執行功能對腦卒中后運動恢復的影響及其機制研究進展①

鄒淑怡，溫紅梅

·綜述·

執行功能對腦卒中后運動恢復的影響及其機制研究進展①

鄒淑怡，溫紅梅

執行功能是大腦的高級認知功能之一，腦卒中患者執行功能障礙的發生率較高。執行功能障礙是影響腦卒中后運動功能恢復的重要因素之一，可能涉及運動學習、姿勢控制等。執行功能訓練可以促進腦卒中患者運動功能的恢復，其機制與涉及多個腦區的腦功能網絡有關。

腦卒中；執行功能；運動功能；腦功能網絡；綜述

［本文著錄格式］鄒淑怡，溫紅梅.執行功能對腦卒中后運動恢復的影響及其機制研究進展［J］.中國康復理論與實踐，2016，22（9）:1024-1027.

CITED AS:Zou SY，Wen HM.Executive function andmotor functional recovery in stroke patients:influence and underlyingmechanism（review）［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（9）:1024-1027.

我國每年新發腦卒中患者約200萬～250萬。腦卒中具有發病率、致殘率、死亡率、復發率高的特點，已成為中國人的主要致殘病因［1］。腦卒中后，大多數患者遺留不同類型及程度功能障礙，包括運動、認知、吞咽功能障礙等［2］。其中運動功能障礙最為常見，約85%存活患者存在偏癱［3］。運動功能的恢復是患者及其家屬最為關注的問題之一。盡管人們不斷探索新的康復訓練方法，運動功能恢復的效果仍不盡如人意［4］，在發病后半年，仍有30%～66%患者未恢復上肢功能［5］。腦卒中后運動功能的恢復除與患者的年齡、病程、病變部位、病灶大小、康復介入時機等因素相關外，認知功能障礙，特別是執行功能障礙也是影響運動功能恢復的重要原因［6］。Cirstea等研究顯示，腦卒中患者上肢運動功能恢復的效果除與損傷嚴重程度有關外，還依賴于記憶和認知靈活性［7］。

1　執行功能和執行功能障礙

1.1執行功能

執行功能是大腦最高級的認知活動，是控制、整合、組織和維持其他認知能力，以實現特定目標的高級認知過程［8］。工作記憶（workingmemory）、抑制性控制（inhibitory control）、定勢轉換（set shifting）以及流暢性（fluency）為執行功能的四大要素，四者相互聯系［9］。工作記憶是一種對信息進行暫時加工和貯存的容量有限的記憶系統，是執行功能的基礎［10］；抑制性控制是關于人有意識地對優勢的、自動的、具有支配性的反應的抑制，是執行功能的核心成分［11］；定勢轉換是指在注意和反應準備過程中從一個刺激-反應定勢規則向另一個規則靈活轉換的控制過程［9］；流暢性是指在限定時間內盡可能多地列舉出某些限制條件下相關事物的數量的能力［9］。

1.2執行功能障礙

腦卒中患者執行功能障礙發生率較高，急性期發生率約為18.5%～75%［12］，亞急性期約為39.5%～64.4%［13］，慢性期約為30.7%～66%［14］。執行功能障礙表現為難以或不能抽象思維、做出計劃、啟動一項活動、進行創新性的工作、根據規則進行自我調整、對多件事情進行統籌安排、自我監測等，在排除不相關任務的干擾和保持注意的能力受限，動力低下等［15］。概括而言，執行功能障礙的患者不能很好控制自己的思想、情感和行為。

