基于運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)接口技術(shù)在腦卒中偏癱患者上肢康復(fù)中應(yīng)用的研究進(jìn)展

崔喬義，邵麗麗，遲冰梅，邵鵬，

（1.煙臺(tái)市煙臺(tái)山醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，山東煙臺(tái) 264000；2.煙臺(tái)市口腔醫(yī)院開(kāi)發(fā)區(qū)門(mén)診部，山東煙臺(tái) 264000）

腦卒中是威脅中老年人群健康的常見(jiàn)病、多發(fā)病之一，其發(fā)病年齡趨于年輕化[1]。偏癱側(cè)上肢功能障礙作為腦卒中患者最常見(jiàn)的臨床表現(xiàn)，對(duì)患者日常生活能力和社會(huì)參與能力可造成嚴(yán)重影響，成為臨床康復(fù)治療重點(diǎn)、難點(diǎn)之一。

腦卒中后，雖然患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在自我修復(fù)機(jī)制，但其內(nèi)源性再生能力有限，患者仍需進(jìn)行一系列的康復(fù)治療來(lái)增強(qiáng)神經(jīng)可塑性，促進(jìn)功能恢復(fù)。目前，針對(duì)腦卒中偏癱患者上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的康復(fù)訓(xùn)練方法包括肌力和耐力訓(xùn)練、關(guān)節(jié)活動(dòng)度訓(xùn)練、神經(jīng)生理學(xué)方法等，以及新興的康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)，如強(qiáng)制性運(yùn)動(dòng)療法、運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)方案等。運(yùn)動(dòng)想象（MI）療法作為一種主動(dòng)式中樞干預(yù)方法，越來(lái)越受到廣泛關(guān)注；同時(shí)，腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)亦作為新興的康復(fù)措施之一，在臨床中得以應(yīng)用。因此，基于MI 的BCI 有望成為一種促進(jìn)偏癱患者上肢功能恢復(fù)更加有效的治療措施。本文將對(duì)基于MI 的BCI 技術(shù)在腦卒中偏癱患者上肢康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為腦卒中康復(fù)選擇更加合理的治療方案提供理論依據(jù)支持。

1 MI 療法

20 世紀(jì)90 年代初，MI 技術(shù)開(kāi)始作為一種康復(fù)治療措施被用于腦卒中患者康復(fù)。近年來(lái)，大量臨床研究表明，MI 療法作為激活運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、促進(jìn)大腦皮質(zhì)可塑性的一種手段，其不依賴于患者殘存功能，對(duì)腦卒中偏癱患者上肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)有效，并被推薦作為腦卒中后上肢功能訓(xùn)練的補(bǔ)充治療技術(shù)[2-4]。

1.1 MI 定義

MI 療法是指通過(guò)反復(fù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)作方面想象，并在此期間不需要任何運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的輸出，通過(guò)運(yùn)動(dòng)記憶激活大腦的某一特定區(qū)域，進(jìn)而達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)能力的目的[5]。一般將MI 分為兩類(lèi)：動(dòng)覺(jué)MI 和視覺(jué)MI。兩種MI 方法均被用于提高運(yùn)動(dòng)功能，且研究顯示，采用動(dòng)覺(jué)MI 對(duì)訓(xùn)練手運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性更加有效[6]。

1.2 MI 能力

腦卒中患者大腦受到損傷，MI 能力亦可能受損，但大部分患者仍保留MI 能力，且MI 能力與年齡、性別、病變部位、病程階段與認(rèn)知水平有關(guān)[7]。腦卒中患者如果想從MI 療法中收益，前提條件是必須能參與MI，因此，訓(xùn)練前需對(duì)患者M(jìn)I 能力進(jìn)行評(píng)估，以便更加有針對(duì)性的制定MI 治療方案，并保證其順利實(shí)施。臨床常用的評(píng)估患者M(jìn)I 能力的工具包括：動(dòng)覺(jué)和視覺(jué)運(yùn)動(dòng)想象問(wèn)卷調(diào)查（KVIQ）、手心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、心理計(jì)時(shí)測(cè)驗(yàn)及時(shí)相一致性測(cè)驗(yàn)等[8]。目前，用于運(yùn)動(dòng)障礙患者M(jìn)I 能力評(píng)定的量表主要為KVIQ，其中KVIQ-10 對(duì)運(yùn)動(dòng)能力要求不高，且更節(jié)省時(shí)間，適合腦卒中患者使用[9]。值得注意的是，國(guó)內(nèi)外較多關(guān)于MI 的臨床研究均未涉及想象能力的測(cè)試，這在一定程度上影響了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，不利于MI 療法的推廣[10]。

