腦機(jī)接口對(duì)腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能效果的Meta分析

李玲玲，于瑩，賈雨琦，黃海量

1.山東中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，山東濟(jì)南市 250355；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，山東濟(jì)南市 250355

腦卒中是我國(guó)成年人致死和致殘的首位病因[1]，約48%～77%的腦卒中患者會(huì)遺留不同程度上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙[2]，對(duì)患者的日常生活活動(dòng)和社會(huì)參與造成嚴(yán)重負(fù)面影響。神經(jīng)發(fā)育學(xué)療法和強(qiáng)制性運(yùn)動(dòng)療法等傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)治療多通過(guò)正性強(qiáng)化，輸入正確運(yùn)動(dòng)模式，通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和再學(xué)習(xí)加速大腦重塑與神經(jīng)再支配，促進(jìn)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)[3]。賈杰[4]于2016 年提出“中樞-外周-中樞”閉環(huán)康復(fù)新理念，認(rèn)為中樞干預(yù)和外周干預(yù)都不是孤立的，兩者的有機(jī)結(jié)合對(duì)腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)至關(guān)重要。

腦機(jī)接口(brain-computer interface,BCI)是指將采集的腦電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，轉(zhuǎn)化為可以被計(jì)算機(jī)識(shí)別的信號(hào)，計(jì)算機(jī)對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取等處理，最后轉(zhuǎn)化為控制外部設(shè)備的指令，即將大腦的動(dòng)作意圖通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行傳輸，由外部驅(qū)動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)換成實(shí)際動(dòng)作[5-7]?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域[8]。Lyukmanov等[9]研究顯示，BCI 能顯著改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能。但也有研究表明[10-11]，BCI 干預(yù)對(duì)上肢運(yùn)動(dòng)功能無(wú)明顯作用。

本文采用Meta分析，評(píng)價(jià)BCI對(duì)腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)療效，并比較不同驅(qū)動(dòng)設(shè)備BCI 的療效差異。

本研究已在PROSPERO 國(guó)際系統(tǒng)評(píng)價(jià)注冊(cè)平臺(tái)(https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO) 注冊(cè)(No.CRD42020220381)。

1 資料與方法

1.1 檢索策略

由2名研究人員按照MESH詞結(jié)合自由詞的方式，檢 索PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science、CNKI、Wanfang Data 和CBM 數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間均從各數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)至2020年10月。以PubMed為例，具體檢索策略為：

#1"stroke"[Mesh]OR cerebrovascular accident OR apoplexy OR brain vascular accident OR cerebral vascular accident OR hemiplegia OR CVA

#2"brain-computer interfaces"[Mesh]OR brain-machine interface OR brain computer interface OR brain machine interface

#3 "randomized controlled trial"[Mesh]OR random OR random allocation OR RCT

#4#1 and#2 and#3。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①BCI改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(randomized controlled trials,RCT)，限中、英文文獻(xiàn)；②研究對(duì)象為經(jīng)CT 或MRI 明確診斷為腦卒中且并發(fā)上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者，符合全國(guó)第四屆腦血管病學(xué)術(shù)會(huì)議制定的診斷標(biāo)準(zhǔn)[12]或類似標(biāo)準(zhǔn)；③對(duì)照組的干預(yù)措施為常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，試驗(yàn)組在對(duì)照組治療基礎(chǔ)上增加BCI 訓(xùn)練；④主要結(jié)局指標(biāo)為Fugl-Meyer 評(píng)定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities,FMA-UE)；次要結(jié)局指標(biāo)為上肢動(dòng)作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)、Wolf 運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表(Wolf Motor Function Test,WMFT)和改良Barthel 指數(shù)(modified Barthel Index,MBI)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①自身前后對(duì)照、隊(duì)列研究、病例對(duì)照研究或橫斷面研究等非RCT；②基線資料無(wú)可比性或未報(bào)道基線情況；③伴有嚴(yán)重認(rèn)知障礙或其他重大心、肺、腎疾病；④數(shù)據(jù)不完整、與作者聯(lián)系后無(wú)法獲取原始數(shù)據(jù)；⑤診斷標(biāo)準(zhǔn)、干預(yù)時(shí)間和干預(yù)方案不明確；⑥無(wú)相應(yīng)結(jié)局指標(biāo)；⑦會(huì)議論文摘要；⑧重復(fù)發(fā)表；⑨動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、個(gè)案研究、病例報(bào)告、Meta分析和綜述等。