2　執行功能與運動功能的關系

執行功能可以預測腦卒中患者運動障礙的恢復效果。Liu-Ambrose等對63例病程超過1年的社區中老年腦卒中患者進行橫斷面研究，結果提示，在校正年齡、患側股四頭肌肌力和運動水平后，認知靈活性是平衡能力和運動功能的獨立相關因素［16］。Mullick等對認知功能與上肢運動功能恢復的關系進行Meta分析，結果提示，認知功能與上肢運動功能的整體恢復中度相關（r=0.43）；單獨的Meta分析顯示，執行功能與上肢運動功能的恢復中度相關（r=0.48），注意力與運動功能恢復弱相關（r=0.25），而記憶力與運動功能的恢復無關［17］。與認知功能其他成分（如注意力、記憶力）相比，執行功能障礙對運動功能的影響更為明顯［18］。在發病年齡、病程、病變部位、病變體積等影響因素一致的情況下，執行功能越好的患者，其運動功能恢復也越好；且腦卒中后運動障礙越嚴重，執行功能與運動功能的相關性越強［17-18］。對腦卒中患者執行功能障礙進行干預不容忽視。

腦卒中2周內的執行功能障礙是卒中后功能恢復不良的最強獨立認知預測指標［19］。P?hlman等對74例病程38 d內的腦卒中患者進行隨訪，發現腦卒中1年后運動功能恢復不良與總體認知功能、執行功能和視覺記憶能力下降有關；且執行功能障礙者在1年后運動功能恢復不良的風險是執行功能正常者的4倍［6］。Hayes等對20例腦卒中患者進行橫斷面研究，發現患者執行功能障礙越嚴重，其復雜步行測試（complex 10metre gait tests）的結果越差［20］。究其原因，執行功能在啟動、計劃和執行所有活動時起核心作用，包括身體功能活動，即執行功能參與運動調控過程。

腦卒中偏癱患者需要重新進行運動學習，如學習正常的運動模式，如何保持自身平衡。運動學習的過程要求個體具有一定水平的執行能力，包括選擇、整合、組織、理解推理和計劃目標等。學習一種新的運動方式，尤其是復雜的運動方式，對個體的執行能力有較高要求［20］。與年齡匹配的健康人相比，執行功能障礙者在完成姿勢控制等任務時需要更集中注意力［21］；而執行功能障礙者的注意力、工作記憶、理解和學習能力均受損，對治療師的指導易出現理解偏差和遺忘指導內容［22］，這是導致運動功能恢復難度增大的又一個重要原因。同時，執行功能障礙者難以開始一項活動、不能將已學會的方法推廣到其他任務中去，因此，執行功能障礙者難以將已學到的知識內化并持續努力地參與康復治療，這也導致其運動功能恢復緩慢。

平衡能力對于日常生活的轉移和步行十分重要［23］，保持平衡是腦卒中偏癱患者進行運動訓練的重要目標。執行功能障礙者判斷推理能力下降，持續注意力和分散注意力受損，難以抑制不正確的沖動行為（如放棄訓練），思維固執，難以持續將注意力集中在控制自身姿勢和步態上，尤其在進行雙任務時（如邊走路邊說話）［24］。Hayes等對100例病程4 d至半年的中老年腦卒中患者進行前瞻性研究，發現與執行功能正常的腦卒中患者相比，存在執行功能障礙的患者平衡能力往往較差，更容易跌倒［25］。除了發病年齡、受教育時間、卒中嚴重程度和病程影響患者的平衡能力之外，執行功能障礙與腦卒中后的平衡功能獨立相關。

3　執行功能訓練與腦卒中患者運動功能改善的相關性

鑒于腦卒中后出現的執行功能障礙可阻礙運動功能的恢復，而早期開展執行功能干預訓練可延緩執行功能障礙的發展［26-27］，推測執行功能訓練在改善執行功能的同時，也可改善運動功能。

已有多個研究顯示，認知功能訓練可以促進腦卒中患者運動功能的恢復，但執行功能訓練促進腦卒中患者運動功能恢復的相關研究較少。葉祥明等對30例腦卒中患者進行與工作記憶相關的執行功能訓練，發現與常規訓練組相比，執行功能治療組患者不僅在執行功能測試中表現更好，而且在運動功能測試中進步也更明顯［28］。