1.3 MI 療法應(yīng)用

MI 療法作為一種主動(dòng)式的中樞干預(yù)方式，可能是適用于腦卒中康復(fù)的有效的輔助治療手段[11]，并可在腦卒中康復(fù)期的任何階段使用，以起到改善上肢運(yùn)動(dòng)功能、提高日常生活活動(dòng)能力的作用[12]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就MI 療法用于腦卒中患者上肢功能恢復(fù)中的康復(fù)效果、作用機(jī)制等方面進(jìn)行了大量的、深入的研究。MI 療法用于腦卒中偏癱后上肢功能訓(xùn)練獲得了較好的康復(fù)效果。Stevens 等[13]的研究中，2 例腦卒中偏癱患者想象手腕部活動(dòng)，每周3 次，每次1 h，持續(xù)治療4 周，發(fā)現(xiàn)患者上肢功能明顯改善，且效果持續(xù)3 個(gè)月仍有效。賀郁琳等[14]選取120 例腦卒中后偏癱患者為研究對(duì)象，并將其隨機(jī)分為兩組，兩組患者均接受常規(guī)康復(fù)治療方法，研究組在此基礎(chǔ)上輔以MI 療法，結(jié)果顯示，治療后研究組Fugl-Meyer 上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表（FMA）評(píng)分、肌張力Lovett 分級(jí)、上肢動(dòng)作研究量表（ARAT）評(píng)分均明顯優(yōu)于對(duì)照組，提示在常規(guī)康復(fù)療法基礎(chǔ)上輔以MI 療法可顯著改善患者上肢運(yùn)動(dòng)功能。

有研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)覺(jué)MI 和視覺(jué)MI 在腦卒中后偏癱患者上肢功能恢復(fù)方面發(fā)揮的作用無(wú)明顯差別。Nilsen 等[15]觀察對(duì)比腦卒中患者接受每周2 次、每次30 min、持續(xù)6 周的第一方想象（動(dòng)覺(jué)MI）與第三方想象（視覺(jué)MI），發(fā)現(xiàn)兩者在上肢功能改善方面均效果顯著，且兩者的康復(fù)效果無(wú)明顯差異。高家歡等[16]隨機(jī)將45 例腦卒中偏癱患者分為動(dòng)覺(jué)MI 組、視覺(jué)MI 組、對(duì)照組，干預(yù)4 周后，結(jié)果顯示與對(duì)照組相比，動(dòng)覺(jué)MI 組、視覺(jué)MI 組的上肢運(yùn)動(dòng)功能及生活活動(dòng)能力均較對(duì)照組明顯改善，且兩組患者功能改善程度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

MI 療法適用于各階段腦卒中偏癱患者，且聯(lián)合其他康復(fù)治療措施療效更加顯著。Page 等[17-19]通過(guò)系列研究發(fā)現(xiàn)，MI 用于不同階段腦卒中患者均效果顯著。趙欣等[20]綜述MI 結(jié)合作業(yè)療法在腦卒中患者康復(fù)訓(xùn)練中的研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)二者聯(lián)合作用具有一定優(yōu)越性，可進(jìn)一步提升患者康復(fù)進(jìn)程，有利于患者功能恢復(fù)。谷鵬鵬等[21]通過(guò)將MI 分級(jí)，即將MI、鏡像動(dòng)作觀察及鏡像動(dòng)作模仿三者聯(lián)合運(yùn)用，循序漸進(jìn)，分成不同的階段用于腦卒中偏癱患者康復(fù)訓(xùn)練之中，發(fā)現(xiàn)患者上肢運(yùn)動(dòng)水平和抓握能力均可明顯提高。

