雙任務訓練治療腦卒中患者平衡障礙的研究進展

王海靜，李慶雯

1.天津體育學院，a.社會體育與健康科學學院；b.研究生處，天津市301600

全世界每年約有1500萬人首發腦卒中[1]，其中，約500萬腦卒中幸存者形成永久性殘疾[2]。腦卒中已成為繼冠心病和癌癥后第三大常見死亡原因[3]。平衡是指人體重心改變時，能自動調整肢體位置，并保證姿勢穩定的能力。約80%腦卒中幸存者存在平衡功能障礙[1,4]，1/3經康復的腦卒中患者在出院后不能在無輔助情況下進行社區活動[5]。平衡功能是腦卒中患者重新融入社區生活的重要影響因素。

功能性社區活動需要在行走時執行另外任務，如拿起水杯喝水、觀察交通信息等。在同時執行兩項任務時，不僅腦卒中患者，包括老年人在內的許多身體功能差的人平衡功能都會受到影響[6-7]，對健康受試者的平衡功能和步態也有負面影響[8-9]。傳統康復訓練并未充分解決腦卒中后雙重任務下的平衡功能障礙[10]。Cockburn等[11]強調，有必要進行雙重任務訓練，以改善腦卒中患者在雙重任務下的平衡功能表現。

近些年來，雙任務(dual-task)訓練開始應用于腦卒中患者的平衡功能訓練中[12-13]。雙任務訓練是指患者同時執行兩項或多項任務，通常包括主要運動任務和次要注意力要求任務。許多研究調查不同人群中雙任務訓練的有效性，包括老年人[14]、帕金森病患者[15]和阿爾茨海默病患者[16]。有學者指出[17-21]，雙任務訓練也可有效預防腦卒中患者跌倒的發生，改善其平衡功能和步態表現。

1 雙任務與腦卒中患者平衡功能

1.1 雙任務執行對認知資源的需求

雙任務是由場所控制任務和姿勢控制元任務組成，而姿勢控制元任務又進一步分為認知任務和運動任務[20]。Her等[13]在此基礎上將雙任務分為認知雙任務(cognitive dual-task)和運動雙任務(motor dual-task)。適當的姿勢反應、運動計劃和姿勢控制能力是人體平衡不可或缺的因素[8,22-24]。姿勢控制受認知因素的影響[25-26]。姿勢控制受損由運動、感覺和認知障礙的復雜相互作用引起，是腦卒中患者運動功能障礙的關鍵特征[27]。認知功能包括注意、計劃、記憶、解決問題、使用語言等。包括認知和步態成分在內的雙任務訓練可以提高神經損傷患者的注意力、注意力分配和運動功能[24,28]。如果注意力和注意力分配沒有得到適當誘導，就會導致平衡功能障礙[29]。

1.2 雙任務條件下平衡功能受影響的機制

大量研究表明[24,27,29-30]，雙任務執行會產生干擾效應：一個任務與另一個任務同時執行時，會出現其中一個任務或所有任務表現下降。雙重任務之間相互干擾，改變了以前認為跌倒是純粹動作失調的認識[10]。這表明中樞神經系統處理信息的認知能力是有限的[20]。注意容量有限理論認為，一個人的注意力有限，而完成各種任務都需要一定的注意力，當所有任務需要的注意總和不超過總注意資源時，會有足夠的注意資源供機體使用；如果執行任務需要的注意總和達到或超過總注意資源時，則有一個或多個任務表示下降[31-32]。Haggard等[33]、Mc-Culloch[34]也稱其為認知負荷理論。此外，瓶頸理論認為，信息處理存在一個點，一次只能執行一個任務；在雙重任務條件下，每個任務表現都會下降[31]。第三種理論是執行控制交互作用理論[35]，即在對兩個任務的協調控制過程中，個體會根據不同情境靈活選擇不同的優先策略。

認知控制分配資源時，兩個任務在認知資源的使用上發生沖突，環境因素和自身認知能力的限制，需要在主要任務和次要任務之間做出認知資源投放的選擇，這個任務可以是主要任務，也可以是次要任務。

