腦卒中患者雙重任務能力恢復的神經機制研究進展

楊志，付雨桐，姚黎清

(昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院康復醫(yī)學科，云南 昆明)

0 引言

腦卒中是一種世界范圍內常見的神經系統(tǒng)疾病，是多種腦血管疾病的嚴重表現形式，它是全球第二大、中國第一大致死性疾病，不近死亡率高，而且發(fā)病率、復發(fā)率、致殘率也高。對于腦卒中患者重返社會的需求，傳統(tǒng)康復訓練方法具有局限性，在眾多的治療方法中，結合運動和認知任務的雙重任務訓練以其多任務、多環(huán)境、針對性強等優(yōu)點成為腦卒中康復治療最有前景的方法，可彌補目前腦卒中康復治療的不足，但其神經機制尚不清楚?，F將利用功能磁共振成像技術探索雙重任務功能恢復的相關神經機制作一綜述。

1 腦卒中的康復治療面臨著巨大的挑戰(zhàn)

研究顯示，隨著我國人口老齡化進一步發(fā)展，世界各地腦卒中的發(fā)病率伴隨著65 歲以上老年人群數的增長，正在以每年約9 萬人的速度增加[1]，隨著我國的國民經濟和醫(yī)療水平的提高，2013年的GDB 研究最新結果顯示，腦卒中的死亡率有所減少，但仍有70%-80%的腦卒中患者因不同程度功能障礙影響獨立生活[2]，患病人群的不斷增加給家庭、社會、政府帶來巨大的經濟負擔。據統(tǒng)計，2003 年腦卒中總經濟負擔為198.87 億，占衛(wèi)生總支出的3.02%[3]。經過積極有效地康復治療后，可使患者恢復一定的功能，提高患者日常生活能力及社區(qū)融入度。但是大量研究表明，腦卒中患者對重返社會的效果都不太滿意[4]。平衡和步行功能的減退或缺失等肢體功能障礙是阻礙他們重返社會的主要因素[5]。大多數卒中患者沒有達到日?；顒踊蛘呱鐓^(qū)行走所必需的運動能力，這將限制參與有意義的活動。

2 傳統(tǒng)康復具有局限性

大量研究證實[6]，恰當、持續(xù)的康復訓練能減緩腦卒中患者功能殘疾，降低繼發(fā)性疾病的發(fā)生率，加快腦卒中康復的進度，并且提高腦卒中患者社會生存滿意度，同時能降低其隱形的醫(yī)療費用，節(jié)約社會醫(yī)療成本。傳統(tǒng)腦卒中患者康復治療方式主要是側重鼓勵患者以健側帶動患側做被動運動的各種神經發(fā)育促進術，如：Bobath 技術、Brunnstrom 技術、Rood 技術、生物反饋治療等，這些療法都有助于腦卒中后患者運動功能的恢復[7]。但腦卒中康復治療的最終目的是使患者回歸家庭、回歸社會。腦卒中患者進行了系統(tǒng)的康復治療后依然在日常生活能力等方面存在明顯障礙，很難以正常的方式融入家庭、社會生活，甚至簡單的通過馬路都有較大困難。所以康復治療不應僅是訓練患者提高其肢體功能，還需將環(huán)境和社會作為一個整體參與到康復訓練中，以利于他們重返社會，但傳統(tǒng)的康復治療技術尚缺乏此類訓練，無法實現這一目標。

3 雙重任務訓練是腦卒中康復治療的新突破口

運動再學習的理論指出，受損中樞神經系統(tǒng)的功能恢復，依賴于重復性的、多樣化的訓練。同時執(zhí)行兩個任務即為雙重任務(dual-tasking，DT)[8]。雙重任務執(zhí)行通常包含兩個任務：主要的運動或平衡任務(例如行走、站立)以及分散注意力所需的次要任務。具備同時做兩件或者多件事的能力在日常功能性活動中至關重要。注意力是一個多層面的認知結構，而分散注意力所需的次要任務則可由不同的形式構成，例如運動性任務(端著一杯水，轉頭)或是認知性任務(數字記憶，詞語-顏色辨別)[9]。Al-Yahaya 等學者根據所執(zhí)行任務的需求及心理過程把認知任務分為：反應時間任務，辨別和決定任務，計算任務，短期記憶和語言流暢性任務[10]。以運動為主的主要任務，分散注意力所需的次要任務，分別與二者結合的雙重任務比較，能更好地洞悉初級和次要任務之間是如何互相影響的。雙重任務能力被認為是一種評測年齡、疾病相關步態(tài)及平衡控制的新方法。除此之外，雙重任務能力也被視為一種跌倒風險篩查的新手段[11]。這種治療模式可根據患者的功能障礙狀況，通過特殊任務訓練，使患者在改善肢體功能障礙的同時能有效地適應真實社會生活環(huán)境。在眾多的治療方法中，結合運動和認知任務的雙重任務訓練以其多任務、多環(huán)境、針對性強等優(yōu)點成為腦卒中康復治療最有前景的方法，可彌補目前腦卒中康復治療的不足。