1.2 文獻(xiàn)篩選與數(shù)據(jù)提取

由2 名研究人員獨(dú)立篩選文獻(xiàn)，提取數(shù)據(jù)，并交叉核對(duì)。若產(chǎn)生分歧，則第三者處理。提取的數(shù)據(jù)包括納入文獻(xiàn)的一般信息(第一作者、發(fā)表年份)和納入研究的一般信息(年齡、病程、例數(shù)、干預(yù)方案、BCI驅(qū)動(dòng)設(shè)備、結(jié)局指標(biāo)等)。

1.3 文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)價(jià)

由2 名研究人員按照Cochrane 系統(tǒng)評(píng)價(jià)手冊(cè)5.1.0對(duì)納入研究進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，偏倚風(fēng)險(xiǎn)分為低風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)和不清楚3種情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采 用RevMan 5.3 軟 件 進(jìn) 行Meta 分 析。若I2≤50%,P≥0.1，認(rèn)為各研究間不存在顯著異質(zhì)性，采用固定效應(yīng)模型分析；若I2＞50%,P＜0.1，認(rèn)為各研究間存在顯著異質(zhì)性，采用隨機(jī)效應(yīng)模型分析；當(dāng)異質(zhì)性較高時(shí)，采用亞組分析、敏感性分析等方法探討異質(zhì)性的來(lái)源。納入的結(jié)局指標(biāo)均為連續(xù)性變量，效應(yīng)量采用均數(shù)差(mean difference,MD)表示，并計(jì)算95%置信區(qū)間(confidence interval,CI)。

采用R 軟件繪制不同驅(qū)動(dòng)設(shè)備BCI 療效比較的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，并用ADDIS 1.16.8 軟件進(jìn)行網(wǎng)狀Meta 分析，基于馬爾可夫鏈蒙特卡羅算法擬合一致模型，以FMA-UE為結(jié)局指標(biāo)進(jìn)行比較。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)一般情況

通過(guò)檢索國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)庫(kù)共得到430 篇文獻(xiàn)，經(jīng)EndNote X9 剔重后得到390 篇文獻(xiàn)。經(jīng)逐層篩選，最終納入8 篇英文文獻(xiàn)[13-20]，6 篇中文文獻(xiàn)[10-11,21-24]。文獻(xiàn)篩選流程見(jiàn)圖1。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程

納入文獻(xiàn)共涉及504 例患者，其中對(duì)照組235 例，試驗(yàn)組269 例。納入文獻(xiàn)的基本信息見(jiàn)表1。全部文獻(xiàn)均提及隨機(jī)分組，但3 篇[11,15,23]未提及具體隨機(jī)方法。4 篇文獻(xiàn)[13,17,19-20]使用不透光的信封隱藏分配方案，其余文獻(xiàn)未描述隱藏方法。5 篇文獻(xiàn)[14,17-20]對(duì)研究者或受試者施盲，12 篇[10-11,13-14,16-21,23-24]對(duì)結(jié)果測(cè)量者施盲。納入文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果均完整且無(wú)選擇性報(bào)告，5 篇文獻(xiàn)[10-11,13,15-16]存在其他偏倚。納入文獻(xiàn)偏倚風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估見(jiàn)圖2。

表1 納入文獻(xiàn)的基本信息

圖2 偏倚風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.2 Meta分析結(jié)果

2.2.1 FMA-UE

14 篇文獻(xiàn)[10-11,13-24]均報(bào)道FMA-UE 評(píng)分，試驗(yàn)組269例，對(duì)照組235例。I2=91%,P＜0.1，研究間存在顯著異質(zhì)性。試驗(yàn)組FMA-UE 評(píng)分高于對(duì)照組(MD=6.81,95%CI 1.51～12.11,P＜0.05)。見(jiàn)圖3。

