虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知與運(yùn)動(dòng)聯(lián)合對(duì)老年腦卒中患者康復(fù)期的影響

何智捷 姜淑云 張韶輝 俞艷 李陽(yáng) 魯瀟瑩 李一瀛

(1上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院,上海 200437;2上海市虹口區(qū)江灣醫(yī)院)

腦卒中是導(dǎo)致成人殘疾的最常見(jiàn)原因之一,運(yùn)動(dòng)控制和上肢肌肉力量喪失是腦卒中后最常見(jiàn)的功能障礙。研究〔1〕顯示,36%的患者在腦卒中后5年仍然存在功能障礙。多數(shù)研究?jī)A向于運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)原則促進(jìn)康復(fù),但患者的注意力、記憶、執(zhí)行功能等認(rèn)知功能也可能受到腦卒中影響,雖然高達(dá)70%的患者存在認(rèn)知功能減退,但傳統(tǒng)康復(fù)方式多以運(yùn)動(dòng)為核心,忽略認(rèn)知功能康復(fù),同樣不利于患者獨(dú)立生活的能力〔2,3〕。研究〔4〕顯示,認(rèn)知康復(fù)有助于運(yùn)動(dòng)恢復(fù),根據(jù)患者的認(rèn)知功能障礙情況,給予不同的運(yùn)動(dòng)模式,將認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化訓(xùn)練相結(jié)合,對(duì)改善其預(yù)后具有重要意義。虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是可創(chuàng)建與體驗(yàn)虛擬世界的仿真系統(tǒng),患者通過(guò)與虛擬仿真環(huán)境中的物體交互,完成功能性活動(dòng)和操作,產(chǎn)生身臨其境的體驗(yàn),對(duì)改善腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能和生活能力具有明顯的效果〔5〕。目前較少見(jiàn)包括認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)聯(lián)合康復(fù)的VR干預(yù)報(bào)道,本研究探討基于VR的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知訓(xùn)練對(duì)老年腦卒中患者運(yùn)動(dòng)預(yù)后的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料 選擇2017年6月至2019年12月在上海市中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院就診的腦卒中患者118例,采用隨機(jī)數(shù)字表法分為對(duì)照組和觀察組各59例。對(duì)照組59例,其中男34例,女25例;年齡60～78歲,平均(70.08±6.14)歲;文化程度:小學(xué)18例,中學(xué)24例,≥大專17例;受累側(cè)別:左側(cè)33例,右側(cè)26例;病程(5.83±3.14)w;簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查(MMSE)量表評(píng)分(18.18±2.17)分。觀察組59例,其中男31例,女28例;年齡60～79歲,平均(70.87±7.14)歲;文化程度:小學(xué)15例,中學(xué)31例,≥大專13例;受累側(cè)別:左側(cè)31例,右側(cè)28例;病程(6.01±3.29)w;MMSE評(píng)分(18.36±2.14)分。2組性別、年齡、文化程度、受累側(cè)別、病程、MMSE評(píng)分等一般資料差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。納入標(biāo)準(zhǔn):①年齡60～80歲,經(jīng)頭顱CT或MRI檢查,符合缺血性腦卒中的診斷標(biāo)準(zhǔn)〔6〕;②患者生命體征穩(wěn)定,無(wú)明顯智力障礙,存在一定認(rèn)知功能障礙,但經(jīng)治療評(píng)估可理解任務(wù)和遵循指導(dǎo)完成任務(wù),可進(jìn)行基本交流;③文化程度≥小學(xué)4年級(jí),具有一定讀寫(xiě)能力;④首次發(fā)病,病程<6個(gè)月;⑤下肢Brunnstrom功能分期不低于Ⅳ期,改良Ashworth分級(jí)≤2級(jí);⑥患者對(duì)研究知情并簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn):①存在先天性智力缺陷者;②腦卒中前存在阿爾茨海默病、血管性癡呆者;③抑郁自評(píng)量表(SDS)評(píng)分≥70分者;④嚴(yán)重心肺功能不全或存在其他肌肉、神經(jīng)性疾病,影響運(yùn)動(dòng)功能者;⑤精神疾病患者。