腦卒中發生后，無論認知資源總量還是注意力分配都存在不同程度損害[36]。腦卒中患者雙任務中姿勢控制障礙源于運動功能障礙和認知總量-注意力轉換功能障礙，姿勢控制的運動功能障礙也增加了對有限注意資源的需求[37]。兩個任務相互競爭注意力資源，導致一個任務或兩個任務的表現下降，出現平衡功能障礙。傳統康復能部分改善腦卒中患者的雙重任務表現，注意容量有限理論可以提供可能的解釋：通過常規肌肉強化、平衡和步態訓練等，提高運動能力，可減少執行運動任務時的注意力資源需求，允許更多注意力去執行其他任務。

2 雙任務訓練在腦卒中患者平衡功能康復中的應用

雙任務訓練較早應用于老年人預防跌倒。Lundin-Olsson等[38]證實，邊走邊聊(walking while talking,WWT)測試能有效預測老年人跌倒發生。但Smulders等[39]并沒有發現雙任務測試表現與跌倒發生之間有聯系。越來越多的研究表明特定任務訓練在神經康復方面的價值[40-41]，即雙任務訓練應該針對特定任務，這些任務與患者日常生活習慣相關；需要在各種環境背景的運動過程中實施雙任務活動，以提高雙任務訓練效果。老年人雙任務訓練已被證明效果顯著[42-43]。

Plummer等[22]分析腦卒中后功能性活動期間認知-運動干擾的典型模式：①在以步態為主要任務、注意力任務作為次要任務的雙任務訓練中，步態表現惡化，認知表現穩定；②雙重任務情況下步態表現和認知表現都惡化。這些研究表明，腦卒中患者在康復出院后，與步態相關的雙重任務存在相互干擾。他們認為，傳統康復并未顯著降低卒中后雙任務之間相互干擾的情況。也有學者指出[14-15]，認知障礙與步態異常之間存在相互作用。他們認為認知訓練可以預防跌倒，并改善行動能力；而步態訓練也可以提高認知能力，這種提高表現在患者對有限注意資源的合理分配上。

Yang等[44]發現，與無干預組相比，接受雙任務訓練的患者單任務和雙任務步行期間的步態表現顯著提高。但由于對照組是空白對照，不清楚患者平衡功能和步態表現的改善是由于步態自動化還是雙任務相互協調的作用。Plummer-D'Amato等[45]將參與者隨機分配到單任務和雙任務組，單任務訓練涉及結合運動再學習原則的步態訓練，雙任務訓練在步態訓練同時執行75%重復認知任務，采用雙任務干預的可變優先級訓練策略(variable priority,VP)，使參與者在訓練中可交替關注注意力，以觀察雙任務干預是否影響雙任務行走期間注意力資源的自愿分配。他們還調查了認知雙任務訓練對跨越障礙物的影響。雖然對腦卒中患者進行過跨越障礙物訓練[46-47]，但沒有觀察過在注意力要求很高的任務中進行訓練是否可以改善跨越障礙物期間的運動控制。結果發現，經過可變優先級的雙任務訓練后，患者平衡功能明顯提高，這種提高源自于患者有限注意力資源在不同的任務中轉換的協調能力；相比固定優先級(fixed priority,FP)訓練，VP是雙任務訓練更佳的方法。Seo等[48]證實，經過4周VP條件雙任務訓練，腦卒中偏癱患者的平衡功能和行走能力改善。Lee[49]發現，與其他訓練相比，VP條件雙任務訓練后，患者處理主要任務和次要任務協調能力得到改善，主要任務對注意資源的需求減少，有更多注意資源分配給次要任務，從而提高腦卒中患者的平衡功能和步態表現。

