腦卒中患者心理旋轉能力與視空間認知能力的關系

劉華，杜曉霞，孫蓉，王強，榮湘江，宋魯平，張通

腦卒中患者心理旋轉能力與視空間認知能力的關系

劉華1，杜曉霞2,3，孫蓉2,3，王強2,3，榮湘江1，宋魯平2,3，張通2,3

目的探索腦卒中患者心理旋轉反應特點，以及心理旋轉特征與視空間認知功能的關系。方法2012年3月至2013年10月，選取30例腦卒中住院患者作為實驗組，招募30名正常人作為對照組，進行手心理旋轉任務測試以及蒙特利爾認知評估量表(MoCA)視空間與執行功能部分測試。結果實驗組手心理旋轉任務反應時顯著長于對照組(F=95.6,P<0.001)；隨著旋轉角度增加，兩組反應時均延長，旋轉180°所需的反應時最長(F=345.672,P<0.001)。實驗組手心理旋轉任務正確率低于對照組(F=6.444, P<0.05)；隨著旋轉角度增加，兩組正確率均降低，旋轉180°的正確率最低(F=102.911,P<0.001)。實驗組各旋轉角度反應時與Mo-CA視空間認知評分負相關(P<0.05)，各旋轉角度正確率與視空間認知評分正相關(P<0.05)。結論腦卒中患者心理旋轉能力受損，但反應方式與正常人相似。腦卒中患者的手心理旋轉能力與視空間認知能力相關。

腦卒中；心理旋轉；運動想象；視空間認知

[本文著錄格式]劉華，杜曉霞，孫蓉，等.腦卒中患者心理旋轉能力與視空間認知能力的關系[J].中國康復理論與實踐, 2017,23(3):249-252.

CITED AS:Liu H,Du XX,Sun R,et al.Characteristics of mental rotation in stroke patients and relationship with visual-spatial cognitive function[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(3):249-252.

空間認知是空間有關信息，如大小、形狀和方位以及空間關系在人腦中的反映[1]，視空間認知能力是人類智力結構的重要組成部分[2]。衡量視空間認知能力的重要標尺之一是心理旋轉[3]，它是一種想象自己或客體旋轉的空間表征轉換能力[4]。心理旋轉指受試者根據呈現在面前不同方向的身體部分，如手、足等，來判斷左側或右側，也稱手心理旋轉任務[5]。

腦卒中是中樞神經系統常見疾病，常伴隨認知障礙[6]、感覺障礙和運動障礙。Mutsaarts等[7]發現，偏癱型腦癱患者右側偏癱手旋轉任務反應時延長，而左側偏癱患者和正常人執行同樣的手旋轉任務，反應時無明顯差異。而Steenbergen等[8]發現，無論是左側偏癱還是右側偏癱患者，與正常人相比，執行手旋轉任務的反應時都顯著延長。Liepert等[5]認為，腦卒中患者伴有嚴重感覺障礙，但并不影響心理旋轉能力。

正確的反應策略是受試者在心理移動他們自己身體部分來判斷刺激的方向[9]。腦卒中患者由于肢體運動障礙，心理旋轉能力[10]與視空間認知功能[11]均有不同程度損害，而兩者的關系目前研究不多。本研究探討腦卒中后患者心理旋轉能力的變化，并探索腦卒中患者心理旋轉能力是否與視空間認知功能有關。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2012年3月至2013年10月在中國康復研究中心北京博愛醫院神經康復科住院治療的腦卒中患者30例作為實驗組，符合1995年全國第四屆腦血管病學術會議制定的腦卒中診斷標準[12]，并經頭顱CT或MRI證實。

納入標準：①首次發?。虎谧髠戎w運動功能障礙；③生命體征平穩，癥狀不再進展持續48 h以上；④簡易精神狀態檢查(Mini-Mental Status Examination, MMSE)[13]評定無明顯認知障礙，能口頭交流并配合實驗；⑤右利手[14]；⑥簽署知情同意書。

排除標準：①小腦或腦干梗死、出血；②肢體嚴重疼痛或痙攣(改良Ashworth分級>Ⅱ級)；③嚴重心、肺、肝、腎功能不全；④伴其他神經及精神疾病、癲癇病史；⑤截肢者。

招募正常對照組30人，均為北京博愛醫院護工。

納入標準：①身體健康；②肢體無明顯疼痛；③否認特殊病史(如焦慮、抑郁等)；④認知功能正常；⑤右利手；⑥簽署知情同意書。

本研究經中國康復研究中心倫理委員會審核通過。

兩組研究對象性別、年齡、受教育年限和MMSE評分均無顯著性差異(P>0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 手心理旋轉任務[15]