有系統綜述表明，腦卒中患者的康復訓練積極性明顯影響其運動功能的康復效果［29］。執行功能可預測腦卒中患者參與康復訓練的積極性［22］，執行功能好的患者參與康復訓練的積極性越高。這提示執行功能訓練可通過提高腦卒中患者參與運動功能康復訓練的積極性，促進運動功能的恢復。究其原因，執行功能較好的患者自我監控能力往往更強［30］，在缺乏外界監督時，能長期堅持康復訓練。而參與運動訓練的時間與運動功能的進步正相關［31］。執行功能好的患者可以高效應對現實生活中的困境，減少抑郁、焦慮等負性情緒，康復主動性更強［32-33］。

此外，執行功能訓練還可通過豐富環境刺激，擴展患者活動空間并豐富其鍛煉方式，增加大腦皮層的傳入信息，進一步促進神經功能恢復［34］。

4　執行功能參與運動功能調控的可能神經機制

大腦包括許多復雜神經網絡，如中央執行網絡（centralexecutive network，CEN）、默認狀態網絡（defaultmode network，DMN）等。采用功能性磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）、磁共振擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、正電子發射掃描（positive emission tomography，PET）以及神經解剖學等方法發現，執行功能網絡包括前額葉皮質、額-頂葉通路、皮質-紋狀體環路、額葉-邊緣系統、皮質-小腦網絡等［34］。目前，執行功能訓練如何影響運動功能恢復的機制并不十分明確，可能是執行功能訓練促進了執行功能與運動功能相關的神經網絡連通性。

已有研究表明，額頂葉與運動功能的恢復密切相關。Inman等采用靜息態fMRI（resting state fMRI）進行研究，發現腦卒中患者由上至下的高水平運動導引系統和靜息態運動網絡之間的連接遭到破壞，尤其是上頂葉至主要運動皮層和運動輔助區的通路減少，額頂聯合區和主要運動區失去連接，而額頂聯合區被認為具有選擇準備和執行運動的功能，提示影響運動控制的高水平的控制系統（如執行能力）失去功能，可能對腦卒中后運動功能有顯著影響［35］。Wenderoth等采用任務態fMRI發現，上頂葉和中央前回后部參與由軀體感覺刺激產生的運動，下頂葉和中央前回前部參與由視覺和軀體感覺共同刺激產生的運動；在目標導向的運動中，額-頂葉通路可整合不同的感覺形式，從而將注意力引向相關空間位置［36］。Andersen等認為，額葉和頂葉均參與運動系統的調控；額頂葉通路還可以影響運動意圖和計劃決定，引導運動軌跡和機體各個部位的協調［37］。在學習運動技能的過程中，背外側前額葉皮層和運動前區之間的有效連通性明顯增強［38］。James等采用靜息態fMRI分析腦區連通性，發現左背外側前額葉皮層、前扣帶回和左側運動前區與運動技能的獲取明顯相關［39］。

腦功能的神經網絡連通性被破壞，機體的運動功能也會受到影響［40］。神經網絡連通性的修復可提高運動功能的康復效果。因此，額頂葉通路與運動系統有著非常密切的關系。

Monchi等提出，正常成年人尾狀核和殼核的主要功能是計劃，與自發新動作前啟動相關［41］。人類大腦DTI研究發現，額葉皮層、尾狀核和殼核之間存在多條皮層紋狀體通路。該研究發現，尾狀核與前額葉皮層、中下顳回、額葉眼功能區、小腦和丘腦有連接，殼核與前額葉皮層、主要運動皮層、主要軀體感覺皮層、輔助運動區、運動前區、小腦和丘腦形成網絡［42］。所以，額葉皮層還可能通過與尾狀核、殼核的連接影響運動功能的恢復。

