腦機(jī)接口訓(xùn)練對卒中后感覺障礙患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的影響：1項(xiàng)探索性研究

付江紅，陳樹耿，束小康，蔣澤武，魏棟帥，賈杰，4

目的 探究腦機(jī)接口訓(xùn)練對存在感覺障礙的卒中患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的影響。

方法 前瞻性招募同時(shí)存在上肢感覺和運(yùn)動(dòng)功能障礙的卒中受試者，隨機(jī)分為試驗(yàn)組與對照組。試驗(yàn)組接受每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的基于運(yùn)動(dòng)嘗試的機(jī)器人輔助下的抓握張開腦機(jī)接口訓(xùn)練，對照組則進(jìn)行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的抓握張開相關(guān)任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練。在干預(yù)前后采用Fugl-Meyer上肢運(yùn)動(dòng)功能評定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，F(xiàn)MAUE）、上肢動(dòng)作研究量表（action research arm test，ARAT）評估患者的上肢運(yùn)動(dòng)功能；Fugl-Meyer量表上肢感覺評分評價(jià)感覺功能；改良的Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評估肌張力；改良Barthel指數(shù)（modified Barthel index，MBI）評估日常生活能力。比較2組治療后較本組治療前上述指標(biāo)的改善情況，治療后2組上述指標(biāo)的差異以及各指標(biāo)干預(yù)后較干預(yù)前的進(jìn)步情況（干預(yù)后分值-干預(yù)前分值）。

結(jié)果 共納入12例存在上肢感覺和運(yùn)動(dòng)功能障礙的卒中患者，試驗(yàn)組與對照組各6例。試驗(yàn)組[19.00（16.50～42.25）分 vs. 10.00（7.75～23.25）分，P=0.028]、對照組[13.00（10.50～27.50）分vs. 9.00（8.50～21.00）分，P=0.042]干預(yù)后FMA-UE評分均較本組干預(yù)前顯著改善，此外，試驗(yàn)組患者干預(yù)后在ARAT[4.00（3.50～10.50）分 vs. 2.00（1.00～14.00）分，P=0.042]、MBI評分[75.00（58.75～87.50）分 vs. 57.50（50.00～67.50）分，P=0.041]方面也較本組干預(yù)前顯著改善。干預(yù)后2組的比較顯示，試驗(yàn)組MBI較對照組提高[75.00（58.75～87.50）分 vs. 45.00（45.00～55.00）分，P=0.023]，余指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另外，比較2組干預(yù)后各指標(biāo)的進(jìn)步情況，試驗(yàn)組FMA-UE[9.50（6.75～15.25）分 vs. 4.50（3.00～8.25）分，P=0.030]及屈指MAS[-0.50（-1.00～0.00）分 vs. 0.00（0.00～0.50）分，P=0.020]的進(jìn)步較對照組明顯。

結(jié)論 對于存在感覺障礙的患者，進(jìn)行腦機(jī)接口干預(yù)可促進(jìn)其運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)及日常生活能力的提升。

卒中是我國成人致殘的首位病因，現(xiàn)患人數(shù)已超過1300萬，疾病負(fù)擔(dān)有爆發(fā)式增長的態(tài)勢[1]。卒中后患者多遺留不同程度的功能障礙，其中以手功能障礙最為突出[2]。目前卒中后手功能障礙的干預(yù)措施主要為中樞干預(yù)，如鏡像療法（mirror therapy，MT）、腦機(jī)接口（braincomputer interface，BCI）、經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）、運(yùn)動(dòng)想象（motor imagery，MI）等，結(jié)合外周訓(xùn)練，如任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練、機(jī)器人訓(xùn)練、功能性電刺激等，對卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)具有一定的效果[3-7]。感覺功能對運(yùn)動(dòng)的計(jì)劃、執(zhí)行有著相輔相成的作用，存在感覺障礙常提示卒中患者的預(yù)后不佳[8-9]。本文針對存在感覺功能障礙的卒中患者在接受腦機(jī)接口訓(xùn)練后運(yùn)動(dòng)功能的轉(zhuǎn)歸進(jìn)行探索。

1 對象與方法

1.1 研究對象 本研究為前瞻性、隨機(jī)對照試驗(yàn)，于2020年12月-2022年10月從復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院、靜安區(qū)中心醫(yī)院、上海市第三康復(fù)醫(yī)院住院部招募卒中受試者。受試者均簽署知情同意書，研究通過華山醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，倫理批件號為（2021）臨審第（039）號，研究的臨床注冊號為ChiCTR2100044492。本研究設(shè)計(jì)為通過信封法隨機(jī)分組，設(shè)置對照及盲法評估。

