［10］。部分研究表明，雙側(cè)PFC和MC區(qū)在腦卒中病人步行時均存在代償作用［14-15］，并不局限于病灶區(qū)域或運(yùn)動區(qū)。本研究結(jié)果提示，腦卒中病人在步行中，腦激活主要存在于雙側(cè)PFC和患側(cè)MC，與相關(guān)研究結(jié)果［16-18］一致。Mihara等［19］對12例腦卒中后共濟(jì)失調(diào)病人進(jìn)行fNIRS同步減重步行訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中病人的內(nèi)側(cè)和外側(cè)前額葉在步行中激活明顯，考慮前額葉的持續(xù)性激活可能與腦卒中后步態(tài)代償機(jī)制相關(guān)。但此研究并未同時納入MC運(yùn)動區(qū)進(jìn)行評估，無法確定MC運(yùn)動區(qū)在步態(tài)代償中的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中病人在步行過程中雙側(cè)PFC激活大于MC區(qū)，提示偏癱病人步行時需要額外認(rèn)知功能參與，導(dǎo)致前額葉代償性激活?，F(xiàn)有觀點(diǎn)將中樞神經(jīng)系統(tǒng)對步態(tài)控制視為一種在自動控制和執(zhí)行運(yùn)動控制之間的平衡，執(zhí)行運(yùn)動控制是指使用注意力資源和運(yùn)動計劃以控制步行［20］。有研究表明，腦卒中病人步行中PFC的激活主要作用為平衡控制、運(yùn)動計劃或額外的注意力及執(zhí)行能力［21-22］。本研究結(jié)果顯示，與健康老年人相比，腦卒中病人步行過程中需要額外多的認(rèn)知功能參與，用以動態(tài)平衡調(diào)控、運(yùn)動計劃、運(yùn)動執(zhí)行等方面，可能PFC的激活作用更接近于作為受損運(yùn)動功能的代償、補(bǔ)充。

3.2 腦卒中后偏癱步態(tài)病人步行中的腦網(wǎng)絡(luò)變化 運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能變化常伴隨著步態(tài)和平衡障礙［23-24］。本研究擬通過功能連接探討腦卒中病人的運(yùn)動和認(rèn)知腦區(qū)之間腦功能網(wǎng)絡(luò)，因此，本研究中fNIRS評估的感興趣腦區(qū)為雙側(cè)PFC和MC。研究結(jié)果顯示，與健康老年人相比，腦卒中病人在步行過程中除雙側(cè)PFC之間無功能交互之外，雙側(cè)PFC與雙側(cè)MC、雙側(cè)MC之間均有交互，提示在偏癱步態(tài)進(jìn)行時前額葉認(rèn)知區(qū)與頂葉運(yùn)動區(qū)之間功能連接緊密，說明前額葉認(rèn)知區(qū)在偏癱步態(tài)的代償中扮演重要角色。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，Gramigna等［22］通過對fNIRS和步行相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)PFC和MC為主要步行障礙的代償腦區(qū)，且認(rèn)為PFC和MC的HbO水平對反映姿勢控制和步態(tài)恢復(fù)的補(bǔ)償側(cè)更敏感。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，腦卒中病人健側(cè)與患側(cè)腦區(qū)之間的功能連接均值相當(dāng)，并未出現(xiàn)健側(cè)腦區(qū)功能連接明顯高于患側(cè)腦區(qū)，說明本研究納入的腦卒中病人無明顯腦區(qū)代償偏側(cè)化，可能與本研究納入受試者病程均處于腦梗死恢復(fù)期相關(guān)。

本研究通過步行同步fNIRS動態(tài)評估腦卒中后偏癱步態(tài)病人的腦功能變化，發(fā)現(xiàn)在步行過程中雙側(cè)PFC與MC均有明顯激活，PFC激活大于MC；且雙側(cè)PFC與雙側(cè)MC、雙側(cè)MC之間的功能連接值均明顯高于健康老年人，表明上述區(qū)域之間的腦網(wǎng)絡(luò)連接增強(qiáng)。本研究采用動態(tài)腦功能評估方法能有效、客觀地觀察運(yùn)動狀態(tài)下的腦功能變化，有助于深入研究腦卒中病人病理步態(tài)的機(jī)制。

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（收稿日期：2022-03-19）

（本文編輯郭懷?。?/p>