圖3 BCI對(duì)腦卒中患者FMA-UE評(píng)分的影響

亞組分析顯示，9 篇文獻(xiàn)[10,13,15-21]干預(yù)周期≤4 周，涉及試驗(yàn)組170 例，對(duì)照組137 例，試驗(yàn)組FMA-UE評(píng)分顯著高于對(duì)照組(MD=5.18,95%CI 2.84～7.51,P＜0.001)；5篇文獻(xiàn)[11,14,22-24]干預(yù)周期＞4周，涉及試驗(yàn)組99 例，對(duì)照組98 例，試驗(yàn)組FMA-UE 評(píng)分高于對(duì)照組(MD=9.44,95%CI 1.83～17.04,P＜0.05)。見(jiàn)圖4。

圖4 不同干預(yù)周期BCI對(duì)腦卒中患者FMA-UE評(píng)分的影響

2.2.2 ARAT

3 篇文獻(xiàn)[11,16,19]報(bào)道ARAT 評(píng)分，涉及試驗(yàn)組72例，對(duì)照組36 例。I2=0%,P＞0.1，研究間不存在顯著異質(zhì)性。試驗(yàn)組ARAT 評(píng)分高于對(duì)照組(MD=7.68,95%CI 0.49～14.88,P＜0.05)。見(jiàn)圖5。

圖5 BCI對(duì)腦卒中患者ARAT評(píng)分的影響

2.2.3 WMFT

2 篇文獻(xiàn)[18,21]報(bào)道WMFT 評(píng)分，文獻(xiàn)量較少，未進(jìn)行Meta分析。兩篇文獻(xiàn)均認(rèn)為，試驗(yàn)組療效更優(yōu)。

2.2.4 MBI

7 篇文獻(xiàn)[10,17-18,21-24]報(bào)道MBI 評(píng)分，涉及試驗(yàn)組和對(duì)照組各89例。I2=91%,P＜0.1，研究間存在顯著異質(zhì)性。敏感性分析剔除2 篇文獻(xiàn)[17,22]后，I2=17%,P＞0.1，研究間不存在顯著異質(zhì)性。試驗(yàn)組MBI 評(píng)分顯著高于對(duì)照組(MD=8.91,95%CI 5.57～12.25,P＜0.001)。見(jiàn)圖6。

圖6 敏感性分析后BCI對(duì)腦卒中患者M(jìn)BI評(píng)分的影響

2.3 網(wǎng)狀Meta分析

納入文獻(xiàn)中，7 篇[11,14,17-18,22-24]BCI 的驅(qū)動(dòng)設(shè)備為電刺激儀，5 篇[10,13,15-16,21]為機(jī)器輔助設(shè)備，2 篇[19-20]為視覺(jué)反饋裝置。以FMA-UE 評(píng)分為指標(biāo)，不同驅(qū)動(dòng)設(shè)備療效比較的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系見(jiàn)圖7，概率排序見(jiàn)表2。3 種驅(qū)動(dòng)設(shè)備改善腦卒中患者FMA-UE 評(píng)分的最佳概率排序?yàn)殡姶碳x(P=0.53)、視覺(jué)反饋裝置(P=0.41)、機(jī)器輔助設(shè)備(P=0.06)。

圖7 不同驅(qū)動(dòng)設(shè)備BCI療效比較的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系

表2 不同干預(yù)效果最佳的概率

2.4 不良反應(yīng)

3 篇文獻(xiàn)[13,16,23]報(bào)道患者經(jīng)BCI 干預(yù)后出現(xiàn)疲勞[13,16,23]、頭部不適[16,23]、惡心[13]和血壓升高[16]等癥狀，休息后很快緩解。其余文獻(xiàn)無(wú)相關(guān)不良反應(yīng)報(bào)道。

2.5 發(fā)表偏倚

以FMA-UE 為指標(biāo)對(duì)納入文獻(xiàn)進(jìn)行漏斗圖分析，漏斗圖無(wú)明顯不對(duì)稱，Meta 分析結(jié)果較為可靠。見(jiàn)圖8。

