腦電圖在腦卒中后認(rèn)知功能評(píng)定中的應(yīng)用

晁靜,鞏尊科,王世雁,歐香靈,顧成晨,周文欣

世界老齡化加劇,中風(fēng)的發(fā)病率也不斷提高[1],其中約1/3的卒中患者繼發(fā)腦卒中后認(rèn)知功能障礙(post-stroke cognitive impairment,PSCI),且持續(xù)到卒中后6個(gè)月時(shí)仍存在的一系列認(rèn)知損傷的綜合征,表現(xiàn)為記憶力、計(jì)算力、理解判斷力下降等[2]。目前臨床上多采用醫(yī)學(xué)量表評(píng)估認(rèn)知功能受損情況[3],但其主觀性偏差給評(píng)估工作增加了難度。因此探究一種早期診斷PSCI且復(fù)測(cè)康復(fù)進(jìn)程的無(wú)創(chuàng)性檢查十分必要。腦電圖(electroencephalogram, EEG)可作為估計(jì)大腦皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連通性的神經(jīng)生理測(cè)量[4],也用于反映中風(fēng)后認(rèn)知功能變化并預(yù)測(cè)患者的康復(fù)[5]?；陬l域分析將EEG信號(hào)分為4種常用頻帶δ(1～4Hz),θ(4～8Hz),α(8～13Hz),β(13～30Hz)[6]。δ波和θ波為低頻活動(dòng),α波和β波為高頻活動(dòng)[7]。神經(jīng)元受損后認(rèn)知障礙程度的不斷加重,低頻腦電活動(dòng)也不斷增加,相反高頻腦電波功率減小[8]。本研究將基于腦電圖功率譜分析應(yīng)用于不同認(rèn)知功能水平的腦卒中患者的功能評(píng)定,并觀察腦電信號(hào)的變化與蒙特利爾認(rèn)知量表(montreal cognitive assessment, MoCA)、洛文斯頓作業(yè)療法認(rèn)識(shí)評(píng)定量表(loewenstein occupational therapy cognitive assessment,LOTCA)評(píng)定是否有相關(guān)性,探討腦電圖在卒中后認(rèn)知功能評(píng)定中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2022年11月至2023年6月在徐州醫(yī)科大學(xué)附屬徐州康復(fù)醫(yī)院和徐州醫(yī)科大學(xué)徐州臨床學(xué)院/徐州市中心醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科收治的腦卒中患者75例,凡入組患者均行簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination, MMSE)篩查評(píng)測(cè),根據(jù)被試者的文化程度不同,評(píng)估結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)值以下患者視為有認(rèn)知功能障礙,設(shè)為PSCI組,標(biāo)準(zhǔn)分及以上的患者視為非PSCI組。納入標(biāo)準(zhǔn):頭顱CT或MRI檢查證實(shí)病灶,且符合2019年腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)[9];首次發(fā)病,年齡≤75歲,病程≤6個(gè)月;無(wú)肢體活動(dòng)障礙,生命體征平穩(wěn),能夠配合各項(xiàng)檢查。排除標(biāo)準(zhǔn):既往有先天性、遺傳性疾病、神經(jīng)功能缺損或神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病導(dǎo)致的嚴(yán)重癡呆;有心、肺等重要器官功能障礙;發(fā)熱、癲癇發(fā)作、腦電圖異常者;嚴(yán)重聽力障礙和(或)視力障礙,無(wú)法配合檢查者。納入30例PSCI患者,為了實(shí)現(xiàn)組間均衡可比性,隨機(jī)選取了30例非認(rèn)知障礙組(非PSCI)的例數(shù),另選取30例與病例組相匹配且符合入選標(biāo)準(zhǔn)的健康志愿者設(shè)為健康對(duì)照組,例如患者家屬、醫(yī)院護(hù)理人員或門診健康體檢者。健康對(duì)照組入選標(biāo)準(zhǔn):MMSE篩查量表評(píng)分正常,無(wú)認(rèn)知障礙病史;神經(jīng)系統(tǒng)檢查正常;無(wú)腦外傷、腦血管意外等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病;無(wú)精神病及精神病家族史等;無(wú)酒精或藥物成癮史。以上3組受試者均詳細(xì)了解研究?jī)?nèi)容,同意加入并簽署相關(guān)知情同意書。3組一般資料比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,有可比性,見表1。本研究經(jīng)徐州市康復(fù)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No. XK-LW-20221020-007)。

