新型腦康復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

白 冰，王大明，俞 瑩，趙依帆，陳作兵

(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 康復(fù)醫(yī)學(xué)科，浙江 杭州 310003)

腦康復(fù)主要包括腦血管疾病、腦創(chuàng)傷及各類顱腦術(shù)后的神經(jīng)康復(fù)。腦部疾病導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)損傷致殘率高，是失能、半失能的主要原因。發(fā)表于Lancet雜志的數(shù)據(jù)[1]表明，神經(jīng)系統(tǒng)疾病是世界范圍內(nèi)致殘的主要疾病，占全球傷殘調(diào)整生命年的10.2%，預(yù)計(jì)影響2.5億人口。神經(jīng)疾病的高致殘率意味著神經(jīng)康復(fù)任務(wù)重要而艱巨。腦康復(fù)主要是針對各類顱腦疾病及損傷所致的神經(jīng)系統(tǒng)損害的預(yù)防、評定和康復(fù)。近年神經(jīng)康復(fù)學(xué)發(fā)展迅速，康復(fù)設(shè)備的研發(fā)如火如荼，循證醫(yī)學(xué)證據(jù)扭轉(zhuǎn)了既往對于神經(jīng)損傷不可逆的宿命論觀點(diǎn)。隨著國民生活水平的提高，患者對病后生活質(zhì)量的要求也進(jìn)一步提升，這就需要不斷精進(jìn)神經(jīng)康復(fù)手段以滿足患者的日常及社交活動(dòng)需求。

1 腦康復(fù)機(jī)制研究進(jìn)展

腦的可塑性、神經(jīng)可再生是腦康復(fù)治療的理論基礎(chǔ)。腦的可塑性是指大腦可以被環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)所修飾，能適應(yīng)環(huán)境而具有修改本身結(jié)構(gòu)和功能的能力，分為結(jié)構(gòu)可塑性和功能可塑性。神經(jīng)再生是腦疾病后功能恢復(fù)的基礎(chǔ)，存活的神經(jīng)細(xì)胞新生出軸突、突觸，與失神經(jīng)腦區(qū)相連，從而恢復(fù)其功能[2]。相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[3-4]證實(shí)，早期康復(fù)訓(xùn)練能夠逆轉(zhuǎn)腦疾病后的神經(jīng)變性，激發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)的代償能力，通過突觸功能重建、軸突發(fā)芽、生物活性因子釋放、神經(jīng)干細(xì)胞激活、血管再生等方式促進(jìn)損傷部位的形態(tài)結(jié)構(gòu)改變，從而促進(jìn)新生神經(jīng)環(huán)路形成并修建錯(cuò)誤的神經(jīng)環(huán)路。對腦梗死模型大鼠的研究[5-6]發(fā)現(xiàn)，康復(fù)訓(xùn)練大鼠腦損傷程度減輕，行為學(xué)表現(xiàn)改善，相應(yīng)皮層運(yùn)動(dòng)功能區(qū)突觸明顯增加。豐富的環(huán)境、社交以及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對腦梗死大鼠的行為改善最顯著，提示豐富康復(fù)訓(xùn)練與神經(jīng)可塑性密切相關(guān)[7]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)移植的神經(jīng)干細(xì)胞具有分化為神經(jīng)元的潛能，進(jìn)而修復(fù)受損的神經(jīng)，改善大鼠行為學(xué)表現(xiàn)[8]。與此同時(shí)，對腦梗死人群的研究表明，康復(fù)治療能夠增加患者血清中腦源性營養(yǎng)因子[9]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子能夠通過多種途徑促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞生存，增加突觸的可塑性。

2 腦康復(fù)技術(shù)研究的總體思路

現(xiàn)代新型腦康復(fù)技術(shù)在患者康復(fù)治療中發(fā)揮越來越重要的作用，將新型腦康復(fù)技術(shù)推廣應(yīng)用于臨床是大勢所趨。腦康復(fù)技術(shù)研究的總體思路包括利用殘損功能和借助外部力量代償功能兩個(gè)方向，前者的代表是有創(chuàng)深部電刺激和無創(chuàng)的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)(磁和電)，后者的代表是外骨骼支架，也稱為機(jī)器人。隨著腦-機(jī)接口和信息技術(shù)、算法的進(jìn)步，出現(xiàn)了基于腦電和肌電信號的多模態(tài)輔助康復(fù)技術(shù)。傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練方法需要大量人力成本，且重復(fù)、枯燥、難以調(diào)動(dòng)患者主動(dòng)配合的積極性，虛擬場景訓(xùn)練和機(jī)器人輔助訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文對新型腦康復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜述，旨在為腦康復(fù)患者的臨床康復(fù)工作提供幫助。

