工作記憶訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者大腦功能激活的影響

陳正威，張璞，惲?xí)云?

·臨床研究·

工作記憶訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者大腦功能激活的影響

陳正威1，張璞2，惲?xí)云?,2

目的 研究計(jì)算機(jī)化工作記憶訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者工作記憶及大腦功能激活的影響。方法 3例腦卒中患者作為訓(xùn)練組，10名健康成年被試作為正常對(duì)照組。訓(xùn)練組接受4周工作記憶訓(xùn)練，對(duì)照組不接受任何訓(xùn)練。訓(xùn)練前及訓(xùn)練后各被試均接受認(rèn)知心理行為測(cè)驗(yàn)和神經(jīng)影像學(xué)測(cè)驗(yàn)(任務(wù)態(tài)fMRI)。結(jié)果 工作記憶訓(xùn)練可有效提升腦卒中患者工作記憶、流體智力及注意力水平(P＜0.001)；工作記憶訓(xùn)練可改善異常功能激活模式并使功能激活網(wǎng)絡(luò)發(fā)生重組。結(jié)論 工作記憶訓(xùn)練可作為有效的康復(fù)干預(yù)措施用于腦卒中患者的認(rèn)知功能康復(fù)。

腦卒中；工作記憶訓(xùn)練；功能磁共振成像；功能激活；流體智力；注意力

[本文著錄格式] 陳正威，張璞，惲?xí)云?工作記憶訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者大腦功能激活的影響[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2015,21 (8):929-933.

CITED AS:Chen ZW,Zhang P,Yun XP.Effects of working memory training on brain functional activition for stroke patients[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2015,21(8):929-933.

工作記憶是一種對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)和加工的記憶系統(tǒng)[1-2]，在許多復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)中起著重要作用，如問(wèn)題解決[3]、智力活動(dòng)[4]和閱讀理解[5]等。工作記憶障礙在腦卒中患者中經(jīng)常出現(xiàn)[6-7]。近年來(lái)的研究表明，工作記憶訓(xùn)練不僅影響未經(jīng)訓(xùn)練的工作記憶任務(wù)的成績(jī)，而且也影響其他認(rèn)知功能[8-9]。本研究采用單病例分析的方法，探討計(jì)算機(jī)化工作記憶訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者的臨床療效及其神經(jīng)影像學(xué)機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2014年3月～2014年10月在北京博愛(ài)醫(yī)院住院的腦卒中患者3例。一般資料見(jiàn)表1。

10名健康工作人員及陪護(hù)人員作為正常對(duì)照組。其中男性5名，女性5名；年齡(40.9±9.6)歲；均為右利手。

表1 腦卒中患者一般資料(n)

患者入選標(biāo)準(zhǔn)：①右利手，年齡18～60歲，初中以上文化，病前認(rèn)知功能正常；②頭顱CT/MRI診斷證實(shí)為腦卒中(出血性卒中和缺血性卒中)；③蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(Montreal Cognitive Assessment,Mo-CA)評(píng)分＞24分，且提示存在記憶障礙；④韋氏成人智力測(cè)驗(yàn)簡(jiǎn)化版第二版(Wechsler Abbreviated Scale of Intelligence-II,WASI-Ⅱ)全量表智力評(píng)分(Function Set Information Quantity,FSIQ)-4＞70分；⑤未服用改善記憶功能的藥物；⑥自愿參與并完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并簽署知情同意書(shū)。

患者排除標(biāo)準(zhǔn)：①伴有精神科疾病、失語(yǔ)、單側(cè)忽略、失認(rèn)癥、失用癥、聽(tīng)覺(jué)障礙和視力障礙，服用精神病藥物；②存在磁共振檢查禁忌。

正常對(duì)照組入選標(biāo)準(zhǔn)：①右利手，年齡18～60歲，初中以上文化，雙眼裸眼視力或矯正視力正常；②既往無(wú)記憶下降或損害史；③MoCA未提示記憶障礙；④FSIQ-4＞70分；⑤自愿配合完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，簽署知情同意書(shū)。

正常對(duì)照組排除標(biāo)準(zhǔn)：①伴有其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神科疾病和視力、聽(tīng)覺(jué)障礙，服用精神病藥物；②存在磁共振檢查禁忌。