受試者坐舒適的椅子上，眼距離屏幕30 cm，視角2.5°。左手或右手的刺激圖片隨機呈現在19英寸液晶顯示屏上，要求受試者根據呈現的刺激判斷是左手還是右手，并用右手食指按相應鍵。手圖片采用3D圖像軟件Autodesk Maya 2009制作，大小120×80×27像素，分辨率1732×851像素。左手和右手的圖片刺激以6個旋轉角度(0°、60°、120°、180°、240°、300°)和4個視角(手背、手掌、拇指在外、小指在外)呈現。刺激間隔800~1000 ms，在屏幕中央呈現“+”，固定受試者的注視范圍。受試者按鍵反應后出現下一個圖片刺激，刺激程序通過E-prime 2.0(Psychology Software Tools,Inc.Pittsburgh,USA)實現。

任務包含1個練習程序和1個正式實驗程序。練習程序讓受試者熟悉實驗操作過程，并熟悉按鍵判斷；正式實驗程序參數根據練習程序的資料獲得。正式程序包括72個刺激。記錄按鍵的正確率和反應時。正確率為判斷正確的刺激數占總刺激的比例；反應時為屏幕開始出現刺激到受試者按鍵的時間，僅計算判斷正確的反應時。

1.2.2 視空間認知任務

受試者由同一名?？漆t師采用中文版蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)[16]進行神經心理評估。MoCA包括8個認知領域，即視空間與執行功能、命名、記憶、注意力、語言、抽象、延遲回憶、定向力。本研究選取視空間與執行功能部分，總分4分。

1.3 統計學分析

采用SPSS 17.0統計軟件進行統計分析。計量資料用(±s)表示。手心理旋轉任務的正確率和反應時比較采用重復測量方差分析，比較組內因素6個旋轉角度效應(0°、60°、120°、180°、240°、300°)和組間因素效應(實驗組和對照組)。多重比較采用Post hoc分析。實驗組手心理旋轉任務的正確率、反應時與MoCA評分的相關性采用Pearson相關分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 手心理旋轉任務

2.1.1 反應時

重復測量方差分析顯示，組間主效應顯著(F(1,58)= 95.6,P<0.001)，實驗組反應時(2127.2±13.7)ms，顯著長于對照組(1937.8±13.7)ms。旋轉角度主效應顯著(F(5,54)=345.672,P<0.001)，旋轉180°所需的反應時(2224.5±11.3)ms，顯著長于0°(1859.3±10.7)ms、60° (1965.5±10.4)ms、120°(2077.0±11.4)ms、240° (2093.2±12.2)ms、300°(1975.6±12.8)ms。組間因素和旋轉角度因素交互效應不顯著(F(5,54)=1.653,P= 0.191)。實驗組和對照組反應時最短所對應的旋轉角度均為0°，反應時最長所對應的旋轉角度均為180°。見圖1。

圖1 兩組不同旋轉角度手心理旋轉任務反應時比較

2.1.2 正確率

重復測量方差分析顯示，組間主效應顯著(F(1,58)= 6.444,P=0.014)，實驗組正確率(75.1±1.2)%，低于對照組(79.3±1.2)%。旋轉角度主效應顯著(F(5,54)= 102.911,P<0.001)，旋轉180°的正確率(67.5±1.1)%，顯著低于0°(84.7±0.8)%、60°(79.2±0.9)%、120° (75.7±1.0)%、240°(76±1.0)%、300°(80.3±1.0)%。組間因素和旋轉角度因素交互效應不顯著(F(5,54)=2.122, P=0.103)。實驗組和對照組正確率最低的均為判斷旋轉角度180°時的反應。見圖2。

圖2 兩組不同旋轉角度手心理旋轉任務正確率比較

2.2 相關性分析

實驗組反應時與MoCA視空間認知評分負相關(P<0.05)，正確率與視空間認知評分正相關(P<0.05)。見表2。

表2 實驗組手心理旋轉任務成績與視空間認知評分相關性(n=30)

3 討論

本研究顯示，腦卒中患者和正常人對不同旋轉角度刺激的表現類似，均是隨著垂直方向角度的增加，判斷越來越難；角度刺激越接近180°，反應時越長，正確率越低。Yan等[17]在正常人和腦卒中患者中研究手心理旋轉任務時發現，反應時均隨著角度的增加而延長。兩組的反應模式均采取正確的反應策略，即心理旋轉自己的手去匹配給出的角度刺激[18]。研究發現[19]，心理旋轉與身體部分實際執行旋轉類似，反應時隨著旋轉角度增加而延長；手的姿勢真實情況下越難完成，心理旋轉反應的時間就越長；隨著角度越接近垂直，正常人和腦卒中患者對角度刺激的反應時間越來越長。這與我們的研究一致。