Stoodley等應用fMRI研究發現，小腦參與執行功能，在進行漢諾塔測試、隨機數字產生測試及威斯康星卡片分類測試時，小腦小葉Ⅵ和小葉Ⅶ（Ⅶb和腳Ⅰ、Ⅱ）均能被激活［43］。還有學者采用fMRI發現，小腦可以通過皮質-小腦網絡（cortico-cerebellar network）中的傳入神經纖維和傳出神經纖維，對執行功能的工作記憶產生明顯影響，該網絡包括腹外側前額葉皮層、背外側前額葉皮層、頂葉皮質和前扣帶回［44］。Tzvi等認為，小腦-紋狀體-皮質網絡是動作序列學習（motor sequence learning，MSL）過程的重要組成部分［45］。以上文獻均提示，前額葉皮層與小腦有大量神經纖維連接，執行功能訓練可能通過加強前額葉皮質-小腦網絡的連通性，對運動功能的恢復產生促進作用。

此外，還有學者認為執行功能訓練可能通過丘腦［46］、顳葉、紋狀體［45］等部位影響運動功能的恢復。

5　問題與展望

已有研究提示，腦卒中后執行功能訓練可提高運動功能，但相關文獻報道不多。執行功能訓練影響運動功能恢復的確切機制也尚不明確。通過采用fMRI、DTI等神經影像技術，學者們認為執行功能訓練可促進執行功能網絡和運動功能網絡之間的神經網絡連通性，主要涉及額葉、頂葉、尾狀核、殼核、小腦等部位，進而改善運動功能。仍需要開展大樣本、多中心、高質量隨機對照試驗，進一步明確執行功能訓練對運動功能影響的機制，為腦卒中后運動功能的康復提供新的思路和方法。

［1］吳兆蘇，姚崇華，趙冬.我國人群腦卒中發病率、死亡率的流行病學研究［J］.中華流行病學雜志，2003，24（3）:236-239.

［2］Winstein CJ，Stein J，Arena R，et al.Guidelines for Adult Stroke Rehabilitation and Recovery［J］.Stroke，2016，47（6）: e98-e169.

［3］Saposnik G，Teasell R，MamdaniM，etal.Effectiveness of virtual reality using Wii gaming technology in stroke rehabilitation:a pilot randomized clinical trial and proof of principle［J］. Stroke，2010，41（7）:1477-1484.

［4］Paolucci S，Grasso MG，Antonucci G，et al.One-year follow-up in stroke patients discharged from rehabilitation hospital［J］.Cerebrovasc Dis，2000，10（1）:25-32.

［5］KwakkelG，Kollen BJ，van der Grond J，etal.Probability of regaining dexterity in the flaccid upper limb:impact of severity of paresis and time since onset in acute stroke［J］.Stroke，2003，34（9）:2181-2186.

［6］P?hlman U，S?vborg M，Tarkowski E.Cognitive dysfunction and physical activity after stroke:The Gothenburg Cognitive Stroke Study in the Elderly［J］.J Stroke Cerebrovasc Dis，2012，21（8）:652-658.

［7］Cirstea CM，Ptito A，Levin MF.Feedback and cognition in arm motor skill reacquisition after stroke［J］.Stroke，2006，37（5）: 1237-1242.

［8］Haskins EC.Cognitive Rehabilitation Manual［M］.Virginnia，American:ACRM Publishing，2012:19.

［9］Rabinovici GD，Stephens ML，Possin KL.Executive dysfunction［J］.Continuum，2015，3（21）:646-659.

［10］Baddeley A.The episodic buffer:a new component of workingmemory［J］.Trends Cogn Sci，2000，4（11）:417-423.

［11］李莉，朱湘茹，李永鑫.執行功能的理論研究綜述［J］.心理研究，2012，5（2）:50-53.

［12］Nys GMS，van ZandvoortMJE，de Kort PLM，etal.Cognitive disorders in acute stroke:prevalence and clinical determinants［J］.Cerebrovasc Dis，2007，23（5-6）:408-416.

［13］Middleton LE，Lam B，Fahmi H，et al.Frequency of domain-specific cognitive impairment in sub-acute and chronic stroke［J］.NeuroRehabilitation，2014，34（2）:305-312.