4 功能磁共振成像技術

目前功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)的基本原理和基本方法是血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)。功能性磁共振像是利用磁場的不均勻性，測量衰減信號。人體血氧飽和度及血流量的變化會導致大腦功能磁共振信號的變化，通過大腦能量消耗的情況反映神經元的活動。應用 fMRI 技術為探索人腦功能開辟一條嶄新的道路，可以直接獲得腦功能區(qū)的動態(tài)分子影像學數據，這為雙重任務功能的神經理論機制提供了許多更直接的依據。

功能性神經影像學研究證明，與基線狀態(tài)(例如靜息狀態(tài))相比，一些大腦區(qū)域在廣泛的認知任務中顯示出與任務無關的失活[12]。這些大腦區(qū)域包括后扣帶皮層，內側前額葉皮質，腹側前扣帶皮層和側頂葉皮質。它們被認為是反映大腦功能的默認模式，并構成一個默認模式網絡(DMN)[13](圖1)。最近的研究表明DMN可能與信息的收集和評估，自我指涉心理活動，情節(jié)記憶的提取，情緒和焦慮有關[14]。DMN 與監(jiān)測內外環(huán)境、維持自我意識、自發(fā)性思維的產生以及對情景記憶、認知、情緒的加工等密切相關，并且隨著年齡的增長而趨于成熟。

圖1 靜息狀態(tài)大腦功能連接的默認模式網絡

5 雙重任務訓練結合FMRI 對腦卒中神經恢復機制

雖然DT 行為的行為效應已經得到很好的描述，但在卒中后行走期間認知運動干預的神經基礎并不清楚。研究發(fā)現，通常有跌倒史和跌倒風險的社區(qū)老年人在邊走路邊說話時(雙重任務條件)與其僅需步行時(單一任務條件)相比，這些老年人的步行速度及平衡控制能力明顯下降[15]，這正是因為大腦受到雙重任務干擾，所有的雙重任務情況都需要控制干擾和在兩個相互競爭的任務之間切換。兩個任務之間的資源重疊量決定了神經激活模式。資源或流程重疊越多，這兩個任務之間的干擾就越大。復雜的雙重任務干擾需要激活的大腦區(qū)域具有大量重疊[16]。研究發(fā)現[17]，人們在同時處理兩項任務的效力降低可能是由于額葉前部大腦皮層和額上皮層不能正常發(fā)揮功能所致。隨著任務難度增加，大腦需更多的區(qū)域傳遞活動信息。在執(zhí)行相對復雜的雙重任務時，其他腦區(qū)如右側的小腦蚓部、左小腦前葉和楔前葉較之單一的任務條件下有更多激活[18]。值得注意的是，Szameitat 等[19]在健康人群的研究中發(fā)現，參與者在進行運動和認知任務結合訓練后激活增加的腦區(qū)甚至包含了雙側中央前后回，枕葉梭狀回，左側額極，小腦以及右頂葉。Emad Al-Yahya 等[20]發(fā)現與腦卒中患者相比，健康對照組在執(zhí)行雙重任務中顯示出增加的正相互作用區(qū)域包括雙側舌側回，小腦右側回，右楔前葉皮質，左中央后回和右側顳下回。與健康對照相比，卒中患者中積極相互作用增強的部位包括雙側顳下回，雙側額上回，雙側扣帶回和右側中央前回。

步行能力衰退在腦卒中患者中很常見，在雙重任務條件下，例如步行時執(zhí)行輔助認知干擾任務時，步態(tài)表現差。對于腦卒中后患者，有一些下肢運動的fMRI 實驗設計，這些研究報告發(fā)現大多數患者進行下肢運動時，大腦活化區(qū)域一致，即：初級和次級運動和感覺皮層，輔助運動區(qū)域，扣帶運動區(qū)域，小腦和基底神經節(jié)[21]。關于執(zhí)行雙重任務期間的大腦激活，研究發(fā)現認知控制的額頂葉激活網絡。Holtzer 等[22]觀察到，在執(zhí)行雙重任務期間額前區(qū)域激活增加。Jennifer Yuan 等[23]學者使用靜息態(tài)功能磁共振成像(fMRI)檢查了腦卒中患者單任務(步行)和雙重任務(說話時步行)條件下與步態(tài)速度相關的大腦功能連通性，發(fā)現在兩個任務條件下的步態(tài)速度與感覺運動，視覺，前庭和左額葉、頂葉皮質區(qū)域中的功能連接相關。與單任務條件下的步態(tài)速度相比，在雙重任務條件下與步態(tài)速度相關的大腦網絡與輔助運動區(qū)域和前額區(qū)域中具有更大的功能連通性。