腦卒中患者和正常人在手心理旋轉任務反應的模式雖然類似，但與正常人相比，腦卒中患者反應的速度和正確率都明顯下降。Yan等[17]發現，腦卒中患者執行手心理旋轉比正常人需要更長的時間反應，且正確率下降，說明腦卒中患者的手心理旋轉反應明顯受損。Tabrizi等[20]的研究顯示，多發性硬化患者對于手心理旋轉任務的反應速度和反應正確率均比正常人下降。心理旋轉任務中，中樞神經損傷患者由于肢體運動功能障礙，導致實際執行障礙，判斷手偏側的反應變得越來越困難。Azin等[21]認為，心理旋轉是一種內在的運動想象，在時相特征上類似于實際執行。神經影像學的證據表明，運動想象參與運動的計劃和準備階段[22]。腦卒中患者的運動想象能力受損[15]，執行某項任務的計劃和準備階段需要更長時間，執行手心理旋轉任務反應時延長，正確率下降。

我們的研究顯示，心理旋轉任務的反應時、正確率與視空間認知功能相關。有研究顯示[17]，心理旋轉即內在的運動想象，與記憶、視空間認知能力有關。本研究的相關性分析顯示，認知功能的一些方面參與心理旋轉這一復雜的認知運動任務。

心理旋轉任務認知過程包括視刺激感受編碼，心理旋轉和反應[23-24]。執行手心理旋轉任務時，受試者通過視空間和運動整合，比較手刺激和他們自己手的心理表征，從而做出反應[25]。這種心理旋轉和實際的運動計劃及運動執行有類似的認知過程。手心理旋轉任務活化了諸如視皮層、基底節、運動前區、輔助運動區等皮層神經網絡[26]。腦卒中患者信息處理速度和工作記憶下降，可能與心理旋轉能力的損害有關[27]。

總之，本研究表明腦卒中患者和正常人的手心理旋轉心理過程相似，但心理旋轉能力受損；而腦卒中患者手心理旋轉能力與視空間認知能力相關。

[1]李俊,張惠紅,郁東.空間認知研究在定向運動中的運用[J].南京體育學院學報(自然科學版),2005,4(1):20-22.

[2]王志偉,金建烽,嚴清章,等.輕度認知障礙患者平衡功能與視空間感知功能的關系[J].中國健康心理學雜志,2016,24(12):1778-1782.

[3]鞠成婷,游旭群.空間能力測驗及其研究應用[J].心理科學,2013,36 (2):463-468.

[4]王鵬,游旭群,劉永芳.心理旋轉研究的新進展[J].心理科學,2005,28 (5):1164-1166.

[5]Liepert J,Busching I,Sehle A,et al.Mental chronometry and mental rotation abilities in stroke patients with different degrees of sensory deficit[J].Restor Neurol Neurosci,2016,34(6):907-914.

[6]劉娜,孟品,耿閃,等.腦卒中后認知障礙患者蒙特利爾認知評估量表變化特征及其與TOAST亞型的關系[J].中華老年心腦血管病雜志, 2016,18(4):345-348.

[7]Mutsaarts M,Steenbergen B,Bekkering H.Impaired motor imagery in right hemiparetic cerebral palsy[J].Neuropsychologia,2007,45(4): 853-859.

[8]Steenbergen B,van Nimwegen M,Craje C.Solving a mental rotation task in congenital hemiparesis:motor imagery versus visual imagery[J].Neuropsychologia,2007,45(14):3324-3328.

[9]Berneiser J,Jahn G,Grothe M,et al.From visual to motor strategies: training in mental rotation of hands[J].Neuroimage,2016.[Epub ahead of print].doi:10.1016/j.neuroimage.2016.06.014.

[10]Amesz S,Tessari A,Ottoboni G,et al.An observational study of implicit motor imagery using laterality recognition ofthe hand after stroke[J].Brain Inj,2016,30(8):999-1004.

[11]周楷,王群.急性缺血性腦卒中記憶障礙特點的研究[J].重慶醫學, 2013,42(12):1338-1339.

[12]中華神經科學會,中華神經外科學會.各類腦血管疾病診斷要點[J].中華神經科雜志,1996,29(6):379-380.

[13]Hodkinson H.Evaluation of a mental test score for assessment of mental impairment in the elderly[J].AgeAgeing,1972,1(4):233-238.

[14]李心天.中國人的左右利手分布[J].心理學報,1983,15(3):268-276.

[15]Yan J,Sun J,Guo X,et al.Motor imagery cognitive network after left ischemic stroke:study of the patients during mental rotation task[J]. PLoS One,2013,8(10):e77325.