感覺刺激作為一種有效的干預方法已表現出明顯效果[50]，如聽覺干擾[51]。Choi等[52]對腦卒中患者在聽覺干擾情況下，在步行時進行平衡功能訓練，結果表明，使用聽覺干擾雙任務訓練可改善慢性腦卒中患者的平衡功能。Ju等[53]將本體感覺作為次要任務對腦卒中患者的平衡功能進行鍛煉，他讓患者將腳放置在增加姿勢不穩定的支撐表面上以增加其本體感覺輸入，結果表明，患側本體感覺輸入增加有利于提高腦卒中患者的姿勢控制能力。Kim等[54]在進行雙任務訓練時，增加視覺限制和不穩定支持面兩個額外因素，結果顯示，患者平衡功能和注意力等方面都有明顯改善。Kim等[55]觀察到，與在地面上進行的運動相比，在水中進行雙任務訓練可以幫助患者更持續地運動，對腦卒中患者平衡和步態均有積極作用。

不同外部感覺雙任務訓練都可以改善多數步態時空參數和單任務條件下的平衡功能。積極探索不同類型的雙任務訓練，對改善腦卒中患者的平衡功能非常必要。

雙任務訓練獲得的能力可能轉移到未經訓練的任務中。雙任務訓練對整體認知功能有一定的改善效果[46,50,56]，對某些特定的認知功能，如注意總量、注意資源協調分配和執行功能，會產生更加顯著的作用。而單任務訓練僅限于提高與干預相同或相似的任務[40]。但Plummer等[22]發現，雙任務訓練在腦卒中患者的轉移效果較低。這可能是采取的次要任務干擾不同，評價指標不同。值得進一步探究。

雙任務訓練對其他疾病患者也有效。系統評價證實[57]，帕金森病患者接受雙任務訓練后，步速、步幅和Berg平衡量表評分顯著提高。另一項系統評價發現[58]，雙任務運動訓練可改善帕金森病患者和阿爾茨海默病患者單任務和雙任務條件下的步速和步幅，改善腦損傷患者雙重任務條件下的步速和步長；雙任務訓練對帕金森病和阿爾茨海默病患者的平衡和認知功能有中度影響。但對照僅限于無干預。

雙任務訓練對腦卒中患者平衡功能的影響大致可歸為三個方面：①雙任務平衡功能訓練較單任務訓練能更好提高腦卒中患者的平衡功能，VP條件比FP條件效果更好，表現為患者對有限制注意力資源的管理和分配能力提高，這也可以解釋雙任務訓練效果的轉移；②單任務平衡功能訓練可以使腦卒中患者雙任務條件下平衡功能部分提高，而雙任務條件下平衡功能訓練不僅能改善單任務條件下的平衡功能，還能改善患者執行雙任務時的平衡表現；③雙任務訓練能獲得更長的療效持續時間[45,59]。

3 不同次要任務對腦卒中患者平衡功能的影響

雙任務干擾的程度根據所使用的認知任務或運動任務的類型而有所不同[8,22]。優先注意資源的限制和環境需求導致機體在面對不同難度次要任務時，出現不同的應對策略。研究表明[60-61]，兩個同時進行的不同節奏活動相互干擾很大。Al-Yahya等[8]證明次要任務難易程度的重要性。

執行功能是指機體對大腦思想和身體運動進行有意識控制的心理過程[62]，是大腦認知工作的中心環節。言語流暢性任務主要依賴于語義記憶，而后向計數任務依賴于工作記憶，工作記憶與執行功能更直接相關，常被認為是執行功能的一部分[63]。一些理論模型也將工作記憶作為執行系統的核心組成部分[64]。以這些記憶任務作為次要任務會對平衡功能產生較大影響。

視覺干擾作為次要任務作用于腦卒中患者時，由于沒有認知功能的主動參與，對機體產生的影響較小[65]。田亮等[66]的研究顯示，聽覺刺激作為生活中常見的雙重任務，不及計算對平衡功能的影響顯著。Baetens等[67]發現，以自發性言語作為次要任務，對步態干擾比工作記憶或視覺空間任務更強。有研究表明[68-69]，雙任務訓練中最容易受到干擾的認知功能是注意力和工作記憶。所以次要任務并不會占用同樣的注意資源，同等影響平衡功能。治療師應該意識到，有必要對所有非臥床患者進行雙任務平衡訓練，甚至可能有必要進行不同認知負荷的雙任務訓練，以降低腦卒中患者跌倒的風險[67]。

