范偉超，曾慶，張卓棟，李士林，張琳婧，何龍龍，陳蓉，黃國志,c

卒中后認知功能障礙(post-stroke cognitive impairment, PSCI)是指患者卒中后發(fā)生的認知功能下降，可表現(xiàn)出失語、失用、記憶、執(zhí)行功能及視空間障礙等癥狀[1]，包括從卒中后認知障礙非癡呆至卒中后癡呆不同程度的認知障礙[2]。約40%的卒中患者會出現(xiàn)認知功能障礙[3]，PSCI會給患者及其家庭帶來沉重負擔，嚴重影響患者的生活質量[4]，因此，近年來PSCI的預防和治療逐漸成為神經康復領域的研究重點之一[5]。

虛擬現(xiàn)實(virtual reality, VR)是指由計算機生成的、由人工模擬的現(xiàn)實日常生活環(huán)境，具有沉浸性、構想性和交互性等特點[6]?；赩R技術的游戲任務可以增加患者訓練的樂趣，提高參與度[7]。20世紀末期VR技術逐漸應用于醫(yī)療領域，近年來也被應用于神經康復領域，并在治療卒中后患者認知功能障礙和運動功能障礙方面取得了一定成效[8]。雖然國內外已有VR技術對PSCI康復療效的系統(tǒng)評價，但尚無文章對其可能的作用機制和應用方法進行綜述，因此，本文在闡述VR技術對PSCI康復療效的同時，也綜述了其可能的作用機制和應用方法，為該技術在PSCI康復中的研究和推廣應用提供參考。

1 VR技術在PSCI康復中可能的作用機制

認知功能依賴于相關腦神經網絡，腦神經網絡結構的病理變化與各種認知功能障礙有關，而認知功能障礙康復的基礎是中樞神經系統(tǒng)的可塑性[9]。認知功能康復包含了廣泛的治療性認知干預，主要是通過強化或重建患者先前學習的行為模式，及建立新的認知活動模式來補償受損的神經系統(tǒng)，進而達到改善認知功能的目的[10]。VR技術作為一種較新的實用技術，其對認知康復的作用方式主要包括多種感官刺激(如視覺、聽覺刺激等)、反饋式游戲任務訓練(如實時的信息反饋、任務獎勵等)和運動-認知任務訓練(如特定任務的運動模仿、有氧運動等)等，其在PSCI康復中可能的作用機制如下：

1.1 多種感官刺激對認知功能恢復的作用機制 VR技術作為認知康復治療的新方法，通過視覺、聽覺等方式對認知相關的大腦區(qū)域進行多感官刺激，可能有助于大腦網絡之間的連接和功能恢復。在視覺刺激方面，Lin等[11]利用磁共振成像表明基于視覺加工速度訓練可以明顯引起大腦前扣帶皮質和后扣帶皮質反應，進一步改變中央執(zhí)行網絡和默認模式網絡的靜息態(tài)功能連接，認為基于視覺刺激相關訓練可以改善輕度認知功能障礙患者的記憶力、日常生活活動能力、語言流暢性和認知控制。在聽覺刺激方面，聽覺刺激及反饋能夠激活廣泛的注意力和記憶相關大腦區(qū)域[12]，在音樂刺激下大腦一直在追蹤、感知和分類諸如節(jié)奏、音色及節(jié)拍等不斷變化的特征，進而可以激活前額葉皮質等區(qū)域[13]。Castiglione等[14]發(fā)現(xiàn)有效聽覺刺激對患者的短期記憶有積極的影響，提示聽覺刺激對認知功能障礙患者的恢復有積極作用。也有研究表明，VR技術因提供豐富刺激的感官體驗讓患者有身臨其境的感覺，可增強其多巴胺與膽堿能神經遞質的傳導功能，使患者注意力好轉，同時，也可以增加患者腦部血流，促進腦部損傷的血管新生從而有益于大腦神經系統(tǒng)[15-18]。此外，P300是事件相關電位，其電位變化是機體認知過程神經電活動的反映，P300波幅越高則表明大腦對外部信息的加工效率越強[19]。研究表明，與傳統(tǒng)認知康復訓練相比， VR技術干預后卒中患者P300波幅升高，提示患者認知功能改善[20-21]，因此，VR技術可能通過刺激腦部神經電活動，達到促進大腦功能恢復進而改善認知的作用。