1.2研究方法 兩組均給予包括良肢位擺放、被動(dòng)活動(dòng)肢體關(guān)節(jié)、上下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)等在內(nèi)運(yùn)動(dòng)康復(fù),給予物理因子包括功能性電刺激、肌電生物反饋等治療。同時(shí)給予基于VR的運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練,借助體感游戲器Wii實(shí)現(xiàn),上肢訓(xùn)練項(xiàng)目包括乒乓球運(yùn)動(dòng)、網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)、廚房料理等內(nèi)容,下肢訓(xùn)練項(xiàng)目主要是平板步行,康復(fù)師根據(jù)患者的步行功能調(diào)節(jié)平板速度和場(chǎng)景,使患者有身臨其境的感覺(jué),每日訓(xùn)練時(shí)間25～30 min。每日訓(xùn)練30 min,每周訓(xùn)練5 d。在此基礎(chǔ)上,對(duì)照組給予傳統(tǒng)認(rèn)知功能訓(xùn)練,觀察組給予基于VR的認(rèn)知功能訓(xùn)練。對(duì)照組:給予傳統(tǒng)認(rèn)知功能恢復(fù)訓(xùn)練,執(zhí)行功能:使用紙、筆等工具在特定的物理空間(康復(fù)表)中進(jìn)行練習(xí),練習(xí)中提供簡(jiǎn)單聯(lián)想(如字、字母的顏色)、反射性控制和算術(shù)運(yùn)算任務(wù),估計(jì)數(shù)字量和分類任務(wù),演繹邏輯推理任務(wù)。注意過(guò)程和視覺(jué)空間認(rèn)知功能:患者通過(guò)指示和觸摸與特定特征(顏色、圖像、動(dòng)物、功能等)相關(guān)的特定目標(biāo)刺激,治療師通過(guò)語(yǔ)言傳達(dá)給患者,患者結(jié)合和選擇相應(yīng)的圖像?？祻?fù)師根據(jù)每項(xiàng)任務(wù)的復(fù)雜性、錯(cuò)誤數(shù)量和練習(xí)的執(zhí)行速度,執(zhí)行3個(gè)難度等級(jí)的認(rèn)知恢復(fù)訓(xùn)練。觀察組:給予基于VR的認(rèn)知功能訓(xùn)練,采用BTS Nirvana(BTs-N)情景互動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練。BTs-N是1個(gè)半沉浸式治療項(xiàng)目,提供交互虛擬場(chǎng)景,患者在治療師幫助下進(jìn)行訓(xùn)練,患者通過(guò)運(yùn)動(dòng)與虛擬場(chǎng)景和視聽(tīng)刺激進(jìn)行互動(dòng),創(chuàng)造一個(gè)整體感官參與,促進(jìn)注意力、視覺(jué)空間和執(zhí)行技能康復(fù)。執(zhí)行功能:患者通過(guò)交互式屏幕上的運(yùn)動(dòng)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練。這些運(yùn)動(dòng)允許在不同的方向上移動(dòng)或操縱特定的對(duì)象(如球、花和蝴蝶),或在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建與動(dòng)態(tài)交互的特定關(guān)聯(lián)(即顏色編號(hào))。當(dāng)患者接觸虛擬對(duì)象時(shí),他或她確定音頻和視頻反饋(使用精靈活動(dòng))。受試者可以在治療師的指導(dǎo)下,通過(guò)計(jì)算和數(shù)字處理、抑制控制和算術(shù)運(yùn)算來(lái)完成意念動(dòng)作序列;能夠估計(jì)數(shù)字量和分類;能夠使用特定的虛擬任務(wù)進(jìn)行演繹邏輯推理。虛擬場(chǎng)景:砌磚工具;跳房子;水果的顏色;穿行;雞蛋圈。隨著虛擬任務(wù)的復(fù)雜度、屏幕上的元素及治療師要求的難度的增加,難度等級(jí)(從第一級(jí)增加到第三級(jí))。注意過(guò)程和視覺(jué)空間認(rèn)知:患者選擇或探索在虛擬環(huán)境中觀察到的一些元素(顏色、音符、幾何圖形、動(dòng)物等),這些元素在一個(gè)可變的時(shí)間內(nèi)對(duì)觀察者保持可見(jiàn),這是由虛擬系統(tǒng)、治療師和患者之間的交互作用建立的?；颊咴谔囟〞r(shí)間觸摸虛擬目標(biāo)元素;此操作會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)變化,并伴有典型的音頻或視頻反饋(正強(qiáng)化);否則,該元素消失(負(fù)強(qiáng)化,狩獵任務(wù))。虛擬場(chǎng)景:臺(tái)球、鋼琴、風(fēng)暴、花和球等。難度隨著甜品數(shù)量的增加和執(zhí)行時(shí)間的減少而增加。兩組均連續(xù)訓(xùn)練8 w。