3 新型腦康復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

3.1 腦部電生理技術(shù) 腦部電生理技術(shù)主要包括經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)和經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)兩種非侵入性腦刺激技術(shù)，此兩項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛認(rèn)可并應(yīng)用于臨床的神經(jīng)調(diào)節(jié)。tDCS通過頭皮對顱腦施加電刺激，誘導(dǎo)特異性大腦神經(jīng)功能變化，提高神經(jīng)可塑性。TMS基于電磁感應(yīng)與電磁轉(zhuǎn)換原理，通過頭皮對顱腦施加磁刺激，改變腦代謝和神經(jīng)電活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)大腦皮質(zhì)興奮性的作用，調(diào)節(jié)皮質(zhì)的可塑性。以上兩種非侵入性腦刺激技術(shù)具有無創(chuàng)、安全、神經(jīng)調(diào)控作用強(qiáng)、靶向精度高、應(yīng)用潛能大、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)[10]。臨床試驗(yàn)[11]證明，tDCS與TMS主要應(yīng)用于腦康復(fù)患者運(yùn)動(dòng)障礙、失語癥、認(rèn)知障礙、情緒行為障礙等治療[12]，能夠加速患者的康復(fù)進(jìn)程，提高患者的生活質(zhì)量。近年來，將腦部電生理技術(shù)與物理療法、腦-機(jī)接口、功能訓(xùn)練等治療手段共同應(yīng)用于患者的腦康復(fù)，取得了肯定的療效。電生理技術(shù)與其他康復(fù)治療手段相輔相成，共同促進(jìn)患者的康復(fù)[13-14]。但是，tDCS與TMS的生理學(xué)、分子生物學(xué)機(jī)制尚未完全闡明，導(dǎo)致其臨床應(yīng)用相對局限。未來應(yīng)聚焦于相關(guān)機(jī)制的研究，以促進(jìn)其在各類神經(jīng)精神障礙中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)非侵入性腦刺激康復(fù)技術(shù)的最大化運(yùn)用。

3.2 生物反饋技術(shù) 生物反饋技術(shù)利用傳感器將人體肌電信號經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后再反饋給患者，患者經(jīng)過特殊訓(xùn)練后，對活動(dòng)性差的肢體進(jìn)行有意識的主動(dòng)調(diào)控。生物反饋訓(xùn)練能對患者的大腦皮質(zhì)進(jìn)行重復(fù)刺激，有利于皮質(zhì)重塑從而恢復(fù)受損神經(jīng)。相關(guān)的隨機(jī)對照研究[15]表明，肌電圖生物反饋訓(xùn)練能顯著改善中風(fēng)患者的上肢Fugl-Meyer量表評分、Wolf運(yùn)動(dòng)功能測試量表評分，對腦損傷患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)有積極的影響。

3.3 腦-機(jī)接口技術(shù) 腦-計(jì)算機(jī)接口(brain-machine interface, BMI)簡稱為腦-機(jī)接口，是一種新型人機(jī)信息交互方式，不依賴于大腦外周神經(jīng)肌肉，是大腦和計(jì)算機(jī)之間的直接聯(lián)系，能夠替代、增強(qiáng)或修復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常輸出，實(shí)現(xiàn)腦-機(jī)間的直接通訊，并利用執(zhí)行器將接收到的大腦信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的動(dòng)作，將“思想”直接轉(zhuǎn)化為“行動(dòng)”。BMI技術(shù)在腦康復(fù)中的應(yīng)用潛力巨大，能夠?qū)崿F(xiàn)肌萎縮性側(cè)索硬化癥、腦干梗死及腦癱等所致的閉鎖綜合征患者與外界環(huán)境的交流[16]。BMI與物理治療結(jié)合能夠顯著改善肢體的功能障礙[17]。近年的研究表明，BMI還能應(yīng)用于本體感覺障礙及認(rèn)知障礙的治療[18]，海馬BMI的應(yīng)用能夠喚醒記憶缺陷大鼠的記憶，在猴子中的應(yīng)用研究也得到相關(guān)證實(shí)[19]。隨著人工智能的興起，無創(chuàng)BMI技術(shù)有望成為研究神經(jīng)可塑性的重要工具。對BMI技術(shù)的精進(jìn)研究、擴(kuò)大生產(chǎn)、降低使用成本及完善相關(guān)的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，是未來BMI轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用的挑戰(zhàn)。