［14］Bour A，Rasquin S，Limburg M，et al.Depressive symptoms and executive functioning in stroke patients:a follow-up study［J］.Int JGeriatr Psychiatry，2011，26（7）:679-686.

［15］勵建安，畢勝.康復醫學［M］.北京:人民衛生出版社，2014: 194-195.

［16］Liu-Ambrose T，Pang MYC，Eng JJ.Executive function is independently associated with performances of balance and mobility in community-dwelling older adults aftermild stroke:implications for falls prevention［J］.Cerebrovasc Dis，2007，23（2-3）:203-210.

［17］Mullick AA，Subramanian SK，Levin MF.Emerging evidence of the association between cognitive deficits and arm motor recovery after stroke:ameta-analysis［J］.Restor Neurol Neurosci，2015，33（3）:389-403.

［18］Levin M，Subramanian S，Chilingaryan G，et al.Influence of depression and cognitive deficits on use of feedback for upper limb recovery in chronic stroke［J］.Neurorehabil Neural Repair，2014，28（9）:924.

［19］Le?niak M，Bak T，Czepiel W，etal.Frequency and prognostic value of cognitive disorders in stroke patients［J］.DementGeriatr Cogn Disord，2008，26（4）:356-363.

［20］Hayes S，Donnellan C，Stokes E.Associations between executive function and physical function poststroke:a pilotstudy［J］. Physiotherapy，2013，99（2）:165-171.

［21］Brown LA，Sleik RJ，Winder TR.Attentionaldemands for static postural control after stroke［J］.Arch Phys Med Rehabil，2002，83（12）:1732-1735.

［22］Skidmore ER，Whyte EM，Holm MB，etal.Cognitive and affective predictors of rehabilitation participation after stroke［J］. Arch PhysMed Rehabil，2010，91（2）:203-207.

［23］Stapleton T，Ashburn A，Stack E.A pilotstudy of attention deficits，balance control and falls in the subacute stage follo wing stroke［J］.Clin Rehabil，2001，15（4）:437-444.

［24］Coppin AK，Shumway-Cook A，Saczynski JS，et al.Association of executive function and performance of dual-task physical tests among older adults:analyses from the InChianti study［J］.Age Ageing，2006，35（6）:619-624.

［25］Hayes S，Donnellan C，Stokes E.Executive dysfunction and balance function post-stroke:A cross-sectional study［J］.Physiotherapy，2016，102（1）:64-70.

［26］Moro V，Condoleo MT，Valbusa V，etal.Cognitive stimulation of executive functions in mild cognitive impairment:specific efficacy and impact inmemory［J］.Am JA lzheimers Dis Other Demen，2015，30（2）:153-164.

［27］Eskes GA，Lanct?t KL，Herrmann N，et al.Canadian Stroke Best Practice Recommendations:Mood，Cognition and Fatigue Following Stroke practice guidelines，update 2015［J］.Int J Stroke，2015，10（7）:1130-1140.

［28］田亮，葉祥明，李厥寶，等.認知功能訓練對基底核區腦卒中患者運動及執行功能的影響［J］.中華物理醫學與康復雜志，2013，35（9）:708-711.

［29］Morris JH，Macgillivray S，M cfarlane S.Interventions to promote long-term participation in physical activity after stroke:a systematic review of the literature［J］.Arch Phys Med Rehabil，2014，95（5）:956-967.

［30］Hofmann W，Schmeichel BJ，Baddeley AD.Executive functions and self-regulation［J］.Trends Cogn Sci，2012，16（3）: 174-180.

［31］Aichner F，Adelwohrer C，Haring HP.Rehabilitation approaches to stroke［J］.JNeural Transm Suppl，2002（63）:59-73.

［32］陳純，王權紅，劉銜華，等.負性情緒與認知執行功能的關系研究［J］.現代生物醫學進展，2013（06）:1149-1152.

［33］Layton RL，Muraven M.Self-control linked with restricted emotionalextremes［J］.Person Indiv Differ，2014，58（2）:48-53.