1.3觀察指標(biāo) ①干預(yù)前后采用MMSE量表和洛文斯頓認(rèn)知評(píng)定(LOTCA)量表評(píng)估患者的認(rèn)知功能,MMSE量表〔7〕包括記憶、言語(yǔ)、視空間、計(jì)算及注意力等維度,滿分30分,得分越高說(shuō)明患者認(rèn)知功能越好;LOTCA評(píng)分〔8〕包括定向、知覺(jué)等維度共20個(gè)項(xiàng)目,滿分91分,得分越高說(shuō)明患者認(rèn)知功能越好。②干預(yù)前后采用Fugl-Meyer量表(FMA)〔9〕評(píng)估患者的功能,FMA包括上肢和下肢兩個(gè)部分,上肢部分滿分66分,下肢部分滿分34分,得分越高說(shuō)明患者的運(yùn)動(dòng)功能越好。③干預(yù)前后應(yīng)用改良Barthel指數(shù)(MBI)〔10〕,MBI滿分包括10個(gè)條目,滿分100分,得分越高說(shuō)明患者日常生活活動(dòng)能力越好。④干預(yù)前后采用抑郁自評(píng)量表(SDS)評(píng)估患者的抑郁情緒,SDS包括20個(gè)條目,滿分100分,得分越高說(shuō)明患者抑郁情緒越嚴(yán)重。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS23.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1兩組干預(yù)前后MMSE、LOTCA量表評(píng)分比較 干預(yù)前兩組MMSE及LOTCA量表各維度評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);干預(yù)后兩組MMSE量表及LOTCA量表各維度評(píng)分與干預(yù)前相比均顯著升高,且觀察組明顯高于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組干預(yù)前后MMSE、LOTCA量表評(píng)分相比較分,n=59)

2.2兩組干預(yù)前后FMA相比較 干預(yù)前兩組FMA上肢部分和下肢部分評(píng)分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);干預(yù)后兩組FMA上肢部分和下肢部分評(píng)分均較干預(yù)前顯著升高,且觀察組均明顯高于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表2。

2.3兩組干預(yù)前后MBI和SDS評(píng)分相比較 干預(yù)前兩組MBI和SDS評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);干預(yù)后兩組MBI評(píng)分與治療前相比較均顯著升高,且觀察組與同期對(duì)照組相比均顯著升高(P<0.05),而SDS評(píng)分均比治療前顯著降低,且觀察組與同期對(duì)照組相比均顯著降低(均P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 兩組干預(yù)前后FMA、MBI、SDS評(píng)分相比較分,n=59)