3.4 康復(fù)機(jī)器人 大量重復(fù)的康復(fù)訓(xùn)練已被證實(shí)是腦康復(fù)治療的重要手段，但其加重了康復(fù)師的工作強(qiáng)度、加大了衛(wèi)生成本。為了解決這一問題，20世紀(jì)90年代康復(fù)機(jī)器人的研究應(yīng)運(yùn)而生。隨著近30年的技術(shù)探索，康復(fù)機(jī)器人正在向多功能、智能化、易操作的方向發(fā)展?？祻?fù)機(jī)器人主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)障礙患者的輔助性治療，還可應(yīng)用于認(rèn)知言語障礙的治療?？祻?fù)機(jī)器人根據(jù)功能不同有多種分類，如可穿戴式、不可穿戴式、上肢/下肢康復(fù)機(jī)器人、部分減重平板運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人。多項(xiàng)研究均已證實(shí)機(jī)器人訓(xùn)練可顯著減輕急性腦卒中患者的殘疾程度并有益于其大腦功能的重組[20-23]。Kosak等[24]的研究表明，部分減重平板運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人對腦損傷所致的嚴(yán)重癱瘓患者幫助較大，能減少患者康復(fù)訓(xùn)練中的耗氧量，同時(shí)該技術(shù)也適用于合并心血管疾病的患者。神經(jīng)康復(fù)機(jī)械手訓(xùn)練可有效改善患者的上肢運(yùn)動(dòng)功能[25]。然而，康復(fù)機(jī)器人也存在很多問題，如安全性、實(shí)用性、相關(guān)指南缺失，機(jī)器故障所致的二次損害的避免、機(jī)器人使用感的提升、機(jī)器人購買及維修費(fèi)用的降低、指南的標(biāo)準(zhǔn)化及使用、針對不同腦康復(fù)人群個(gè)性化康復(fù)方案的完善，都對康復(fù)機(jī)器人的普及至關(guān)重要。

3.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality, VR)是通過計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感的技術(shù)。患者在VR技術(shù)提供的與現(xiàn)實(shí)生活相關(guān)的虛擬環(huán)境中進(jìn)行有目的的主動(dòng)訓(xùn)練，通過與計(jì)算機(jī)的互動(dòng)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)技能。沉浸、交互、想象是VR技術(shù)的特征，VR技術(shù)輔助的康復(fù)治療使患者處于主動(dòng)狀態(tài)，訓(xùn)練過程有情景代入，大大增加了訓(xùn)練的趣味性。治療師通過VR反饋信息了解患者的訓(xùn)練成效，及時(shí)調(diào)整療法；臨床醫(yī)師通過監(jiān)測患者的運(yùn)動(dòng)可塑性參數(shù)，及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃[26]。目前VR技術(shù)在腦康復(fù)領(lǐng)域主要用于改善手功能、運(yùn)動(dòng)功能、平衡功能、認(rèn)知功能和空間障礙等[27-28]。VR技術(shù)配合神經(jīng)康復(fù)機(jī)械手訓(xùn)練對腦康復(fù)患者也大有益處[29]。Aida等[30]對11項(xiàng)腦損傷的VR康復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行匯總研究，其中10項(xiàng)研究均表明VR技術(shù)有益于腦創(chuàng)傷患者的康復(fù)，但11項(xiàng)研究中僅有2項(xiàng)臨床試驗(yàn)為高證據(jù)水平的隨機(jī)對照試驗(yàn)。目前VR技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還缺乏更多高證據(jù)水平的大樣本多中心臨床數(shù)據(jù)支持，亦缺乏相應(yīng)的治療和評估標(biāo)準(zhǔn)。另外有報(bào)道指出，腦康復(fù)患者在VR訓(xùn)練中會(huì)出現(xiàn)暈動(dòng)癥等不良反應(yīng)，如何減少此類不適癥狀的發(fā)生也至關(guān)重要。另外，VR技術(shù)的設(shè)備開發(fā)和投入費(fèi)用較高，尚無法大范圍推廣應(yīng)用。同時(shí)，簡化操作系統(tǒng)、開發(fā)多用戶系統(tǒng)、將VR技術(shù)與遠(yuǎn)程康復(fù)相結(jié)合等均是腦康復(fù)領(lǐng)域VR技術(shù)的未來發(fā)展方向。