入組標(biāo)準(zhǔn)：①首次卒中，包括缺血性和出血性卒中，診斷符合《中國各類主要腦血管病診斷要點(diǎn)2019》中卒中的定義[10]：②2周≤發(fā)病時(shí)間≤12個(gè)月；③簡易精神狀態(tài)評分≥20分，可理解并執(zhí)行基本指令；④18歲≤年齡≤80歲；⑤上肢Brunnstrom分期Ⅰ～Ⅳ期；⑥屈指改良Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評分≤2分；⑦患手存在感覺障礙和運(yùn)動(dòng)功能障礙，F(xiàn)ugl-Meyer量表（Fugl-Meyer assessment，F(xiàn)MA）中深/淺感覺評分＜2分；⑧患者同意參與研究并簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重的心臟、肺臟、肝臟、腎臟等重要臟器功能衰竭，不可控的高血壓、心律失常、嚴(yán)重冠心病、糖尿病合并癥控制欠佳；②既往有認(rèn)知障礙、神經(jīng)精神病史、藥物濫用及酗酒史；③不能完成基本療程，預(yù)估依從性欠佳及難以隨訪；④上肢嚴(yán)重疼痛和不穩(wěn)定；⑤妊娠期女性，同時(shí)期參與其他臨床試驗(yàn)；⑥3個(gè)月內(nèi)有肉毒素注射史或短期內(nèi)有影響肌張力的藥物使用史。

1.2 評估指標(biāo) 病史采集：記錄患者的人口學(xué)信息（年齡和性別），既往史（高血壓、糖尿病、冠心病及高脂血癥等基礎(chǔ)疾?。?，卒中病程和卒中類型（腦出血/腦梗死）等臨床指標(biāo)。

量表評估：具有3年及以上臨床經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師對患者干預(yù)前、后進(jìn)行以下量表的盲法評估。采用Fugl-Meyer上肢運(yùn)動(dòng)功能評定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，F(xiàn)MA-UE）及上肢動(dòng)作研究量表（action research arm test，ARAT）評估上肢手功能；改良的Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評估目標(biāo)肌群張力，MAS分值中，1+轉(zhuǎn)為1.5分進(jìn)行計(jì)算[11]；Fugl-Meyer量表上肢感覺評分用于評價(jià)感覺功能；改良Barthel指數(shù)（modified Barthel index，MBI）評估日常生活活動(dòng)能力。

1.3 分組及干預(yù)措施 采用信封法將入組患者分為試驗(yàn)組和對照組。由具有3年及以上經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師/治療師對試驗(yàn)組進(jìn)行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的腦機(jī)接口訓(xùn)練；對照組進(jìn)行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練。另外，2組均接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，包括物理治療、作業(yè)治療、針灸和理療等。

試驗(yàn)組腦機(jī)接口訓(xùn)練內(nèi)容：結(jié)合既往研究及本課題組前期的腦機(jī)接口研究結(jié)果[5，12-13]，試驗(yàn)組的腦機(jī)接口訓(xùn)練采用無創(chuàng)式腦電識別基于運(yùn)動(dòng)嘗試的運(yùn)動(dòng)任務(wù)信號并將其轉(zhuǎn)化為指令，控制機(jī)械手幫助患者患手進(jìn)行張開和抓握活動(dòng)。受試者基于腦電的大腦感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)節(jié)律被檢測到后轉(zhuǎn)化為控制穿戴于手部的機(jī)械手的張開與抓握指令，患者根據(jù)機(jī)械手指令，做運(yùn)動(dòng)嘗試動(dòng)作，包括嘗試張開手掌和握拳。每天只練習(xí)1個(gè)動(dòng)作。訓(xùn)練范例見圖1。訓(xùn)練設(shè)備由上海市念通智能科技有限公司同復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科共同研發(fā)。

圖1 腦機(jī)接口訓(xùn)練場景

對照組任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練內(nèi)容：治療人員指導(dǎo)受試者完成每天30 min的腦機(jī)接口動(dòng)作相關(guān)的抓握運(yùn)動(dòng)嘗試訓(xùn)練，如抓取杯子、牙膏、牙刷，緊張痙攣時(shí)進(jìn)行自我放松。

比較2組治療前的基線資料差異，以及治療后較本組治療前各量表評分的差異，另外，比較治療后2組各量表評分的差異，以及2組較本組治療前各量表評分的改善情況（各量表干預(yù)后分值-干預(yù)前分值）。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 使用SPSS 26軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，GraphPad Prism 9軟件進(jìn)行畫圖。本研究的計(jì)量資料采用M（P25～P75）表示，組間與組內(nèi)數(shù)據(jù)分析均采用秩和檢驗(yàn)；二分類數(shù)據(jù)以例數(shù)和率（%）表示，數(shù)據(jù)比較采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

試驗(yàn)共招募了12例符合入組和排除標(biāo)準(zhǔn)的卒中患者，試驗(yàn)組6例，對照組6例。2組的基線指標(biāo)，包括年齡、性別、既往史、卒中類型、病程、FMA-UE、ARAT、屈指MAS、FMA-手指輕觸覺、FMA-手指深感覺、MBI等差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

表1 試驗(yàn)組和對照組的基線數(shù)據(jù)比較結(jié)果

就同組干預(yù)前后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，試驗(yàn)組、對照組的干預(yù)后FMA-UE評分均較本組干預(yù)前改善，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，此外，試驗(yàn)組干預(yù)后在ARAT、MBI評分方面也較本組干預(yù)前顯著進(jìn)步，余指標(biāo)干預(yù)前后差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2，圖2）。