1.2 方法

1.2.1 認(rèn)知量表評(píng)估 在安靜的房間里,由一位康復(fù)醫(yī)師通過(guò)患者答題的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分。所有受試者均在無(wú)任何康復(fù)治療前,入組2日內(nèi)完成量表評(píng)估。MMSE評(píng)定[10]:總分30分,包括定向、記憶、注意及計(jì)算力、語(yǔ)言能力、執(zhí)行力、視空間力的6個(gè)方面。標(biāo)準(zhǔn):文盲(未受教育)≤17分,小學(xué)文化程度(受教育年限≤6年)≤20分,中學(xué)文化程度以上(受教育年限>6年)≤24分。臨界值以下考慮為認(rèn)知功能障礙,此量表在本研究中作為初篩手段。MoCA評(píng)定[11]:總分為30分,包括8個(gè)方面,即定向、抽象、言語(yǔ)、注意、記憶、視空間與執(zhí)行功能、畫鐘表、命名。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):受年齡限制≤12年附加1分,≥26分為正常。LOTCA評(píng)定[12]:總分115分,附加題目為4分。包括7個(gè)范疇:定向力、知覺、動(dòng)作運(yùn)用、視運(yùn)動(dòng)組織和思維運(yùn)作,另有附加題目注意力及專注力。評(píng)定的分?jǐn)?shù)越低,表明腦卒中后該患者認(rèn)知功能的損害越嚴(yán)重。

1.2.2 腦電圖采集 在微暗、安靜的環(huán)境中,被試者遠(yuǎn)離一切干擾源,清醒閉眼狀態(tài),靜坐于座椅上。采用JY-2440型號(hào)數(shù)字腦電地形圖儀。按照國(guó)際10/20標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(32導(dǎo)聯(lián),分別為FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6、AF3、AF4、FC3、FC4、CP3、CP4、PO3、PO4、FT7、FT8、CP7、CP8、Fz、Cz、Pz、Oz)放置電極,雙側(cè)耳垂作為參考電極,采樣率選擇500Hz,記錄5min時(shí)長(zhǎng)。

1.2.3 腦電圖數(shù)據(jù)分析 基于Matlab軟件的EEGLAB插件對(duì)腦電原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,利用帶通FIR濾波器濾波(高通0.5Hz,低通45Hz)消除雜音,全導(dǎo)聯(lián)平均作為重參考,進(jìn)行獨(dú)立成分分析(independent component analysis, ICA),去除偽跡等步驟。預(yù)處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉轉(zhuǎn)換,基于Welch算法功率譜分析[13],選取20s漢明窗的無(wú)偽跡腦電圖數(shù)據(jù)。計(jì)算分析出α、β、θ、δ四個(gè)不同頻段范圍內(nèi)的絕對(duì)功率。本研究分析計(jì)算α波絕對(duì)功率(alpha absolute power,αAP)、α波相對(duì)功率(alpha relative power,αRP)和慢波化比率[ (delta + theta)/(alpha + beta) ratio,DTABR]。腦電圖慢波比率和α波振蕩與認(rèn)知功能密切相關(guān)[14]。

上述公式中Pα、Pβ、Pδ、Pθ 分別為α、β、δ、θ絕對(duì)功率值。

3組被試者需在無(wú)任何康復(fù)治療的情況下,且入組2日內(nèi)完成腦電數(shù)據(jù)采集。腦電圖的采集及數(shù)據(jù)分析均由另一位經(jīng)過(guò)電生理專業(yè)培訓(xùn)的康復(fù)醫(yī)師完成。