1.2 認(rèn)知心理行為測(cè)驗(yàn)

所有被試均經(jīng)過(guò)測(cè)試-再測(cè)試認(rèn)知心理行為學(xué)測(cè)驗(yàn)。評(píng)定人員采用盲法評(píng)定，且所有行為學(xué)測(cè)試均由同一評(píng)定人員進(jìn)行評(píng)定。

①瑞文高級(jí)推理測(cè)驗(yàn)(Raven Advanced ProgressiveMatrices,RAPM)。每張屏幕上方將呈現(xiàn)缺少一部分的大圖，被試通過(guò)觀(guān)察屏幕上方大圖的規(guī)律，從下方8個(gè)小圖中選擇出大圖所缺少的圖形。該測(cè)驗(yàn)為非言語(yǔ)推理測(cè)驗(yàn)，評(píng)估被試流體智力水平。本研究共設(shè)計(jì)2套R(shí)APM，每套各包含30道題(A套：1、3、5、7、9…59；B套：2、4、6、8…60)。A、B兩套題難易程度相似。觀(guān)察指標(biāo)：正確數(shù)。

②斯特魯測(cè)試(Stroop)。向被試者呈現(xiàn)紅色、藍(lán)色的漢字及方塊圖，要求患者對(duì)紅色的方塊、漢字及藍(lán)色的方塊、漢字做出不同的反應(yīng)，即紅色的漢字及方塊按鼠標(biāo)左鍵，藍(lán)色的漢字及方塊按鼠標(biāo)右鍵。該測(cè)驗(yàn)評(píng)估被試注意力水平。觀(guān)察指標(biāo)：判斷正確數(shù)。

1.3 影像學(xué)數(shù)據(jù)獲取與處理

采用北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的西門(mén)子3.0 T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)采集影像學(xué)數(shù)據(jù)。采用梯度回波平面成像(EPI)序列采集任務(wù)態(tài)fMRI數(shù)據(jù)，重復(fù)時(shí)間(TR)2000ms，回波時(shí)間(TE)30 ms，翻轉(zhuǎn)角(FA)90°，視野(FOV)200×200 mm，掃描層數(shù)33，體素大小3.0×3.0×3.0mm，掃描時(shí)間8m in。T1加權(quán)成像(T1W I)數(shù)據(jù)采用3D-SPGR掃描序列進(jìn)行采集，重復(fù)時(shí)間2500ms,回波時(shí)間3.5 ms，視野256×256mm，掃描層數(shù)144，掃描時(shí)間8 m in。

任務(wù)態(tài)掃描時(shí)選取n-back[10](1-back、2-back)工作記憶任務(wù)為實(shí)驗(yàn)任務(wù)。刺激材料為漢字，漢字呈現(xiàn)之后被試需要盡快按鍵做出反應(yīng)，判斷目標(biāo)刺激是否與該目標(biāo)刺激前一個(gè)呈現(xiàn)的漢字相同(1-back)；判斷目標(biāo)刺激是否與該目標(biāo)刺激前隔一個(gè)呈現(xiàn)的漢字相同(2-back)。采用組塊設(shè)計(jì)方式，以E-prime軟件進(jìn)行編制，嚴(yán)格控制刺激呈現(xiàn)時(shí)間并精確記錄被試反應(yīng)時(shí)間。刺激時(shí)間1000ms，間歇時(shí)間2000ms。

數(shù)據(jù)處理采用SPM 8軟件包，預(yù)處理包括圖像格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、重采樣、圖像標(biāo)準(zhǔn)化、空間平滑、濾波等步驟。最后應(yīng)用xjview軟件可視化腦區(qū)激活圖，統(tǒng)計(jì)激活腦區(qū)部位、像素?cái)?shù)目、峰值激活坐標(biāo)(x,y,z)、峰值激活強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。