此外，MI 已在臨床中得到廣泛應(yīng)用，研究者正嘗試為其制定統(tǒng)一的、規(guī)范的、標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)語(yǔ)。章惠英等[22]在循證基礎(chǔ)上，針對(duì)腦卒中偏癱患者構(gòu)建了一套經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證且與評(píng)價(jià)指標(biāo)密切結(jié)合的MI 訓(xùn)練指導(dǎo)語(yǔ)和訓(xùn)練方案，并開(kāi)展持續(xù)8 周的臨床研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上加用MI 療法可更好地促進(jìn)卒中患者上肢功能恢復(fù)，尤其適用于手部精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能改善。

1.4 機(jī)制研究

目前，關(guān)于MI 療法治療機(jī)制的理論主要有心理神經(jīng)肌肉理論（PM 理論）、符號(hào)學(xué)習(xí)理論、生物信息理論等，研究者認(rèn)為PM 理論更為合理[13]。PM 理論認(rèn)為，患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中可能早已存儲(chǔ)著進(jìn)行某一專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的計(jì)劃，即“流程圖”，若患者實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所涉及的流程與進(jìn)行MI 時(shí)所涉及的“流程圖”相同，那么在想象過(guò)程中就有可能使該“流程圖”得到強(qiáng)化或改善，從而提高相應(yīng)肢體的運(yùn)動(dòng)功能[23]。

近年來(lái)，隨著神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，MI 療法的機(jī)制研究日趨增多，為MI 療法在腦卒中康復(fù)中的應(yīng)用提供了充分的理論依據(jù)。各種腦功能成像技術(shù)，如功能性磁共振成像（fMRI）、腦電圖、正電子發(fā)射斷層現(xiàn)象等，已被應(yīng)用于MI 療法在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用機(jī)制研究。楊帆等[24]將40 例腦卒中后偏癱患者隨機(jī)分為兩組——常規(guī)康復(fù)治療組、MI+常規(guī)康復(fù)治療組，經(jīng)過(guò)6 周治療發(fā)現(xiàn)，MI 療法可有效地促進(jìn)腦卒中恢復(fù)期患者運(yùn)動(dòng)功能和日常生活活動(dòng)能力恢復(fù)，且通過(guò)MRI 的彌散張量成像（DTI）測(cè)量發(fā)現(xiàn)，MI 療法對(duì)腦卒中受損白質(zhì)纖維的恢復(fù)可能有幫助。孫莉敏等[25]研究發(fā)現(xiàn)，MI 療法聯(lián)合常規(guī)治療促進(jìn)上肢功能改善可能與有效連接模式重塑有關(guān)，如治療后腦卒中患者M(jìn)I 相關(guān)腦區(qū)和損傷對(duì)側(cè)小腦到損傷測(cè)MI 的有效連接增強(qiáng)，而損傷對(duì)側(cè)額中回到損傷側(cè)MI 的有效連接代償效應(yīng)解除。由此可見(jiàn)，MI 療法與實(shí)際某項(xiàng)運(yùn)動(dòng)所激活的腦部區(qū)域相似，MI 作為對(duì)大腦組織的一種內(nèi)部刺激，可促進(jìn)腦組織損傷后功能重建，進(jìn)而可促進(jìn)腦卒中偏癱患者上肢功能恢復(fù)。

MI 療法不需要特殊的設(shè)備、場(chǎng)地，且在治療方案方面，包括想象方式、治療時(shí)間、治療頻率、持續(xù)時(shí)間等均進(jìn)行了大量的臨床研究，為其在臨床康復(fù)中應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。MI 療法聯(lián)合其他療法往往能取得更好的治療效果，且療效持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，提示MI 療法可作為腦卒中臨床康復(fù)中現(xiàn)有常規(guī)康復(fù)治療手段的有效補(bǔ)充[26]。

2 基于MI 的BCI 技術(shù)