1.2 反饋式游戲任務訓練對認知功能恢復的作用機制 VR技術應用于康復的特點之一就是充分利用反饋式游戲任務訓練對患者進行治療。基于反饋式游戲任務訓練的治療可加強患者的自主參與意識并提高治療效果[22]。研究發(fā)現(xiàn)[23]，基于VR反復的任務訓練可以影響中樞神經系統(tǒng)的適應性，促進腦功能重組?；赩R的認知康復訓練(包含實時信息反饋和獎勵系統(tǒng))可以提高患者訓練參與度[24]， VR認知康復游戲的趣味性和即時反饋可以增強患者康復的動力，參與度及積極性的提高可以激活大腦神經遞質通路(如膽堿能和多巴胺能系統(tǒng))來觸發(fā)思維過程，有助于改善神經可塑性[25-26]。此外，在患者神經元修復方面，海馬區(qū)氫質子磁共振波譜(proton magnetic resonance spectroscopy, 1H-MRS)代謝物可以反映大腦神經元修復，溫鴻源等[15]的研究表明VR游戲訓練(如虛擬行走、虛擬賽車和虛擬滑雪等)可以提高患者海馬區(qū)1H-MRS主要代謝物N-乙酰天門冬氨酸/肌酸比值，提示VR對認知康復的機制與其可調節(jié)海馬區(qū)1H-MRS代謝物有關。

1.3 運動-認知任務訓練對認知功能恢復的作用機制 運動-認知任務訓練是指VR認知康復中包含了有益于認知功能康復的運動訓練。VR技術不僅單純模擬一個場景，還可以引導患者主動參與運動訓練。在VR環(huán)境中進行運動訓練，并使用特定的運動任務(如運動模仿)可能有利于激活鏡像神經元系統(tǒng)，從而引發(fā)復雜的運動-認知過程[27]。運動也可以通過提高腦源性神經營養(yǎng)因子的水平和促進海馬區(qū)的血液流動來影響認知功能(如執(zhí)行功能)，從而產生有益認知功能恢復的新陳代謝效果[18, 28]。在認知康復過程中，必要且有效的肢體活動可能會增強大腦的神經再生潛能并促進學習[27, 29-30]，原因可能是VR運動游戲對肌肉和大腦產生影響，表現(xiàn)為肌肉張力的變化會刺激營養(yǎng)因子的合成(如腦源性神經營養(yǎng)因子)，營養(yǎng)因子輸送到大腦區(qū)域(如海馬區(qū)域等)后，可能增強海馬區(qū)、額葉和頂葉皮層的神經可塑性[31]?？傊?，VR技術作為PSCI康復的治療方法之一，目前的研究通過核磁共振成像、腦電圖和功能近紅外光譜等神經成像技術[17]，表明其主要是通過多種感官刺激來提高患者訓練時的主動參與感，以有趣、及時反饋的特點結合重復訓練來改善大腦神經可塑性，進而實現(xiàn)改善患者認知功能的效果[32]，其機制還需進一步的研究證實。

2 VR技術治療PSCI的應用方法

2.1 單獨治療 現(xiàn)依靠VR技術進行認知康復的產品包括任天堂Wii、Xbox Kinect在內的商用產品以及專門為康復而定制的VR系統(tǒng)如Elements、Caren等[33]。VR技術對患者認知康復的訓練主要以游戲的方式進行，如有研究以循序漸進的方式對患者進行虛擬行走、滑雪等游戲活動訓練，訓練結束后患者對已完成的活動細節(jié)進行回憶，此方法可以改善患者的認知功能[15]。Kinect是微軟公司研發(fā)的一種體感設備，現(xiàn)有研究將Kinect與康復醫(yī)學技術結合來建立虛擬環(huán)境，讓患者使用肢體動作控制虛擬畫面，達到實時交流、交互融合的效果，Kinect體感交互康復訓練可以改善患者的大腦認知功能[21,34]。然而，利用商用VR游戲設備對患者進行認知康復也存在一些不足，如為大眾設計的VR游戲對PSCI患者來說可能太具挑戰(zhàn)性，游戲內容也可能缺乏認知康復相關性[35]?，F(xiàn)有專業(yè)的VR認知康復系統(tǒng)，如Elements系統(tǒng)旨在通過交互功能增強卒中患者神經可塑性的恢復，Elements對卒中患者的認知和運動功能都有明顯改善作用[33]。綜上，單純基于VR技術進行認知康復干預的內容主要為輕體力游戲活動，讓患者在娛樂項目中接受認知康復治療[36]。將單純的VR設備與康復技術結合形成專業(yè)的VR康復系統(tǒng)，可以根據患者實際情況調整游戲難度并自動記錄患者訓練數據，這對患者的認知康復更有益處[33, 37]。