[16]劉劍,山磊,張小年,等.腦卒中恢復期認知障礙的蒙特利爾認知評估及其影響因素的研究[J].中國康復理論與實踐,2014,20(6):554-557.

[17]Yan J,Guo X,Jin Z,et al.Cognitive alterations in motor imagery process after left hemispheric ischemic stroke[J].PLoS One,2012,7(8): e42922.

[18]Wang Z,Guo X,Lyu Y,et al.Spatiotemporal differences of brain activation between internal and external strategies in mental rotation:A behavioral and ERD/ERS study[J].Neurosci Lett,2016,623:1-6.

[19]Parsons LM.Temporal and kinematic properties of motor behavior reflected in mentally simulated action[J].J Exp Psychol Hum Percept Perform,1994,20(4):709-730.

[20]Tabrizi YM,Mazhari S,Nazari MA,et al.Abnormalities of motor imagery and relationship with depressive symptoms in mildly disabling relapsing-remitting multiple sclerosis[J].J Neurol Phys Ther,2014,38 (2):111-118.

[21]Azin M,Zangiabadi N,Moghadas TY,et al.Deficiency in mental rotation of upper and lower-limbs in patients with multiple sclerosis and its relation with cognitive functions[J].Acta Med Iran,2016,54(8): 510-517.

[22]Seegelke C,Hughes CM.The influence of action possibility and end-state comfort on motor imagery of manual action sequences[J]. Brain Cogn,2015,101:12-16.

[23]Hyde C,Fuelscher I,Buckthought K,et al.Motor imagery is less efficient in adults with probable developmental coordination disorder:evidence from the hand rotation task[J].Res Dev Disabil,2014,35(11): 3062-3070.

[24]ter Horst AC,van Lier R,Steenbergen B.Mental rotation strategies reflected in event-related(de)synchronization of alpha and mu power[J]. Psychophysiology,2013,50(9):858-863.

[25]Heil M.The functional significance of ERP effects during mental rotation[J].Psychophysiology,2002,39(5):535-545.

[26]Tomasino B,Budai R,Mondani M,et al.Mental rotation in a patient with an implanted electrode grid in the motor cortex[J].Neuroreport, 2005,16(16):1795-1800.

[27]周瑞,尹虹祥,柯賢軍,等.腦卒中對基本認知功能的影響[J].神經損傷與功能重建,2008,3(1):43-44.

Characteristics of Mental Rotation in Stroke Patients and Relationship with Visual-spatial Cognitive Function

LIU Hua1,DU Xiao-xia2,3,SUN Rong2,3,WANG Qiang2,3,RONG Xiang-jiang1,SONG Lu-ping2,3,ZHANG Tong2,3
1.Capital University of Physical Education and Sports,School of Kinesiology and Health,Beijing 100191,China; 2.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;3.Beijing Bo'ai Hospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

LIU Hua.E-mail:liuhua@cupes.edu.cn

ObjectiveTo investigate the characteristics of mental rotation in stroke patients and the relationship between mental rotation and visual-spatial cognitive function.MethodsFrom March,2012 to October,2013,30 stroke patients were selected as experimental group and 30 healthy subjects as control group.They were tested with hand mental rotation task,and assessed with visuospatial abilities from Montreal Cognitive Assessment(MoCA).ResultsThe reaction time of hand mental rotation task was significantly longer in the experimental group than in the control group(F=95.6,P<0.001).The reaction time was longer with the increase of rotation angle in both groups,and was the longest as 180°of rotation(F=345.672,P<0.001).The response accuracy rate of hand mental rotation task was significantly lower in the experimental group than in the control group(F=6.444,P<0.05).The response accuracy rate was lower with the increase of rotation angle in both groups,and was the least as 180°of rotation(F=102.911,P<0.001).The reaction time negatively correlated with the score of visuospatial abilities,while the response accuracy rate positively correlated with it in the stroke patients(P<0.05).ConclusionThe mental rotation ability is impaired in stroke patients,however,the respondent pattern is similar to healthy people.The mental rotation ability is correlated with visual-spatial cognitive functions in stroke patients.

stroke;mental rotation;motor imagery;visual-spatial cognition

R743.3

A

1006-9771(2017)03-0249-04

2016-12-05

2017-01-13)

1.北京市科技創新服務能力建設－科研計劃課題(No.KM201610029001)；2.首都體育學院科研基地建設－科技創新平臺項目(No.15516017)。

1.首都體育學院運動康復學教研室，北京市100191；2.首都醫科大學康復醫學院，北京市100068；3.中國康復研究中心北京博愛醫院，北京市100068。作者簡介：劉華(1978-)，女，漢族，湖北武穴市人，博士，講師，主要研究方向：康復新方法及機制研究、運動損傷康復的機制研究。E-mail:liuhua@cupes.edu.cn。