3 討 論

目前腦卒中后康復(fù)技術(shù)包括物理訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)療法、機(jī)器人療法、水療、音樂(lè)療法、皮質(zhì)內(nèi)刺激和心理健康實(shí)踐、任務(wù)導(dǎo)向訓(xùn)練、鏡子療法等。VR是近年來(lái)應(yīng)用于康復(fù)領(lǐng)域的一種治療方法,在這種方法中,用戶通過(guò)手和身體的運(yùn)動(dòng),或通過(guò)觸覺(jué)界面(手套、操縱桿、鼠標(biāo))與虛擬對(duì)象交互,在模擬環(huán)境中執(zhí)行動(dòng)作〔11〕。任天堂Wii在商業(yè)游戲系統(tǒng)中發(fā)明了低成本的人體運(yùn)動(dòng)傳感器,這使用電子游戲進(jìn)行康復(fù)變得更加容易。VR的使用增加了運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和康復(fù)期間神經(jīng)可塑性的潛力,一項(xiàng)使用磁共振成像的研究發(fā)現(xiàn)了一致的結(jié)果,顯示了感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的重組〔12〕。Allain等〔13〕指出,在虛擬廚房中執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)意味著在現(xiàn)實(shí)生活中執(zhí)行任務(wù)。購(gòu)買食品雜貨的虛擬實(shí)踐與實(shí)際雜貨店購(gòu)物的績(jī)效提高相關(guān),與虛擬世界互動(dòng)的患者在執(zhí)行日常活動(dòng)時(shí)受到的限制較少。McEwen等〔14〕研究顯示,站立時(shí)VR平衡挑戰(zhàn)可改善患者下肢運(yùn)動(dòng)功能?；赩R的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)被證明可有效改善踝跖屈肌肉協(xié)調(diào)性和增加步行速度〔15〕。從神經(jīng)解剖學(xué)角度看,虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練干預(yù)通過(guò)功能磁共振促進(jìn)大腦皮層的重組影像學(xué)通過(guò)大腦皮層的偏側(cè)化及初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層和體感皮層的激活,提供了神經(jīng)可塑性的證據(jù)。

認(rèn)知障礙是腦卒中后常見(jiàn)的功能障礙,研究〔16〕顯示,高達(dá)78%的腦卒中患者存在認(rèn)知功能障礙。對(duì)老年患者而言,腦卒中后認(rèn)知功能障礙不但增加了癡呆風(fēng)險(xiǎn),而且與運(yùn)動(dòng)功能不良和生活依賴風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān),對(duì)患者的生活質(zhì)量具有明顯負(fù)面影響,降低患者社交能力。一項(xiàng)針對(duì)異質(zhì)性腦卒中患者的大樣本研究發(fā)現(xiàn),特定的病灶位置會(huì)導(dǎo)致多個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知障礙,大腦結(jié)構(gòu)的病理變化與各種阿爾茨海默病或空間忽視等認(rèn)知缺陷和癥狀的發(fā)生有關(guān)〔17〕。已有研究〔18〕顯示,認(rèn)知功能障礙可降低運(yùn)動(dòng)康復(fù)的參與熱情和依從性,與較差的運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后相關(guān)。對(duì)患者而言,回歸社會(huì)的許多日常任務(wù)或工作都需要多種認(rèn)知能力來(lái)執(zhí)行,如日常出行要求個(gè)體有選擇地注意交通、交通標(biāo)志和分散注意力,對(duì)道路上不斷變化的情況做出靈活的認(rèn)知反應(yīng),僅針對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的康復(fù)方法不能滿足日常生活活動(dòng)的需要,也可能無(wú)法充分刺激和訓(xùn)練大腦的基本過(guò)程。但既往研究〔19,20〕中在康復(fù)期更多關(guān)注的是腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)能力,對(duì)認(rèn)知功能則較少關(guān)注。目前已發(fā)表文獻(xiàn)中腦卒中患者的康復(fù)研究以物理療法、作業(yè)療法等運(yùn)動(dòng)療法為主,缺乏治療意圖的心理社會(huì)干預(yù)及認(rèn)知功能康復(fù)研究。