2 結(jié)果

2.1 3組MMSE、MoCA及LOTCA評(píng)分的比較 MMSE、MoCA、LOTCA評(píng)分在3組間比較存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),經(jīng)過(guò)兩兩比較,健康對(duì)照組3項(xiàng)評(píng)分明顯高于非PSCI組、PSCI組(P<0.05),非PSCI組3項(xiàng)評(píng)分明顯高于PSCI組(P<0.05)。見表2。

表2 3組MMSE、MoCA及LOTCA評(píng)分比較 分,M(P25,P75)

2.2 3組腦電圖各指標(biāo)的比較 αAP、αRP在3組間比較存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),經(jīng)過(guò)兩兩比較,健康對(duì)照組的水平明顯高于非PSCI組、PSCI組(P<0.05),非PSCI組明顯高于PSCI組(P<0.05);DTABR在3組存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),健康對(duì)照組的明顯低于非PSCI組、PSCI組(P<0.05),非PSCI組明顯低于PSCI組(P<0.05)。見表3。

表3 3組間腦電圖各指標(biāo)比較 M(P25,P75)

2.3 PSCI組中腦電圖數(shù)據(jù)與MMSE、MoCA、LOTCA評(píng)分量表的相關(guān)性 αAP與MoCA、LOTCA之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(0.734、0.922,P<0.01);αRP與MoCA、LOTCA之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(0.575、0.630,P<0.01);DTABR與MoCA、LOTCA之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(-0.569、-0.614,P<0.01)。見表4。

表4 PSCI組中各腦電指標(biāo)與MoCA、LOTCA評(píng)分量表的相關(guān)性比較

3 討論

中風(fēng)后約有80.97%的患者出現(xiàn)認(rèn)知障礙,包括從非癡呆至癡呆的不同程度的表現(xiàn)[15]。因其不僅令卒中患者人際交往能力下降,而且對(duì)日常生活產(chǎn)生明顯影響,增加社會(huì)及家庭負(fù)擔(dān)[16]。即對(duì)PSCI的客觀診斷及預(yù)后觀察尤為重要。

腦電信號(hào)(electroencephalogram,EEG)即為頭皮記錄的電位差,由大腦皮層中相互作用的神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的小電流產(chǎn)生[17]。任何生理病理變化均將導(dǎo)致EEG發(fā)生特征性變化[18]。腦卒中后,受損的神經(jīng)元細(xì)胞對(duì)腦電信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞帶來(lái)巨大的影響[19]。認(rèn)知功能的改變可能是由于腦功能的連接受損,繼而導(dǎo)致大腦各區(qū)域間的電生理網(wǎng)絡(luò)無(wú)法整合引起的[20]。所以,腦電圖的特征變化一定程度上可以反應(yīng)認(rèn)知功能[21]。不同的損傷部位影響各導(dǎo)聯(lián)的腦電功率譜特征表現(xiàn)不同。

α波幅是正常人安靜清醒狀態(tài)下腦波成分中節(jié)律性最強(qiáng)的波。大腦的反應(yīng)時(shí)間與信息處理速度有關(guān),當(dāng)α頻率變低時(shí)代表著大腦反應(yīng)時(shí)間變慢,影響認(rèn)知和綜合判斷能力變差。其中α振蕩影響認(rèn)知能力時(shí),表現(xiàn)在自上而下的控制功能(如選擇性注意和持續(xù)警覺性)中發(fā)揮作用[22-23]。即αAP和αRP數(shù)值的增高代表大腦對(duì)信息處理的能力增強(qiáng),認(rèn)知功能得到改善[24]。Jelena Petrovic等[25]研究發(fā)現(xiàn)中風(fēng)患者腦電圖中較慢的α頻率生成,同步和“流動(dòng)”可作為認(rèn)知障礙發(fā)作和(或)代償性重組過(guò)程的生物標(biāo)志物。本研究發(fā)現(xiàn)3組不同受試者的αAP、αRP存在差異,PSCI組的低于非PSCI組和健康對(duì)照組;非PSCI組低于健康對(duì)照組,考慮為大腦神經(jīng)細(xì)胞受損導(dǎo)致α波變慢,無(wú)法及時(shí)進(jìn)行信息處理而導(dǎo)致認(rèn)知功能下降。

