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

腦卒中遺留嚴重功能障礙，提高腦卒中患者患側(cè)肢體運動功能，尤其是改善上肢功能，促進患者生活質(zhì)量的提高，是康復(fù)治療研究和實踐的難點、重點。由于中樞運動神經(jīng)通路受損，患者相應(yīng)的軀干、肢體運動能力下降或消失，嚴重影響日常基本活動。腦機接口(brain-computer interface,BCI)技術(shù)的推廣獲得了康復(fù)醫(yī)學(xué)界的重視，為運動障礙康復(fù)提供了新的思路。

運動想象[1]是在實際運動沒有發(fā)生的情況下，內(nèi)心排演、模擬特定動作，激活相應(yīng)的運動神經(jīng)通路，從而提高癱瘓肢體運動功能。有研究表明[2]，運動想象可改善腦卒中后運動功能障礙、吞咽功能障礙等；但在實際應(yīng)用中，運動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動想象任務(wù)。腦機接口技術(shù)的出現(xiàn)彌補了這一技術(shù)空缺。目前認為，運動想象應(yīng)是有針對性地從功能訓(xùn)練活動中選擇出一些動作，結(jié)合計算機予以實施[2-3]。腦機接口[4]成功地為運動想象過程進行實時監(jiān)控、測量及反饋，近年來在腦卒中肢體運動功能康復(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 個月內(nèi)的腦梗死并伴有上肢運動功能障礙的患者。

納入標準：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認知功能正常，簡易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)評分＞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。

排除標準：①數(shù)次梗死、腦出血；②患側(cè)肌張力較高(改良Ashworth 分級＞2 級)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，采用隨機數(shù)字表法分為對照組(n=17)和試驗組(n=17)。兩組性別、年齡、病程和MMSE評分均無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本實驗經(jīng)中國康復(fù)研究中心醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(No.2019-81-1)，患者知曉實驗的過程及研究意義。

1.2 方法

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

對照組進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，評價患側(cè)上肢的肌張力和運動功能。刺激強度：頻率35 Hz，脈寬200 μs，電流強度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)目標動作為標準。

試驗組進行腦機接口控制的FES，步驟如下。①系統(tǒng)(腦電和FES)的佩戴和準備，同時由康復(fù)師對訓(xùn)練流程和要點進行講解；②進行靜息態(tài)腦電采集5 min，其中睜眼3 min，閉眼2 min；③進行右側(cè)上肢運動想象訓(xùn)練5 min，以第一人稱想象50 次；④進行運動想象-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；運動想象正確給予FES反饋，錯誤則無FES反饋)。

每次30 min，每個工作日1 次，每周5 次，持續(xù)4周。

1.3 評價指標

1.3.1 患側(cè)肘關(guān)節(jié)反應(yīng)時間

反應(yīng)時間通過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)時間評估中，受試者在刺激視覺信號發(fā)出前2～3 s 給予口頭提示“準備”。受試者被要求對視覺信號做出反應(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。在主動伸肘開始時，電極與鋁板失去接觸，并記錄信號。肌電信號和肘關(guān)節(jié)伸展的開關(guān)信號在表面肌電系統(tǒng)顯示器上同步顯示，計算差值即為反應(yīng)時間。每次測量進行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)。固定臂和活動臂分別為肱骨和橈骨的縱軸，計算機記錄肘關(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。每次測量進行3次，取平均值[11]。

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

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

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

MBI涉及10個部分，每個部分10分，共100分。

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

對腦電信號進行記錄和分析。①去偽跡。去除腦電信號中的干擾電信號，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強度，腦電信號濾波后頻率為8～30 Hz。③基線校準。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，運動想象期間4 s的能量均值減去基礎(chǔ)值[12]，使用Matlab軟件計算出ERD強度百分比[13]。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料服從正態(tài)分布，以()表示，兩組比較采用二元方差分析；不服從正態(tài)分布的計量資料、等級資料采用非參數(shù)檢驗。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)時間、肘關(guān)節(jié)位置覺誤差、FMA-UE、MBI評分和ERD 強度均明顯改善(P＜0.01)，且試驗組均優(yōu)于對照組(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評分比較

表5 兩組治療前后MBI評分比較

表6 兩組治療前后ERD強度比較(%)

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]，運動想象療法與功能訓(xùn)練相結(jié)合，可以增強患者對有意義活動的執(zhí)行能力，促進患側(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 個月)接受腦機接口治療6 個月后手臂功能持續(xù)改善，且優(yōu)于運動療法治療；提示對于慢性重度腦卒中患者而言，腦機接口訓(xùn)練能夠有效地促進與功能改善相關(guān)的皮質(zhì)重塑，誘發(fā)運動功能的持續(xù)恢復(fù)。Page 等[15]發(fā)現(xiàn)，對慢性腦卒中患者進行物理療法結(jié)合運動想象治療，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，腦機接口-FES訓(xùn)練能更好地促進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，且效果保持時間更長。Cervera 等[17]的Meta分析表明，腦機接口訓(xùn)練對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，因此本實驗通過研究ERD強度，來探究腦機接口控制的FES 對于腦卒中患者的上肢功能運動改善的腦部機制[18]。

電流能引起包括神經(jīng)元在內(nèi)的易興奮細胞的反應(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)生功能性運動(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，從而增強癱瘓側(cè)肢體功能[20]，促進患者的生活自理，降低致殘率[21]。

腦機接口-FES治療形成了自中樞向外周的主動訓(xùn)練模式和自外周向中樞的被動訓(xùn)練模式。腦機接口治療是中樞干預(yù)治療，腦機接口治療可促進受損傷腦神經(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，患者能夠主動參與康復(fù)訓(xùn)練，運用大腦較強的運動意圖來完成運動想象任務(wù)，使用腦機接口技術(shù)刺激相應(yīng)的大腦皮層，促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)重構(gòu)，并通過脊髓和外周神經(jīng)向肢體發(fā)送控制肢體運動的信號。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)反饋對運動想象進行有效的監(jiān)控、激勵和糾正。聽覺反饋是在患者完成腦機接口系統(tǒng)要求的運動想象任務(wù)后，系統(tǒng)給予相應(yīng)的聲音反饋，用于激勵患者或者糾正患者錯誤的運動想象過程。觸覺反饋是在患者完成運動想象任務(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)機體和大腦形成閉合回路，促進“中樞-外周-中樞”刺激環(huán)路的形成[24]，增強患者上肢功能康復(fù)。這符合本實驗的研究結(jié)果，受試者經(jīng)過4 周治療后，試驗組無論是中樞神經(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)于對照組。

注意力高度集中是腦機接口治療的顯著特征，不論FES 還是腦機接口均已被證實可促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)重塑。將腦機接口和FES 技術(shù)進行整合形成一種新的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，既符合運動學(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)用于具有較好運動功能的患者，又可實現(xiàn)對嚴重癱瘓患者的康復(fù)治療，擁有巨大潛力[25]。

本研究僅采用腦電來探究腦機接口治療腦部機制，由于腦脊液、顱骨以及腦皮層表面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，對腦電圖的波形會有干擾，因此，ERD 并不是顯示腦部神經(jīng)元興奮性的一個十分完善的評價方法[26]，接下來可借助腦功能成像技術(shù)[16]，進一步對腦部機制探究。此外，還需要更大量的樣本驗證結(jié)論。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。