MI 作為中樞的自我刺激手段，可內(nèi)在精確地作用于大腦靶點(diǎn)，不受大腦可塑性及個(gè)體差異性的限制[27]。MI 結(jié)合新興的BCI 技術(shù)用于腦卒中偏癱患者上肢康復(fù)治療中有望實(shí)現(xiàn)更好的臨床效果。

2.1 BCI 技術(shù)

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，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為可以被計(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，最后轉(zhuǎn)換為控制外部設(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)換為實(shí)際動(dòng)作[28]?，F(xiàn)行多數(shù)BCI 腦電信號(hào)均源于頭皮腦電圖，其特點(diǎn)為損傷小、時(shí)間分辨率高、價(jià)格低廉、便攜性好，成為目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)影像模態(tài)。BCI 技術(shù)現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于腦卒中康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[29-30]。

何艷等[31]對(duì)BCI 技術(shù)在腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)中應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，BCI 技術(shù)可以作為卒中后患者上肢功能恢復(fù)的有效干預(yù)措施，提高患者大腦神經(jīng)功能的可塑性，且與其他康復(fù)方法聯(lián)合應(yīng)用，可提高康復(fù)效果。李玲玲等[32]檢索國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，系統(tǒng)評(píng)價(jià)BCI 技術(shù)對(duì)腦卒中偏癱患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)療效，并比較不同BCI 治療策略的療效差異，發(fā)現(xiàn)BCI 技術(shù)可改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能和日常生活能力，且以使用電刺激儀作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備的策略效果最佳。

2.2 基于MI 的BCI 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

MI 是BCI 技術(shù)最常見(jiàn)的范式之一[33]。腦卒中患者進(jìn)行該技術(shù)訓(xùn)練時(shí)，其腦電信號(hào)由其自主通過(guò)MI產(chǎn)生，無(wú)需借助外界因素刺激，并不需要引出肢體活動(dòng)，且MI 時(shí)損傷側(cè)皮質(zhì)的腦電信號(hào)具有與健康人類(lèi)似的特征，這些特征均為基于MI 的BCI 技術(shù)在腦卒中康復(fù)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)[34]。

Nuttawat 等[35]對(duì)一名53 歲男性腦卒中后左側(cè)偏癱患者進(jìn)行個(gè)案研究，干預(yù)前患者無(wú)法產(chǎn)生任何手腕和手指伸展活動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行干預(yù)，干預(yù)方式為每周3次、持續(xù)4 周的基于動(dòng)作觀察和MI 的BCI 技術(shù)聯(lián)合的功能性電刺激治療，治療期間不接受任何常規(guī)的康復(fù)訓(xùn)練，結(jié)果顯示，治療后患者的FMA-UE 評(píng)分、腕關(guān)節(jié)活動(dòng)度均明顯改善，并且大腦活動(dòng)模式亦有所改變。從而指出該技術(shù)在改善腦卒中患者功能方面可能是一種很有前途的干預(yù)策略，但需要更多的受試者參與，且需要與其他治療方法做對(duì)比。

新加坡的Ang 等[36-38]對(duì)BCI 技術(shù)在腦卒中上肢功能康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行了一系列隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)研究。其應(yīng)用兩種不同的BCI 技術(shù)策略，第一種為BCI 偵測(cè)MI 并觸發(fā)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)反饋（矯形器），第二種為BCI偵測(cè)MI 并控制機(jī)器人提供MI，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）大多數(shù)的慢性腦卒中患者可以利用基于腦電的BCI 系統(tǒng)進(jìn)行神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練；（2）策略一同利用機(jī)器人被動(dòng)訓(xùn)練所產(chǎn)生的康復(fù)效果無(wú)明顯差異；（3）策略一需要持續(xù)4 周患者的康復(fù)效果才明顯，2 周時(shí)患者的功能未見(jiàn)明顯變化；（4）應(yīng)用6 周策略二訓(xùn)練的患者康復(fù)效果明顯優(yōu)于應(yīng)用策略一的患者；（5）推薦進(jìn)行每周3 次、至少6 周的康復(fù)訓(xùn)練。