表2 試驗(yàn)組和對照組治療前后各量表評分比較

圖2 試驗(yàn)組與對照組的FMA-UE、ARAT和MBI評分情況

干預(yù)后試驗(yàn)組的MBI較對照組升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[75.00（58.75～87.50）分vs. 45.00（45.00～55.00）分，P=0.023]。比較2組較治療前的進(jìn)步情況，試驗(yàn)組FMA-UE評分和MAS評分的改善情況優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）。

表3 試驗(yàn)組和對照組治療后各量表評分改善比較①

3 討論

本研究結(jié)果顯示，對于同時(shí)存在上肢感覺和運(yùn)動(dòng)障礙的卒中患者，進(jìn)行腦機(jī)接口康復(fù)干預(yù)可促進(jìn)其上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。目前，腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如自動(dòng)駕駛、交流控制輪椅等[14-15]。在康復(fù)領(lǐng)域，腦機(jī)接口促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)也有著較多的研究[16]。2013年Ramos-Murguialday等[17]采用隨機(jī)對照試驗(yàn)對卒中患者進(jìn)行腦機(jī)接口干預(yù)的研究，結(jié)果顯示腦機(jī)接口干預(yù)組較對照組的FMA評分顯著提升，并且FMA評分的改善同患手活動(dòng)時(shí)功能MRI顯示的大腦偏側(cè)化指數(shù)相關(guān)。2018年的1項(xiàng)薈萃分析指出，腦機(jī)接口對卒中患者干預(yù)的有效性總體超過對照組（FMA-UE評分標(biāo)準(zhǔn)均數(shù)差為0.79，95%CI0.37～1.20），證明腦機(jī)接口干預(yù)有助于卒中后上肢功能的康復(fù)。Biasiucci等[13]對卒中慢性期患者進(jìn)行腦機(jī)接口腦機(jī)接口干預(yù)，在患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)方面取得較好的結(jié)果。Chen等[5]的研究證實(shí)腦機(jī)接口訓(xùn)練對于卒中亞急性期患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)也具有一定的效果。本研究針對上肢感覺和運(yùn)動(dòng)功能同時(shí)受損患者的研究發(fā)現(xiàn)，對存在感覺障礙的卒中患者，進(jìn)行腦機(jī)接口訓(xùn)練可促進(jìn)其運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)，進(jìn)一步拓寬了卒中領(lǐng)域腦機(jī)接口技術(shù)的適用患者群體。

腦機(jī)接口技術(shù)在卒中后手功能康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用中，是將大腦的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)意圖輸出轉(zhuǎn)化為指令，控制外部機(jī)械手等相關(guān)設(shè)備，外部設(shè)備帶動(dòng)患手活動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)生綜合感覺反饋于大腦，通過多次訓(xùn)練，不斷強(qiáng)化神經(jīng)反饋通路，從而促進(jìn)功能的恢復(fù)。在人類大腦皮質(zhì)中，感覺區(qū)同運(yùn)動(dòng)區(qū)有密切的纖維聯(lián)系與相互作用[18-19]。因此，在感覺和運(yùn)動(dòng)功能同時(shí)受損的卒中患者中，借助大腦皮質(zhì)感覺區(qū)同運(yùn)動(dòng)區(qū)之間多方面、多層次的功能聯(lián)系，將感覺和運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的康復(fù)措施可能有助于兩者功能恢復(fù)的互相促進(jìn)。在本研究中，腦機(jī)接口干預(yù)可促進(jìn)患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)，同時(shí)試驗(yàn)組部分患者的感覺功能也有一定程度的恢復(fù)，但整體差異未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)效力。原因可能為：①樣本量小是主要是限制因素；②本研究中感覺功能的評估項(xiàng)目較為簡單，并且FMA 0～2分的評估范圍難以有較大的進(jìn)步空間。在后續(xù)研究中，可考慮細(xì)化感覺功能評估，采用精確、量化的工具進(jìn)行評估。

本研究顯示，腦機(jī)接口干預(yù)后，部分患者肌張力障礙有所改善，雖然試驗(yàn)組和對照組治療后的MAS評分均較本組治療前差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但分析2組MAS較治療前的改善情況，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組的MAS改善優(yōu)于對照組。Ramos-Murguialday等[20]的腦機(jī)接口研究中未發(fā)現(xiàn)干預(yù)后患者的肌張力有顯著改善，但Sebastián-Romagosa等[21]在基于運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)接口干預(yù)過程中發(fā)現(xiàn)治療后患者的腕、指MAS降低，并且效果至少可維持半年，研究者認(rèn)為干預(yù)后肌張力的改變同功能的提升可能存在著一定的協(xié)同作用。

綜上所述，本研究結(jié)果提示對于存在感覺障礙的卒中患者，腦機(jī)接口技術(shù)可促進(jìn)其運(yùn)動(dòng)障礙的恢復(fù)及日常生活能力的提升，也提示腦機(jī)接口在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。