1.4 工作記憶訓(xùn)練

采用中國(guó)康復(fù)研究中心康復(fù)評(píng)定科自主研發(fā)的“認(rèn)知康復(fù)工作站”進(jìn)行工作記憶訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容包括n-back連續(xù)執(zhí)行任務(wù)、視覺(jué)工作記憶、聽(tīng)覺(jué)工作記憶、言語(yǔ)及空間工作記憶訓(xùn)練等，根據(jù)患者工作記憶障礙表現(xiàn)進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練。30m in/次，5次/周，周一至周五，連續(xù)訓(xùn)練4周。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0軟件包分析認(rèn)知心理行為學(xué)數(shù)據(jù)。建立正常對(duì)照組行為學(xué)測(cè)試-再測(cè)試改變的置信區(qū)間(99%)，然后把每個(gè)患者訓(xùn)練后提高的成績(jī)和這一置信區(qū)間進(jìn)行比較，并進(jìn)行非參數(shù)符號(hào)秩和檢驗(yàn)(Wilcoxon Signed-rank test)。顯著性水平α=0.01。

2 結(jié)果

2.1 認(rèn)知心理行為測(cè)驗(yàn)結(jié)果

3例患者訓(xùn)練后在認(rèn)知心理行為測(cè)驗(yàn)任務(wù)上提高的成績(jī)都在正常對(duì)照組99%置信區(qū)間之外。工作記憶訓(xùn)練顯著提升患者在n-back漢字工作記憶任務(wù)、RAPM流體智力任務(wù)和Stroop注意任務(wù)上的成績(jī)(P＜ 0.001)。見(jiàn)表2。

表2 認(rèn)知心理行為測(cè)驗(yàn)結(jié)果

2.2 神經(jīng)影像學(xué)結(jié)果

對(duì)健康被試進(jìn)行群組分析發(fā)現(xiàn)，言語(yǔ)工作記憶任務(wù)主要激活左側(cè)額頂葉皮層區(qū)域。見(jiàn)圖1。工作記憶訓(xùn)練前后患者大腦激活情況見(jiàn)圖2和表3。

表3 腦卒中患者腦區(qū)功能激活情況(個(gè)體水平分析)

圖1 正常對(duì)照組言語(yǔ)工作記憶腦區(qū)激活圖

圖2 腦卒中患者言語(yǔ)工作記憶腦區(qū)激活圖

3 討論

本研究結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)化工作記憶訓(xùn)練可有效提升腦卒中患者工作記憶、流體智力及注意力水平。此外，研究還發(fā)現(xiàn)腦卒中患者在執(zhí)行工作記憶任務(wù)時(shí)，大腦會(huì)出現(xiàn)異常功能腦區(qū)激活，而工作記憶訓(xùn)練可改善這種異常激活并使功能激活網(wǎng)絡(luò)發(fā)生重組(functionalnetwork reorganization)。

在本研究中，正常被試言語(yǔ)工作記憶任務(wù)的激活腦區(qū)主要位于左側(cè)前額葉和頂葉皮層，這與文獻(xiàn)報(bào)道的工作記憶腦區(qū)一致[11-12]。

患者A梗死病變累及左側(cè)顳葉、頂葉及枕葉，訓(xùn)練前后左側(cè)額葉區(qū)域均有激活，但是訓(xùn)練后左額葉激活明顯減弱，這表明額葉皮層神經(jīng)效率提高[13]；訓(xùn)練后左小腦后葉異常激活消失及雙側(cè)枕葉異常激活明顯減弱，這表明訓(xùn)練可改善異常激活模式；而訓(xùn)練后右側(cè)額葉皮層出現(xiàn)的額外激活可能是代償性的。

患者B左側(cè)額、頂、顳葉梗死，訓(xùn)練前激活區(qū)主要位于右側(cè)枕葉，左側(cè)額頂葉區(qū)域未見(jiàn)明顯激活；訓(xùn)練后右枕葉區(qū)異常激活消失，右側(cè)額頂葉區(qū)域出現(xiàn)額外的激活，這可能是代償性的；而左頂葉損傷區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)的額外激活，這很可能是因?yàn)楣ぷ饔洃浻?xùn)練增強(qiáng)了左頂葉殘存神經(jīng)元的反應(yīng)性(neuronal responsiveness)或者是因?yàn)橛?xùn)練增加了左頂葉神經(jīng)元的數(shù)量[14]。