3.6 5G技術(shù) 5G技術(shù)與康復(fù)治療相結(jié)合的技術(shù)尚處于起步階段。鑒于5G技術(shù)的逐漸普及，康復(fù)診療模式正發(fā)生著改變，遠(yuǎn)程康復(fù)是未來新趨勢。5G技術(shù)促進(jìn)康復(fù)診療由傳統(tǒng)的“醫(yī)-患”二維模式向“醫(yī)-保-網(wǎng)-患”的多維互動(dòng)模式轉(zhuǎn)變，患者有望從網(wǎng)絡(luò)終端獲得更多的醫(yī)療信息，使患者的需求獲得更大的滿足。同時(shí)，5G技術(shù)將計(jì)算機(jī)、通信、信息技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了治療師對康復(fù)設(shè)備的遠(yuǎn)程操控[31]。但由于遠(yuǎn)程控制對儀器的精細(xì)程度要求高，相配套的操控軟件、康復(fù)機(jī)器人、人機(jī)交互技術(shù)等還處于試驗(yàn)階段，最終臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化還需要不斷地探索。5G技術(shù)以其低延遲的特性極大地推動(dòng)了人機(jī)交互的發(fā)展，通過5G技術(shù)、人工智能、康復(fù)機(jī)器人、VR技術(shù)的相輔相成，未來康復(fù)診療模式將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變[32]。5G技術(shù)還能促進(jìn)康復(fù)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，使未來的康復(fù)信息更加便捷化、數(shù)字化，康復(fù)醫(yī)生通過應(yīng)用診療大數(shù)據(jù)，能夠?qū)颊叩募膊∵M(jìn)行更加科學(xué)明確的評估，促進(jìn)診療的科學(xué)與規(guī)范。5G技術(shù)在康復(fù)診療中的應(yīng)用需要醫(yī)、工、康等多學(xué)科的合作，5G技術(shù)對康復(fù)醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響已初見端倪。

4 腦康復(fù)技術(shù)未來研究展望

4.1 基礎(chǔ)研究 首先，目前可供研究的動(dòng)物模型有限，需積極構(gòu)建功能障礙動(dòng)物模型，通過動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證神經(jīng)康復(fù)技術(shù)的作用機(jī)制；其次，神經(jīng)干細(xì)胞移植是神經(jīng)康復(fù)研究的熱點(diǎn)，但研究仍處于早期階段，通過神經(jīng)干細(xì)胞或神經(jīng)組織工程學(xué)技術(shù)修復(fù)或取代壞死區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功能恢復(fù)在未來有望成為可能；再者，開發(fā)更貼近臨床需求的新程序、新技術(shù)，并確保其應(yīng)用的安全性，需要醫(yī)、工多學(xué)科交叉。

4.2 臨床研究 首先，新型腦康復(fù)技術(shù)的開始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間及治療強(qiáng)度還需大樣本多中心的臨床研究提供循證醫(yī)學(xué)證據(jù)；其次，需統(tǒng)一臨床研究選用的結(jié)局指標(biāo)，避免使用患者主觀性強(qiáng)的量表作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對療效的客觀事實(shí)分析，提升臨床研究的真實(shí)性和客觀性；再者，需有效整合神經(jīng)影像新技術(shù)、腦電生理、肌電圖和誘發(fā)電位等技術(shù)，將其運(yùn)用到康復(fù)功能評定、康復(fù)干預(yù)有效性指導(dǎo)、預(yù)后早期判斷中，并與神經(jīng)調(diào)控技術(shù)相結(jié)合，在常規(guī)治療基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)康復(fù)的精準(zhǔn)可控。

總之，我國康復(fù)醫(yī)學(xué)起步晚，但得到了國家和政府的大力扶持，發(fā)展迅速。康復(fù)不僅是醫(yī)學(xué)的一部分，也是社會(huì)服務(wù)/支持體系的一部分，由于腦康復(fù)特有的復(fù)雜性、長期性、患者群龐大等特點(diǎn)，提高國民康復(fù)意識、提升社會(huì)認(rèn)可度、完善康復(fù)醫(yī)療體系建設(shè)是非常重要的。實(shí)現(xiàn)康復(fù)診療一體化，促進(jìn)康復(fù)服務(wù)社區(qū)化、家庭化，防-治-康三方面相結(jié)合并補(bǔ)齊康復(fù)醫(yī)療短板，不斷開發(fā)精進(jìn)康復(fù)新技術(shù)，配備完備的康復(fù)治療室及培養(yǎng)具備應(yīng)用新型腦康復(fù)技術(shù)能力的專業(yè)康復(fù)人才是未來康復(fù)診療的發(fā)展方向。