圖8 以FMA-UE為結(jié)局指標(biāo)的漏斗圖(隨機(jī)效應(yīng)模型)

3 討論

BCI 作為一種新興中樞干預(yù)療法[25]，已有文章綜述了其改善腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的臨床應(yīng)用價(jià)值[26-28]。本研究從循證醫(yī)學(xué)角度，評(píng)價(jià)BCI 對(duì)腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)療效，并比較不同驅(qū)動(dòng)設(shè)備BCI的療效差異。

上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定常采用FMA-UE、ARAT 和WMFT[29-30]，日常生活活動(dòng)能力采用MBI 評(píng)定[31]，均為正向計(jì)分。本研究顯示，與對(duì)照組相比，BCI 可顯著改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能和日常生活活動(dòng)能力。納入文獻(xiàn)中，干預(yù)周期2～8 周不等，每周干預(yù)2～5 次，本研究尚不能確定干預(yù)周期和累計(jì)干預(yù)時(shí)間與上肢運(yùn)動(dòng)功能改善的關(guān)系。網(wǎng)狀Meta 分析顯示，驅(qū)動(dòng)設(shè)備為電刺激儀的BCI 最有可能更大程度改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能。

與以往的系統(tǒng)評(píng)價(jià)和Meta 分析[32-33]不同，本研究通過(guò)網(wǎng)狀Meta分析方法比較了不同驅(qū)動(dòng)設(shè)備BCI改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的療效差異，為臨床BCI 驅(qū)動(dòng)設(shè)備的選擇提供一定參考。Ang 等[34]比較干預(yù)6 周后BCI 組和對(duì)照組的上肢運(yùn)動(dòng)功能，隨訪中FMA-UE評(píng)分均得到改善，但組間無(wú)顯著性差異。但也有隨訪研究顯示[11]，兩組間FMA 和ARAT評(píng)分均有顯著性差異。BCI的長(zhǎng)期療效還有待進(jìn)一步研究。

上肢功能障礙是腦卒中患者最常見(jiàn)的后遺癥之一[35]，現(xiàn)階段仍是臨床治療的難點(diǎn)問(wèn)題。Li 等[36]研究顯示，腦卒中患者感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)和頂葉激活可能有助于運(yùn)動(dòng)功能改善。功能磁共振成像研究表明[37]，BCI干預(yù)后上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)可能與受損區(qū)域皮質(zhì)激活增加有關(guān)。Biasiucci 等[14]則認(rèn)為，受損大腦半球運(yùn)動(dòng)區(qū)域之間的功能性連接增加與上肢運(yùn)動(dòng)功能的改善密切相關(guān)。輔助性BCI 可對(duì)電刺激儀或機(jī)器輔助設(shè)備進(jìn)行連續(xù)、多維控制，輔助患者日常生活活動(dòng)[28]。個(gè)案研究報(bào)道[38]，基于BCI 驅(qū)動(dòng)功能性電刺激(functional electrical stimulation,FES)系統(tǒng)可改善腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能；能實(shí)現(xiàn)精確大腦信號(hào)控制[39]?，F(xiàn)階段，大多數(shù)BCI-FES 系統(tǒng)多只能觸發(fā)單自由度的簡(jiǎn)單動(dòng)作，如伸腕或伸指，未來(lái)應(yīng)開(kāi)發(fā)可完成多維度和多肌肉的功能性任務(wù)[40]。

本研究存在一定潛在偏倚。目前BCI 改善腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能的RCT相對(duì)較少，本次納入的文獻(xiàn)數(shù)量較少且質(zhì)量一般；部分納入文獻(xiàn)未描述具體的隨機(jī)方法、分配隱藏和盲法；患者的基線水平、干預(yù)方案和結(jié)局指標(biāo)主觀性較強(qiáng)，可能影響Meta 分析結(jié)果；僅3 篇文獻(xiàn)[11,13-14]報(bào)道隨訪情況，且隨訪時(shí)間較短，缺乏對(duì)BCI 長(zhǎng)期效應(yīng)的觀察。仍需開(kāi)展更多高質(zhì)量RCT，進(jìn)一步驗(yàn)證BCI 對(duì)腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)療效。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。