姿勢優先策略是指通過犧牲次要任務的表現來使平衡功能最優化。腦卒中患者在執行不同次要任務時，會優先考慮次要任務，犧牲步態表現[56]。但腦卒中患者的姿勢第二策略并非一成不變，會隨著次要任務的難易程度和自身姿勢控制能力的恢復動態調整。有學者認為[69]，平衡功能與認知資源的分配之間是非單調關系，當次要任務所需的注意力資源較低時，有利于姿勢任務完成；而當次要任務對認知的需求增高后，保持姿勢的資源達不到所需水平，會干擾姿勢任務完成。右側偏癱與左側偏癱的腦卒中患者，在雙任務相互影響上沒有明顯差異[26]。

另一方面，腦卒中患者平衡功能恢復是動態的，雙任務條件下壓力中心(center of pressure,COP)面積的變化不完全是隨機的。這表明腦卒中患者在積極調動注意力資源以應對腦卒中后姿勢控制能力下降，如調用額外的控制過程或加強現有的控制結構等。隨著病情恢復，COP規律性下降，表示姿勢控制過程中注意力資源參與降低，姿勢控制只需要較少的注意資源即可完成[26]。Plummer等[22]發現雙重任務下平衡和姿勢控制的典型模式：運動表現改善/認知表現穩定，運動表現惡化/認知表現惡化，運動表現惡化/認知表現穩定。

不同人群使用不同的優先級策略。如老年人更傾向于將注意力資源分配給主要任務，即姿勢優先策略。帕金森病患者更傾向于將注意力資源優先分配給次要任務[3]，但目前存在爭議。田亮等[66]則表示，帕金森病患者在認知負荷下，會為了增加步行穩定性而自動實施姿勢優先策略。值得進一步研究。

4 雙任務訓練改善腦卒中患者平衡功能的作用機制

雖然越來越多的文獻證明了雙任務訓練對腦卒中患者的平衡功能改善的有效性，但其作用的神經生理學基礎目前尚無定論，代表性的理論可歸納為4種。①根據腦的可塑性理論和運動再學習理論，中樞神經損傷后的功能恢復依賴于大量重復性針對性運動訓練，這為大腦皮層進行復雜運動行為的綜合分析創造條件，促進運動皮層功能重組，提高腦卒中患者雙重任務條件維持平衡的自動化水平；當主要任務對注意資源的需求減少時，就有更多的注意資源分配給次要任務[31]。②通過雙任務訓練使認知分配策略重組而優化，改善認知資源的切換速度，增加主要任務和次要任務之間的協調性，即縮短了瓶頸現象的持續時間。最終使認知資源優化分配，并允許在資源分配和設置優先級方面有更大的靈活性[29,70]。③有學者指出[71]，豐富的外界刺激可誘導內源性神經修復機制，促進神經發生，促使軸突和樹突分支增加，誘導血管發生，增加大腦皮層神經元突觸數量，加快信息處理速度。④雙任務訓練可以激活大腦右側基底核，且隨著次要任務難度增加，基底核區激活點重新分布，或激活點數量增加，腦卒中患者注意總量增加，注意分配能力得以優化[20]。

5 小結

腦卒中后遺癥給患者及其家庭帶來沉重的經濟負擔和精神壓力，應通過積極的康復減輕患者對他人的依賴，使其重返家庭和社會。但目前的康復訓練主要集中于重復的肢體功能訓練。在社區生活中，由于患者處在復雜環境中，患者平衡能力立刻受到嚴重影響。對平衡能力障礙，康復醫師和治療師的關注程度還遠遠不夠，對雙任務訓練的方案還需要進一步探究，并積極推廣。應積極探討與患者實際生活環境相適應的鍛煉方式，讓患者走出治療大廳，回歸社會，重獲較高生活質量，獲得應有的活動能力、社會參與能力和人格尊嚴。