腦機接口對腦卒中后上肢運動功能效果的Meta分析

李玲玲，于瑩，賈雨琦，黃海量

1.山東中醫藥大學康復醫學院，山東濟南市 250355；2.山東中醫藥大學中醫學院，山東濟南市 250355

腦卒中是我國成年人致死和致殘的首位病因[1]，約48%～77%的腦卒中患者會遺留不同程度上肢運動功能障礙[2]，對患者的日常生活活動和社會參與造成嚴重負面影響。神經發育學療法和強制性運動療法等傳統運動治療多通過正性強化，輸入正確運動模式，通過運動訓練和再學習加速大腦重塑與神經再支配，促進腦卒中患者運動功能恢復[3]。賈杰[4]于2016 年提出“中樞-外周-中樞”閉環康復新理念，認為中樞干預和外周干預都不是孤立的，兩者的有機結合對腦卒中患者上肢運動功能恢復至關重要。

腦機接口(brain-computer interface,BCI)是指將采集的腦電信號進行放大、濾波、模數轉換等處理，轉化為可以被計算機識別的信號，計算機對腦電信號進行預處理和特征提取等處理，最后轉化為控制外部設備的指令，即將大腦的動作意圖通過計算機進行傳輸，由外部驅動設備轉換成實際動作[5-7]。現已廣泛應用于康復醫學、生物醫學等諸多領域[8]。Lyukmanov等[9]研究顯示，BCI 能顯著改善腦卒中患者上肢運動功能。但也有研究表明[10-11]，BCI 干預對上肢運動功能無明顯作用。

本文采用Meta分析，評價BCI對腦卒中患者上肢運動功能的康復療效，并比較不同驅動設備BCI 的療效差異。

本研究已在PROSPERO 國際系統評價注冊平臺(https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO) 注冊(No.CRD42020220381)。

1 資料與方法

1.1 檢索策略

由2名研究人員按照MESH詞結合自由詞的方式，檢 索PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science、CNKI、Wanfang Data 和CBM 數據庫，檢索時間均從各數據庫建庫至2020年10月。以PubMed為例，具體檢索策略為：

#1"stroke"[Mesh]OR cerebrovascular accident OR apoplexy OR brain vascular accident OR cerebral vascular accident OR hemiplegia OR CVA

#2"brain-computer interfaces"[Mesh]OR brain-machine interface OR brain computer interface OR brain machine interface

#3 "randomized controlled trial"[Mesh]OR random OR random allocation OR RCT

#4#1 and#2 and#3。

納入標準：①BCI改善腦卒中患者上肢運動功能的隨機對照試驗(randomized controlled trials,RCT)，限中、英文文獻；②研究對象為經CT 或MRI 明確診斷為腦卒中且并發上肢運動功能障礙的患者，符合全國第四屆腦血管病學術會議制定的診斷標準[12]或類似標準；③對照組的干預措施為常規康復訓練，試驗組在對照組治療基礎上增加BCI 訓練；④主要結局指標為Fugl-Meyer 評定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities,FMA-UE)；次要結局指標為上肢動作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)、Wolf 運動功能評定量表(Wolf Motor Function Test,WMFT)和改良Barthel 指數(modified Barthel Index,MBI)。

排除標準：①自身前后對照、隊列研究、病例對照研究或橫斷面研究等非RCT；②基線資料無可比性或未報道基線情況；③伴有嚴重認知障礙或其他重大心、肺、腎疾病；④數據不完整、與作者聯系后無法獲取原始數據；⑤診斷標準、干預時間和干預方案不明確；⑥無相應結局指標；⑦會議論文摘要；⑧重復發表；⑨動物實驗、個案研究、病例報告、Meta分析和綜述等。

1.2 文獻篩選與數據提取

由2 名研究人員獨立篩選文獻，提取數據，并交叉核對。若產生分歧，則第三者處理。提取的數據包括納入文獻的一般信息(第一作者、發表年份)和納入研究的一般信息(年齡、病程、例數、干預方案、BCI驅動設備、結局指標等)。