2.2 聯(lián)合治療 聯(lián)合治療是指將VR技術聯(lián)合其他一種或多種認知康復方法來幫助PSCI患者進行認知康復訓練。

2.2.1 聯(lián)合傳統(tǒng)認知功能訓練 VR技術主要與注意力(如圖形識別)、記憶力(如圖形記憶)和日常生活活動能力(activities of daily living,ADL)等傳統(tǒng)認知訓練項目聯(lián)合。臨床上，注意力訓練常用于卒中后患者認知功能恢復。王晶等[38]的研究表明，相對于單一的傳統(tǒng)注意力訓練，VR技術結合傳統(tǒng)注意力訓練(如圖形數字匹配)對患者認知功能恢復效果更明顯?；赩R技術的認知康復訓練具有趣味性，可以減少患者注意力訓練時的枯燥，改善患者因注意力不集中而難以配合訓練的情況，讓患者更好地集中注意完成訓練任務，達到更佳的康復效果。國外有研究將VR技術結合ADL訓練[39]，利用虛擬現(xiàn)實ADL認知康復工具模擬患者所處城市的環(huán)境，并采用模擬超市購物等形式實現(xiàn)患者在虛擬環(huán)境中進行ADL訓練。與包含ADL訓練在內的傳統(tǒng)認知訓練相比，虛擬現(xiàn)實聯(lián)合ADL等傳統(tǒng)認知訓練對患者認知功能康復的療效更顯著，其原因可能是VR提供了實時反饋刺激[40]。

2.2.2 聯(lián)合非侵入性腦刺激技術 非侵入性腦刺激技術利用磁場或電場調節(jié)大腦皮質神經元活動,具有無創(chuàng)性、易操作等特點，主要包括經顱磁刺激和經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)兩種較為常用的方法。重復經顱磁刺激(repetitive transcranial magneticstimulation, rTMS)具有降低皮層興奮性、重塑腦神經網絡的作用。有研究表明，相對于單一使用rTMS治療，采用rTMS聯(lián)合VR康復訓練系統(tǒng)治療更有利于改善卒中后認知功能下降癥狀[41-42]。tDCS通過低強度、恒定的微弱電流作用于大腦皮質，可以調節(jié)腦皮質功能區(qū)的興奮性。Lee等[43]的研究表明，VR技術聯(lián)合tDCS康復治療對卒中后患者的認知功能恢復更有效。迄今為止，VR技術聯(lián)合非侵入性腦刺激技術促進PSCI患者認知康復的研究較少，尚缺乏高質量的循證醫(yī)學證據證實VR技術聯(lián)合非侵入性腦刺激技術對PSCI患者認知康復的有效性，因此，還需要更高質量的臨床隨機對照試驗來證實其有效性。

2.2.3 聯(lián)合運動療法 學者們逐漸發(fā)現(xiàn)卒中患者的認知與運動的相關性[28, 44]，運動訓練不僅可以增強卒中患者的運動功能，還可以改善患者的認知情況[45-46]?，F(xiàn)有研究主要將VR與上肢功能鍛煉、有氧運動等運動療法結合以探究其對認知功能的改善作用。有研究表明，VR輔助上肢機器人訓練有助于改善卒中患者的認知功能，上肢機器人功能鍛煉的內容包括上肢穩(wěn)定性訓練、上肢關節(jié)活動度訓練和上肢技巧性運動訓練，而有氧運動也有助于患者執(zhí)行功能的改善[20,47]。與運動治療相結合的認知訓練有效，其原因可能是運動通過改變大腦血液流動，從而改善腦組織的血氧和營養(yǎng)物質供應，對神經可塑性有促進作用[47]，而運動也可以促進大腦釋放腦源性神經營養(yǎng)因子，增強神經可塑性[28,48]。

綜上,VR技術應用到PSCI康復中主要有單獨和聯(lián)合治療方法。單獨VR技術干預的內容包括利用VR評估和訓練系統(tǒng)對患者進行執(zhí)行功能、注意力和ADL等訓練。聯(lián)合治療方法包括將VR技術聯(lián)合傳統(tǒng)認知康復治療、非侵入性腦刺激技術或運動訓練方法。VR技術聯(lián)合其他認知治療方法可能達到最優(yōu)康復效果。

3 VR技術對PSCI康復的效果

3.1 VR技術對注意力康復的效果 注意力是記憶力的基礎，注意力缺陷會影響結構性或目標性活動。注意力缺陷會影響其他認知功能的康復[49]。VR的優(yōu)勢在于給予人多種感官刺激，而情緒的刺激可以提高人的注意力，葡萄牙學者的研究表明積極和中性的VR任務刺激有利于患者注意力的恢復，但負面刺激也可以增加患者訓練的難度，對于患者來說更具有挑戰(zhàn)性[33]。放松狀態(tài)下人的認知策略會改變，一份國外的病例報告顯示，VR技術聯(lián)合常規(guī)呼吸放松方法對卒中后輕度認知障礙患者的注意過程有改善作用[45]。