［34］Leh SE，PetridesM，Strafella AP.The neural circuitry of executive functions in healthy subjects and Parkinson's disease［J］. Neuropsychopharmacology，2010，35（1）:70-85.

［35］Inman CS，James GA，Hamann S，et al.A ltered resting-state effective connectivity of fronto-parietalmotor control systems on the primary motor network following stroke［J］.Neuroimage，2012，59（1）:227-237.

［36］Wenderoth N，Toni I，Bedeleem S，etal.Information processing in human parieto-frontal circuits during goal-directed bimanualmovements［J］.Neuroimage，2006，31（1）:264-278.

［37］Andersen RA，Cui H.Intention，action planning，and decision making in parietal-frontal circuits［J］.Neuron，2009，63（5）: 568-583.

［38］Dayan E，Cohen LG.Neuroplasticity subserving motor skill learning［J］.Neuron，2011，72（3）:443-454.

［39］James GA，Lu Z，VanMeter JW，etal.Changes in resting state effective connectivity in themotor network following rehabilitation of upper extremity poststroke paresis［J］.Top Stroke Rehabil，2009，16（4）:270-281.

［40］Carter AR，Astafiev SV，Lang CE，et al.Resting interhemispheric functional magnetic resonance imaging connectivity predicts performance after stroke［J］.Ann Neurol，2010，67（3）: 365-375.

［41］MonchiO，Petrides M，Strafella AP，et al.Functional role of the basal ganglia in the planning and execution of actions［J］. Ann Neurol，2006，59（2）:257-264.

［42］Leh SE，Ptito A，Chakravarty MM，et al.Fronto-striatal connections in the human brain:A probabilistic diffusion tractography study［J］.Neurosci Lett，2007，419（2）:113-118.

［43］Stoodley CJ.The cerebellum and cognition:evidence from functional imaging studies［J］.Cerebellum，2012，11（2）: 352-365.

［44］Ziemus B，Baumann O，Luerding R，et al.Impaired working-memory after cerebellar infarcts paralleled by changes in BOLD signalof a cortico-cerebellar circuit［J］.Neuropsychologia，2007，45（9）:2016-2024.

［45］Tzvi E，Münte TF，Kr?mer UM.Delineating the cortico-striatal-cerebellar network in implicitmotor sequence learning［J］. Neuroimage，2014，94:222-230.

［46］Ide S，Kakeda S，Korogi Y.Anatomy of the thalamus［J］. Brain Nerve，2015，67（12）:1459-1469.

Executive Function and Motor FunctionalRecovery in Stroke Patients:In fluence and Underlying Mechanism（review）

ZOU Shu-yi，WENHong-mei
Departement of Rehabilitation Medicine，The Third A ffilliated Hospital of Sun Yat-Sen University，Guangzhou，Guangdong 510630，China

WENHong-mei.E-mail:wenhm0625@126.com

Executive function is a superordinate cognitive function of the brain.Executive dysfunction post stroke playsa very important role in recovery ofmotor function，which is associated withmotor learning，postural control，etc.Executive function trainingmay promote the recovery ofmotor function.The potentialneurologicalmechanismincludes the cerebralnetwork involving a variety of areas.

stroke；executive function；motor function；brain functionalnetwork；review

10.3969/j.issn.1006-9771.2016.09.008

R743.3

A

1006-9771（2016）09-1024-04

2016-03-02

2016-06-22）

1.國家自然科學基金項目（No.81101461；No.81472156）；2.中央高校基本科研業務費（No.12ykpy39）。

中山大學附屬第三醫院康復醫學科，廣東廣州市510630。作者簡介：鄒淑怡（1990-），女，漢族，廣東茂名市人，碩士研究生，主要研究方向：神經康復。通訊作者：溫紅梅（1975-），女，漢族，河北衡水市人，博士，副主任醫師，碩士研究生導師，主要研究方向：神經康復。E-mail:wenhm0625@126.com。