1.3 文獻質量評價

由2 名研究人員按照Cochrane 系統評價手冊5.1.0對納入研究進行質量評價，偏倚風險分為低風險、高風險和不清楚3種情況。

1.4 統計學分析

采 用RevMan 5.3 軟 件 進 行Meta 分 析。若I2≤50%,P≥0.1，認為各研究間不存在顯著異質性，采用固定效應模型分析；若I2＞50%,P＜0.1，認為各研究間存在顯著異質性，采用隨機效應模型分析；當異質性較高時，采用亞組分析、敏感性分析等方法探討異質性的來源。納入的結局指標均為連續性變量，效應量采用均數差(mean difference,MD)表示，并計算95%置信區間(confidence interval,CI)。

采用R 軟件繪制不同驅動設備BCI 療效比較的網絡關系圖，并用ADDIS 1.16.8 軟件進行網狀Meta 分析，基于馬爾可夫鏈蒙特卡羅算法擬合一致模型，以FMA-UE為結局指標進行比較。

2 結果

2.1 文獻一般情況

通過檢索國內外數據庫共得到430 篇文獻，經EndNote X9 剔重后得到390 篇文獻。經逐層篩選，最終納入8 篇英文文獻[13-20]，6 篇中文文獻[10-11,21-24]。文獻篩選流程見圖1。

圖1 文獻篩選流程

納入文獻共涉及504 例患者，其中對照組235 例，試驗組269 例。納入文獻的基本信息見表1。全部文獻均提及隨機分組，但3 篇[11,15,23]未提及具體隨機方法。4 篇文獻[13,17,19-20]使用不透光的信封隱藏分配方案，其余文獻未描述隱藏方法。5 篇文獻[14,17-20]對研究者或受試者施盲，12 篇[10-11,13-14,16-21,23-24]對結果測量者施盲。納入文獻的數據結果均完整且無選擇性報告，5 篇文獻[10-11,13,15-16]存在其他偏倚。納入文獻偏倚風險評估見圖2。

表1 納入文獻的基本信息

圖2 偏倚風險評估

2.2 Meta分析結果

2.2.1 FMA-UE

14 篇文獻[10-11,13-24]均報道FMA-UE 評分，試驗組269例，對照組235例。I2=91%,P＜0.1，研究間存在顯著異質性。試驗組FMA-UE 評分高于對照組(MD=6.81,95%CI 1.51～12.11,P＜0.05)。見圖3。

圖3 BCI對腦卒中患者FMA-UE評分的影響

亞組分析顯示，9 篇文獻[10,13,15-21]干預周期≤4 周，涉及試驗組170 例，對照組137 例，試驗組FMA-UE評分顯著高于對照組(MD=5.18,95%CI 2.84～7.51,P＜0.001)；5篇文獻[11,14,22-24]干預周期＞4周，涉及試驗組99 例，對照組98 例，試驗組FMA-UE 評分高于對照組(MD=9.44,95%CI 1.83～17.04,P＜0.05)。見圖4。

圖4 不同干預周期BCI對腦卒中患者FMA-UE評分的影響

2.2.2 ARAT

3 篇文獻[11,16,19]報道ARAT 評分，涉及試驗組72例，對照組36 例。I2=0%,P＞0.1，研究間不存在顯著異質性。試驗組ARAT 評分高于對照組(MD=7.68,95%CI 0.49～14.88,P＜0.05)。見圖5。

圖5 BCI對腦卒中患者ARAT評分的影響

2.2.3 WMFT

2 篇文獻[18,21]報道WMFT 評分，文獻量較少，未進行Meta分析。兩篇文獻均認為，試驗組療效更優。

2.2.4 MBI

7 篇文獻[10,17-18,21-24]報道MBI 評分，涉及試驗組和對照組各89例。I2=91%,P＜0.1，研究間存在顯著異質性。敏感性分析剔除2 篇文獻[17,22]后，I2=17%,P＞0.1，研究間不存在顯著異質性。試驗組MBI 評分顯著高于對照組(MD=8.91,95%CI 5.57～12.25,P＜0.001)。見圖6。