計(jì)算機(jī)化的神經(jīng)認(rèn)知訓(xùn)練根據(jù)患者的神經(jīng)心理模式提供個(gè)性化治療,從而刺激大腦受損區(qū)域。這種訓(xùn)練最初用于記憶干預(yù),最近不僅應(yīng)用于記憶,還應(yīng)用于注意力、問(wèn)題解決、視覺(jué)感知、執(zhí)行功能,自我修復(fù)及其他認(rèn)知功能的各個(gè)領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)化的神經(jīng)認(rèn)知訓(xùn)練,VR訓(xùn)練被應(yīng)用于改善腦卒中患者的認(rèn)知功能。研究表明,VR訓(xùn)練在提高腦損傷患者的注意力、視覺(jué)空間容量和運(yùn)動(dòng)功能方面是有效的。Clay等〔21〕研究顯示,VR是阿爾茨海默病患者認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)康復(fù)的有用工具。這些陽(yáng)性結(jié)果也在多發(fā)性硬化〔22〕患者中得到證實(shí),因?yàn)?D-VR能夠進(jìn)一步增強(qiáng)神經(jīng)可塑性,從而實(shí)現(xiàn)功能恢復(fù)。最近對(duì)帕金森病患者進(jìn)行的一項(xiàng)初步研究發(fā)現(xiàn),除了情緒外,VR還能改善執(zhí)行和視覺(jué)空間域的認(rèn)知功能〔23〕。Lim等〔24〕觀察到脊髓損傷患者在不同認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的顯著改善及焦慮和抑郁癥狀的減輕。本研究中使用了BTs-N進(jìn)行認(rèn)知功能訓(xùn)練,BTs-N創(chuàng)建了一個(gè)可以使用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行探索的三維計(jì)算機(jī)環(huán)境,將用戶投射到一個(gè)真實(shí)的場(chǎng)景中。這種經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)了患者的整體參與,因?yàn)樵黾拥姆答伩赡軙?huì)導(dǎo)致負(fù)責(zé)恢復(fù)運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和(或)認(rèn)知功能的神經(jīng)元可塑性發(fā)生重大變化。BTs-N采用了多傳感器方法,在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的練習(xí)有助于患者發(fā)展對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)果的認(rèn)識(shí)(對(duì)結(jié)果的認(rèn)識(shí))和對(duì)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)(對(duì)表現(xiàn)的認(rèn)識(shí)),這對(duì)患者的功能恢復(fù),包括認(rèn)知功能的恢復(fù)有積極的影響。通過(guò)整體刺激和雙重認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)任務(wù)分配,VR可以比紙筆練習(xí)產(chǎn)生更大的效果,從而讓患者更積極地參與進(jìn)來(lái)。本研究結(jié)果證實(shí),VR認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)聯(lián)合功能康復(fù)對(duì)腦卒中患者的認(rèn)知康復(fù)是有效的。認(rèn)知功能的改善很可能是VR實(shí)訓(xùn)練增加神經(jīng)遞質(zhì)和膽堿系統(tǒng)釋放的結(jié)果。通過(guò)VR訓(xùn)練可激活大腦代謝,增加腦血流量和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,對(duì)改善認(rèn)知功能是有效的。Potter等〔25〕報(bào)道指出,膽堿系統(tǒng)與注意力和記憶機(jī)制有關(guān),而Zhang等〔26〕則認(rèn)為認(rèn)知功能訓(xùn)練(如記憶)會(huì)導(dǎo)致膽堿系統(tǒng)的變化。

FMA評(píng)定是腦卒中康復(fù)研究中最常見(jiàn)的測(cè)試量表,主要用于評(píng)估偏癱患者的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能,具有很高的信效度。MBI評(píng)估患者日常生活能力和腦卒中后臨床試驗(yàn)結(jié)果的第二大工具。本研究結(jié)果提示,VR認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)聯(lián)合康復(fù)可改善腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能。研究〔26〕顯示,運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知技能訓(xùn)練有助于共同大腦區(qū)域的活動(dòng)變化,早期的理論研究顯示運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是認(rèn)知控制的一個(gè)組成部分,認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)聯(lián)合康復(fù)體現(xiàn)出更優(yōu)的運(yùn)動(dòng)功能改善可能與二者具有協(xié)同作用有關(guān)。認(rèn)知康復(fù)的另一個(gè)問(wèn)題常忽略腦卒中后抑郁癥狀,腦卒中后抑郁患者的認(rèn)知功能較低,對(duì)日常生活活動(dòng)的依賴性更高,與非抑郁患者相比,其損傷更嚴(yán)重,殘疾更嚴(yán)重〔27〕。因此,腦卒中后患者認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)等神經(jīng)和心理學(xué)測(cè)試中表現(xiàn)不佳,不僅與腦卒中、年齡、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練低效等相關(guān),還可能是因?yàn)椴l(fā)情緒障礙。本研究結(jié)果提示,VR認(rèn)知-康復(fù)聯(lián)合康復(fù)可以積極地影響抑郁情緒,通過(guò)訓(xùn)練提高注意力或記憶力也可能導(dǎo)致抑郁水平的降低。另一方面,訓(xùn)練引起了情緒的改變,也可能提高患者認(rèn)知能力,進(jìn)而改善運(yùn)動(dòng)功能。