患者C左側(cè)額、頂葉及基底節(jié)受損，訓(xùn)練后右側(cè)額枕葉異常激活區(qū)激活略微減弱，左側(cè)額葉出現(xiàn)較弱的額外激活，這可能是因?yàn)楣ぷ饔洃浻?xùn)練增強(qiáng)了左額葉殘存神經(jīng)元的反應(yīng)性，或者是因?yàn)橛?xùn)練增加了左額葉神經(jīng)元的數(shù)量[14]。

總結(jié)起來(lái)，腦卒中患者在執(zhí)行工作記憶任務(wù)時(shí)大腦會(huì)出現(xiàn)異常功能腦區(qū)激活，工作記憶訓(xùn)練可改善異常激活模式，并使腦卒中患者功能激活網(wǎng)絡(luò)發(fā)生重組，促使受損的工作記憶腦區(qū)功能激活增強(qiáng)，提高未受損的工作記憶腦區(qū)的神經(jīng)效率。

工作記憶訓(xùn)練可提升被試在未經(jīng)訓(xùn)練的工作記憶任務(wù)、流體智力任務(wù)及注意任務(wù)上的表現(xiàn)成績(jī)，這與國(guó)外的研究報(bào)道一致[6,15-16]。事實(shí)上，已有研究表明工作記憶與流體智力、注意力密切相關(guān)。工作記憶訓(xùn)練任務(wù)需要推理和執(zhí)行過(guò)程的參與，同時(shí)也需要被試集中注意力進(jìn)行信息選擇和過(guò)濾。

受訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練任務(wù)類(lèi)型、功能磁共振測(cè)試任務(wù)等因素的影響，正常被試工作記憶訓(xùn)練后激活模式的改變主要有以下4種：激活減弱[17-18]、激活增強(qiáng)[19-20]、激活重排[21-22]、功能網(wǎng)絡(luò)重組[23-24]，目前尚無(wú)一致的激活模式。對(duì)于存在工作記憶障礙的腦卒中患者而言，訓(xùn)練后功能激活的改變更是復(fù)雜和多變的。本研究未能設(shè)置患者對(duì)照組，因此不能完全排除疾病的自然恢復(fù)對(duì)工作記憶、流體智力、注意力和大腦功能活動(dòng)的影響。

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EffectsofWorking Memory Training on Brain FunctionalActivition for Stroke Patients

CHEN Zheng-wei1,ZHANG Pu2,YUN Xiao-ping1,2
1.CapitalMedicalUniversity Schoolof Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.Departmentof Rehabilitation Evaluation,Beijing Bo'aiHospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

Objective To explore the effectsof computerized workingmemory training on workingmemory and brain functionalactivition for stroke paitents.Methods3 stroke patients voluntarily joined in the study,10 healthy adultswere recruited as controlgroup.The patients received computerized workingmemory training for 4 weeks.Cognitive psychological tests(the n-back task,Stroop task and Raven`s Advanced Progressive Matrices task)and neuroimaging test(task-state functionalmagnetic resonance imaging)were adm inistered before and after treatment.Results Workingmemory training significantly improved theworkingmemory,fluid intelligence and attention for each trained patient(P＜0.001),and could renovate the abnormal functional activitymodel and reorganize the functional brain network.Conclusion Computerizedworkingmemory could beused asan effective cognitive rehabilitation intervention for stroke patients.

stroke;workingmemory training;functionalmagnetic resonance imaging;functional activation;fluid intelligence;attention

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.08.012

R743.3

A

1006-9771(2015)08-0929-05

2015-04-24

2015-06-08)

1.國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.81272165)；2.中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(No.2013CZ-34)。

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市100068；2.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛(ài)醫(yī)院康復(fù)評(píng)定科，北京市100068。作者簡(jiǎn)介：陳正威(1990-)，男，漢族，江蘇連云港市人，碩士研究生，主要研究方向：多模態(tài)磁共振技術(shù)對(duì)腦損傷后工作記憶損害康復(fù)的腦機(jī)制研究。通訊作者：惲?xí)云?，女，碩士，主任醫(yī)師，教授。E-mail:xiaoping_yun@163.com。