3.2 VR技術對記憶力康復的效果 記憶障礙是卒中后最常受影響的認知領域，主要表現(xiàn)為近期記憶障礙[50]，記憶功能受損會影響患者的康復進程。研究表明VR技術基于VR環(huán)境給患者身臨其境的感受，患者在此環(huán)境中進行功能性操作有利于改善其海馬區(qū)腦組織代謝，促進卒中后記憶功能障礙患者康復[15]。但也有學者的研究表明VR技術對患者記憶力康復的療效與傳統(tǒng)方法相比沒有優(yōu)勢[51]，其原因可能與不同研究者使用的VR認知康復及評估工具不同有關，從而導致結果有差異[35]。

3.3 VR技術對執(zhí)行功能康復的效果 執(zhí)行功能可簡單理解為問題的解決能力，是指人的許多認知加工過程的協(xié)同操作，即在實現(xiàn)特定目標時，人所使用的靈活而優(yōu)化的認知和神經機制[52]。宋金花[40]的研究給予腦卒中后認知障礙的患者VR技術治療后發(fā)現(xiàn)，患者腦電數據的P300波幅增高，患者視空間執(zhí)行功能改善顯著，表明VR技術療法效果較傳統(tǒng)認知療法好，傳統(tǒng)技術和VR技術兩者聯(lián)合應用的效果也更佳。Rogers等[33]的研究也表明與傳統(tǒng)認知康復相比，基于VR技術的康復系統(tǒng)可以更好地促進卒中后患者執(zhí)行功能、運動和日常功能的恢復。但Maier等[51]的研究表明，與傳統(tǒng)認知康復療法相比，VR技術對患者的執(zhí)行功能康復沒有優(yōu)勢。VR技術對PSCI患者執(zhí)行功能康復的效果不盡相同，馬錫超等[53]的薈萃分析認為這可能是由于研究結局指標存在差異所致。

3.4 VR技術對語言功能康復的效果 言語障礙會限制卒中患者的個人表達并影響社會交往[54]。越來越多學者利用VR技術對卒中后言語障礙的患者進行康復訓練，Liao等[28]的研究發(fā)現(xiàn)基于VR的軀體和認知訓練在改善患者語言和工具性日常生活活動方面更有優(yōu)勢。有意大利學者表明VR技術為患者提供真實語境的交流環(huán)境，可以增強卒中患者語言康復的效果[55]。Faria等[39]發(fā)現(xiàn)相對于傳統(tǒng)紙筆認知訓練，虛擬現(xiàn)實ADL訓練方法對PSCI患者的語言記憶(如詞匯記憶)有更佳的康復效果。Cao等[56]的薈萃分析也發(fā)現(xiàn)VR技術可以改善卒中后失語患者的功能性溝通能力。

3.5 VR技術對視空間功能康復的效果 視空間功能障礙是卒中后常見的認知障礙，會對患者的日常生活產生影響。西班牙學者Maier等[51]的研究表明，基于VR康復工具進行適應性聯(lián)合認知訓練對腦卒中認知障礙患者的視空間功能恢復有積極效果，與Faria等[39]的研究一致。但Zhu等[26]的薈萃分析表明，由于現(xiàn)有相關研究較少且缺乏針對性干預任務，VR技術對患者的視空間功能恢復沒有優(yōu)勢。未來還需進一步的研究證實VR技術對PSCI患者視空間功能康復的效果。

綜上，認知是人體的基本生理功能[57]，多項研究表明VR技術對PSCI患者認知功能的恢復有促進作用[40, 53]，VR技術在具體認知(如語言等)領域的康復也有其優(yōu)勢。然而也有研究表明，VR技術干預可有效改善腦卒中患者肢體活動、平衡功能，但對認知功能無改善作用[35]。值得注意的是，面對互相聯(lián)系的復雜神經網絡，需要有更全面的認知功能障礙康復方法。

4 小結

現(xiàn)有VR技術對PSCI患者認知康復機制的研究較少，本文分析相關研究認為其主要是通過多感官刺激、反饋式游戲任務訓練和運動-認知訓練來改善PSCI患者中樞神經系統(tǒng)可塑性，促進患者認知重拾和學習，其機制還需進一步的循證研究證實。VR技術的趣味性也增強了患者認知康復的依從性[58]，提高了患者的主動康復意識，對患者實現(xiàn)整體康復有重要意義。VR技術對PSCI患者的注意力、執(zhí)行功能和語言等認知領域的康復具有一定療效，將傳統(tǒng)認知康復方法與VR技術結合可能達到最優(yōu)康復效果。