Lee 等[39]亦發(fā)現(xiàn)動(dòng)作觀察訓(xùn)練結(jié)合BCI 控制的功能性電刺激（刺激腕伸?。娠@著改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能和皮層活性。Frolov 等[40]將基于MI 的BCI技術(shù)控制的手部外骨骼系統(tǒng)訓(xùn)練用于腦卒中后上肢功能?chē)?yán)重受限患者的康復(fù)中，發(fā)現(xiàn)同偽BCI 技術(shù)的訓(xùn)練相比，持續(xù)30 min、共計(jì)10 次的訓(xùn)練可以顯著改善不同病程、嚴(yán)重程度及卒中部位的患者的運(yùn)動(dòng)功能，并發(fā)現(xiàn)該訓(xùn)練方式最主要的不良反應(yīng)為疲勞，但并無(wú)患者因此原因而終止訓(xùn)練。

盡管目前大量研究發(fā)現(xiàn)基于MI 的BCI 技術(shù)可以顯著改善腦卒中偏癱患者上肢運(yùn)動(dòng)功能，但關(guān)于BCI 技術(shù)對(duì)腦卒中患者上肢運(yùn)功能康復(fù)效果實(shí)現(xiàn)的機(jī)制研究相對(duì)較少[41]。李明芬等[42]通過(guò)臨床試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，基于BCI 電刺激技術(shù)應(yīng)用于腦卒中患者上肢功能康復(fù)具有可行性，其治療機(jī)制可能與其促進(jìn)患側(cè)運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)的激活相關(guān)。但此項(xiàng)研究樣本量?jī)H為5例，且僅進(jìn)行了1 次訓(xùn)練，研究中缺少對(duì)照組，因此，未來(lái)關(guān)于相關(guān)機(jī)制的研究仍需大樣本量及多模態(tài)工具進(jìn)行腦功能評(píng)價(jià)。劉霞等[43]通過(guò)檢索基于MI 的BCI 用于腦卒中癱瘓患者腦功能激活和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重塑的相關(guān)研究資料發(fā)現(xiàn)：BCI 技術(shù)可促進(jìn)腦卒中患者腦功能激活，表現(xiàn)為腦電信號(hào)頻率增強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)且更加穩(wěn)定；影像學(xué)資料表明，BCI 技術(shù)可使腦卒中患者雙側(cè)腦半球間及患側(cè)腦半球內(nèi)功能的連接顯著增加。Hu 等[44]選取腦卒中患者和健康人作對(duì)照進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)單純的基于MI 的BCI 技術(shù)，以及聯(lián)合應(yīng)用經(jīng)顱直流電刺激均可顯著改善腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能；但是fMRI 檢查結(jié)果顯示兩種干預(yù)方式對(duì)大腦功能重組施加不同甚至相反的影響；兩者的結(jié)合應(yīng)用，仍需進(jìn)一步研究觀察。

3 展望

MI 療法在腦卒中患者的臨床康復(fù)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的康復(fù)效果；BCI 技術(shù)為腦卒中康復(fù)提供了更好的訓(xùn)練手段；兩者結(jié)合應(yīng)用于腦卒中患者康復(fù)逐漸成為研究熱點(diǎn)之一；基于MI 的BCI技術(shù)結(jié)合功能性電刺激有望取得更好的治療效果；在進(jìn)行該治療前需對(duì)患者M(jìn)I 能力進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，并盡可能采用動(dòng)覺(jué)MI 方式。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量相關(guān)研究，但是干預(yù)措施各不相同，訓(xùn)練頻率、訓(xùn)練強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等方面差異較大，且樣本量偏少，MI 能力評(píng)估不足，有關(guān)基于MI 的BCI 技術(shù)對(duì)腦卒中患者上肢功能恢復(fù)的療效、最佳干預(yù)時(shí)間、與常規(guī)康復(fù)治療的效果比較等方面仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。同時(shí)，基于MI 的BCI 技術(shù)促使腦卒中患者上肢功能恢復(fù)效果得以實(shí)現(xiàn)的機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究，以更好地為腦卒中患者制定個(gè)體化康復(fù)計(jì)劃提供理論依據(jù)支持。