執(zhí)行功能是一組需要注意配合的過程，用于監(jiān)控和協調涉及規(guī)劃，推理，或選擇。雙重任務能力的表現通常歸因于由前額葉皮質所決定的執(zhí)行功能，尤其受老化的影響[24]。雙重任務能力被認為是執(zhí)行職能的一個具體組成部分，其中包括將注意力分配給相互競爭的任務需求。與年齡相關的執(zhí)行功能下降，包括雙重任務表現，通常歸因于前額葉皮層區(qū)域的功能效率降低，并且由于卒中患者任務難度增加而導致前額葉皮質激活減少[25]。另一項研究發(fā)現在執(zhí)行雙重任務時增加認知任務難度，楔前葉激活增加。當比較復雜的步態(tài)任務(例如步行跨越障礙)與較不復雜的步態(tài)任務(例如單獨步行)對比時，也觀察到楔前葉的激活增加[26]。在前額葉皮層區(qū)域以及解剖學上與前額葉皮質連接的小腦和楔前葉區(qū)域的激活也隨著任務難度而增加，并且與執(zhí)行雙重任務期間的運動和認知表現相關[27]。

人類腦功能連接研究的最新證據表明，小腦參與運動控制和在認知過程中涉及皮層的感覺運動區(qū)功能連接。隨著任務難度的增加，腦區(qū)激活情況大多在雙側小腦，雙側楔前葉和額前皮質(右上額回/ SMA，額中回和額下回/前中央)區(qū)域[28]。Hamacher 等[29]最近對行走和認知-運動雙重任務中的腦激活進行研究確定了大量涉及的大腦區(qū)域，并能夠將它們分為直接運動路徑和間接運動路徑。直接運動通路允許通過主要運動皮層，小腦和脊髓調節(jié)運動，而間接通路允許通過前額葉皮層，前運動區(qū)域和基底神經節(jié)調節(jié)運動。特別是具有目標導向的雙重任務的運動激活與間接途徑相關聯，并且在包括扣帶皮層，頂葉面積和腦島的額葉神經網絡中激活增加。眾所周知，執(zhí)行認知任務激活與其相關聯的大腦網絡，該網絡由一系列共同的額葉-頂葉皮層區(qū)域組成[31]，即前扣帶皮層/前置運動區(qū)域，背外側前額葉皮層，下額葉連接部，前島葉皮層，背前運動皮層和后頂葉皮層。一些研究發(fā)現這個網絡也涉及認知-運動雙重任務。

關于大腦水平上的認知-運動雙重任務激活情況，頂葉似乎與其他感興趣區(qū)域有所不同。頂葉激活與多任務和任務切換性能相關聯，并且在注意力需要分配時起到至關重要的作用。研究表明[32]，參與者在單一任務條件下的變量越多，頂葉區(qū)域被激活得越多。在雙重任務條件下，緩慢步行的參與者激活頂葉區(qū)域到更高的程度。此外，頂葉激活在雙重任務期間表現出較低的步行速度和較低的執(zhí)行控制。

6 展望

腦卒中后皮質運動功能區(qū)受損，導致不同程度的運動功能障礙，是其致殘的主要原因。大量研究發(fā)現通過雙重任務訓練可以激活相應的腦內運動皮層網絡，進而改善患者執(zhí)行雙重任務的能力?；谝陨蟜MRI 研究，雙重任務訓練和單一任務訓練后病人的腦區(qū)激活范圍均會發(fā)生變化，且雙重任務訓練后腦區(qū)激活范圍更廣。較之單一任務條件下訓練，進行雙重任務訓練，額葉、頂葉皮質區(qū)域，右側的小腦蚓部、左小腦前葉和楔前葉有更多激活。通過fMRI 研究推測，患者執(zhí)行雙重任務時大腦可能通過多模態(tài)整合激活相應腦區(qū)，以實現更好的神經功能重塑。通過此次的論述希望以探討雙重任務訓練后雙重任務能力的神經恢復機制，為雙重任務療法的推廣提供有效依據，為發(fā)展新療法增添神經重塑循證醫(yī)學證據。