圖6 敏感性分析后BCI對腦卒中患者MBI評分的影響

2.3 網狀Meta分析

納入文獻中，7 篇[11,14,17-18,22-24]BCI 的驅動設備為電刺激儀，5 篇[10,13,15-16,21]為機器輔助設備，2 篇[19-20]為視覺反饋裝置。以FMA-UE 評分為指標，不同驅動設備療效比較的網絡關系見圖7，概率排序見表2。3 種驅動設備改善腦卒中患者FMA-UE 評分的最佳概率排序為電刺激儀(P=0.53)、視覺反饋裝置(P=0.41)、機器輔助設備(P=0.06)。

圖7 不同驅動設備BCI療效比較的網絡關系

表2 不同干預效果最佳的概率

2.4 不良反應

3 篇文獻[13,16,23]報道患者經BCI 干預后出現疲勞[13,16,23]、頭部不適[16,23]、惡心[13]和血壓升高[16]等癥狀，休息后很快緩解。其余文獻無相關不良反應報道。

2.5 發表偏倚

以FMA-UE 為指標對納入文獻進行漏斗圖分析，漏斗圖無明顯不對稱，Meta 分析結果較為可靠。見圖8。

圖8 以FMA-UE為結局指標的漏斗圖(隨機效應模型)

3 討論

BCI 作為一種新興中樞干預療法[25]，已有文章綜述了其改善腦卒中后上肢運動功能障礙的臨床應用價值[26-28]。本研究從循證醫學角度，評價BCI 對腦卒中患者上肢運動功能的康復療效，并比較不同驅動設備BCI的療效差異。

上肢運動功能評定常采用FMA-UE、ARAT 和WMFT[29-30]，日常生活活動能力采用MBI 評定[31]，均為正向計分。本研究顯示，與對照組相比，BCI 可顯著改善腦卒中患者上肢運動功能和日常生活活動能力。納入文獻中，干預周期2～8 周不等，每周干預2～5 次，本研究尚不能確定干預周期和累計干預時間與上肢運動功能改善的關系。網狀Meta 分析顯示，驅動設備為電刺激儀的BCI 最有可能更大程度改善腦卒中患者上肢運動功能。

與以往的系統評價和Meta 分析[32-33]不同，本研究通過網狀Meta分析方法比較了不同驅動設備BCI改善腦卒中患者上肢運動功能的療效差異，為臨床BCI 驅動設備的選擇提供一定參考。Ang 等[34]比較干預6 周后BCI 組和對照組的上肢運動功能，隨訪中FMA-UE評分均得到改善，但組間無顯著性差異。但也有隨訪研究顯示[11]，兩組間FMA 和ARAT評分均有顯著性差異。BCI的長期療效還有待進一步研究。

上肢功能障礙是腦卒中患者最常見的后遺癥之一[35]，現階段仍是臨床治療的難點問題。Li 等[36]研究顯示，腦卒中患者感覺運動皮質和頂葉激活可能有助于運動功能改善。功能磁共振成像研究表明[37]，BCI干預后上肢運動功能的恢復可能與受損區域皮質激活增加有關。Biasiucci 等[14]則認為，受損大腦半球運動區域之間的功能性連接增加與上肢運動功能的改善密切相關。輔助性BCI 可對電刺激儀或機器輔助設備進行連續、多維控制，輔助患者日常生活活動[28]。個案研究報道[38]，基于BCI 驅動功能性電刺激(functional electrical stimulation,FES)系統可改善腦卒中后上肢運動功能；能實現精確大腦信號控制[39]。現階段，大多數BCI-FES 系統多只能觸發單自由度的簡單動作，如伸腕或伸指，未來應開發可完成多維度和多肌肉的功能性任務[40]。

本研究存在一定潛在偏倚。目前BCI 改善腦卒中后上肢運動功能的RCT相對較少，本次納入的文獻數量較少且質量一般；部分納入文獻未描述具體的隨機方法、分配隱藏和盲法；患者的基線水平、干預方案和結局指標主觀性較強，可能影響Meta 分析結果；僅3 篇文獻[11,13-14]報道隨訪情況，且隨訪時間較短，缺乏對BCI 長期效應的觀察。仍需開展更多高質量RCT，進一步驗證BCI 對腦卒中患者上肢運動功能的康復療效。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。