DTABR反映高低頻帶功率的變化走勢(shì),其數(shù)值的增加表明預(yù)后不良或惡化[26]。Hu等[27]研究發(fā)現(xiàn)DTABR作為腦電圖的全局指標(biāo),在腦損傷的生理和恢復(fù)階段發(fā)揮重要作用。本次研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),PSCI組DTABR值均高于非PSCI組和健康對(duì)照組,非PSCI組高于健康對(duì)照組,揭示了腦卒中后大腦慢波節(jié)律的增強(qiáng)取代了快波節(jié)律對(duì)大腦信號(hào)的處理,抑制腦部活動(dòng),從而影響認(rèn)知功能的處理。

認(rèn)知功能評(píng)定量表廣泛應(yīng)用于臨床及科研[28-29],MMSE是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的認(rèn)知篩查量表,其設(shè)定的題目直觀、通俗易懂。此外,MoCA、LOTCA受文化教育程度的影響較大,本研究中部分文化程度低的非PSCI患者或健康人的量表評(píng)分未達(dá)到正常值,但評(píng)分均高于PSCI組,且評(píng)估過(guò)程中僅表現(xiàn)為不理解題目的用意導(dǎo)致無(wú)法得分,未出現(xiàn)某個(gè)認(rèn)知域的功能障礙。盡管評(píng)估量表操作簡(jiǎn)單,但過(guò)程中無(wú)法避免因主觀評(píng)價(jià)帶來(lái)的誤差。

當(dāng)前,醫(yī)學(xué)影像檢查廣泛應(yīng)用于卒中的診斷及預(yù)后評(píng)估,磁共振技術(shù)(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy MRS)等用來(lái)評(píng)估大腦微觀結(jié)構(gòu)和神經(jīng)化學(xué)變化[30-31]。由于MRI檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng),具有一定的禁忌癥,設(shè)備較大無(wú)法移動(dòng),即應(yīng)用于重癥患者無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另外,高額的檢查費(fèi)用給部分家庭帶來(lái)了負(fù)擔(dān)。

腦電圖對(duì)大腦細(xì)胞自發(fā)性電活動(dòng)具有高時(shí)間分辨率[32],常被用于阿爾茲海默癥[33]、癲癇[34]、精神疾病[35]、帕金森[36]等疾病的觀察診斷。腦電圖具有簡(jiǎn)單方便、安全高效,無(wú)禁忌癥等優(yōu)點(diǎn),補(bǔ)充彌補(bǔ)了醫(yī)學(xué)影像檢查及評(píng)估量表的不足,有希望作為卒中神經(jīng)學(xué)中診斷或預(yù)測(cè)的生物標(biāo)志物,成為有價(jià)值的非侵入性臨床檢查工具[37]。

本研究結(jié)果表明腦電圖各觀察指標(biāo)與認(rèn)知評(píng)估量表具有相關(guān)性,PSCI組的αAP及αRP低于非PSCI組及健康對(duì)照組、DTABR高于其他兩組。腦電圖特征性變化能客觀地評(píng)價(jià)腦卒中認(rèn)知功能下降的程度,及大腦神經(jīng)元損傷的情況。且與認(rèn)知評(píng)估量表二者聯(lián)合應(yīng)用,能全面、及時(shí)地評(píng)估早期認(rèn)知功能受損,將達(dá)到雙倍的成效。

本研究結(jié)果說(shuō)明,基于功率譜分析的腦電圖指標(biāo)作為一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)的電生理檢查,可用于卒中后認(rèn)知功能的評(píng)測(cè)方法。認(rèn)知功能評(píng)估量表與腦電圖二者結(jié)合能夠更全面地對(duì)認(rèn)知功能進(jìn)行早期評(píng)定,且對(duì)卒中后認(rèn)知障礙的康復(fù)預(yù)后觀察提供了幫助。本研究存在樣本量小的不足,下一步將擴(kuò)大樣本量,具體分析不同文化程度間、不同損傷腦區(qū)的腦電信號(hào)與量表評(píng)估的相關(guān)性。