節奏性聽覺刺激對創傷性腦損傷病人步態改善的研究進展

簡小霞，邵秀芹，陳 盼，劉洪雙

南昌大學第一附屬醫院，江西 330006

隨著經濟的發展，交通傷、高處墜落傷、重物砸傷等頻發[1]，創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）成為人類致殘、致死的主要原因之一[2]。全世界每年有超過5 000 萬人發生TBI[3]。TBI 病人存在多種功能障礙，其中步態障礙是該病常見的功能障礙之一[4]，病人主要表現為行走速度降低、節奏改變[5]、步幅變動[6]、膝關節屈曲減少[7]及下肢肌肉異常激活模式[8]。據報道，中重度TBI 的步態障礙發生率為60%～84%[9]，80%病人在受傷后數天內出現平衡障礙，30%病人在受傷后3 個月存在平衡和步態障礙癥狀[10]。有證據表明，高達53%的病人在TBI 后1 年內甚至4～5 年后仍然出現步態障礙[11]。TBI 病人由于運動和感覺系統的損傷,導致平衡障礙[12]、姿勢控制力下降[13]以及執行功能下降，使病人更易跌倒[14]，嚴重影響病人的康復以及后期的生活質量[15-16]。因此，改善步態是TBI 病人的康復目標之一。目前，TBI 病人的康復措施包括物理治療、運動治療、作業治療、藥物、手術治療以及其他療法[15-17]。 其 中 神 經 音 樂 治 療（neurological music therapy,NMT）是臨床常用方法之一[18]。節律性聽覺刺激（rhythmic auditory stimulation，RAS）作為NMT中的一種，主要通過音樂訓練，拉緊或者松弛大腦運動區域的神經回路，使之與節拍器產生的聽覺神經模式的節奏和時間同步，改善緩慢多變的步行模式[19]。RAS 作為促進運動障礙病人功能改變的手段，用于腦卒中、偏癱、帕金森病、腦損傷等疾病康復中[20-21]。現圍繞RAS 的概述、作用機制、效果進行綜述。

1 RAS 概述

RAS 是一種利用節律性運動暗示生理效應提高康復治療中運動控制的NMT 技術[22]，以重復的等時脈沖形式呈現聽覺節奏線索(如節拍器的滴答聲)或用一個嵌入節拍器的節拍強化音樂促進內在節奏運動的聽 覺 運 動[23]。Thaut 等[18]研 究 顯 示，RAS 主 要 包 括:①評估當前步態參數；②共振頻率訓練和步態前訓練；③頻率調至增量5%～10%；④高級步態訓練；⑤音樂刺激減弱；⑥步態參數的重新評估。RAS 使用的節拍器或音樂線索可以根據病人的喜好進行節奏調整，在訓練的最后部分逐漸減弱甚至消失，最終達到無音樂行走的目的[24]。在運動康復背景下，通過有節奏的聽覺刺激改善步態成為一種很有前途的康復干預，在TBI病人步態訓練中具有重要意義[25]。

2 RAS 的可能機制

RAS 強調對節奏、節律的感知以及運動的協調反應，其本質是促進具有生物節律性運動的康復[18]。研究發現，當人們聽到音樂時，無論有無樂理知識或外在的運動行為，大腦的運動區域都會處于激活狀態[26]。相關研究發現，通過功能磁共振成像輔助運動區、背前運動區、基底神經節和小腦等幾個運動網絡區域已被確定為參與聽覺節律感知[26-27]，運動網絡區域的活躍程度隨著節律的復雜性而增加，表明聽覺刺激對運動的積極影響具有重要意義[24]。基于此，一些研究者提出了以下關于RAS 可能的作用機制猜想。

2.1 夾帶機制 聽覺系統作為一種快速而精確的處理器，能把時間信息投射到大腦的運動結構中，在節律信號和運動反應之間產生夾帶[28]。因為音樂的規則和可預測的節奏很容易被聽覺系統精確檢測到，誘導人體參與節律感知和運動產生的大腦聽覺和運動區域的神經元活動的夾帶[29]。目前，聽覺中樞到運動中樞的神經傳遞機制尚未得到充分的研究，夾帶機制可能是RAS 運用于神經性運動障礙康復中的重要機制之一[30]。節律性夾帶是一個系統的運動或信號頻率夾帶另一個系統的頻率[31]。在夾帶過程中由于運動周期不同步，運動體之間傳遞的不同能量造成了負反饋，這種反饋驅動了一個調整過程，在這個調整過程中，不同的能量逐漸消除到零，直到兩個運動物體都在共振頻率或同步運動。夾帶總是由頻率或共同周期驅動的[32]，節奏提供了精確的預期時間線索，讓大腦提前計劃并做好準備，共同期夾帶使運動反應的開始與聽覺節拍完全同步[27]。研究發現，在RAS 中大腦使用夾帶重新編程運動模式執行的能力，使有節奏的夾帶成為運動康復的重要工具[32]。

2.2 聽覺-運動機制 研究顯示，聽覺皮層在運動控制通路中具有豐富的神經連通性[26]，從脊髓一直延伸到腦干、皮層和皮層下結構[33]。規律的節奏刺激可以激發和提高由網狀脊髓水平的聽覺運動電路介導的脊髓運動神經元的興奮性，使運動系統處于準備狀態，縮短神經肌肉的反應時間[34]，從而引發聽覺和運動系統產生聽覺-運動同步模式[35]。在此過程中，RAS 除了激活聽覺區域外，還激活了由感知驅動的特定運動學習區域，為運動學習提供一個更豐富的環境，刺激聽覺和運動區域之間的連接，導致一種不同類型的運動學習過程[24]。研究發現，通過對TBI 病人進行有規律節奏的聽覺刺激重復練習，有節奏的聽覺刺激促進程序感知運動學習[36]。此外，有研究顯示，RAS 干預產生的效果可能與病人的積極情緒有關[37]。眾所周知，愉快的音樂調節大腦網絡中的活動并刺激紋狀體系統中的多巴胺釋放[38]，引發了與情緒相關的生理愉悅感，創造了一種積極的訓練氛圍，從而增加康復訓練動力[33]。RAS 能夠作為一種基于獎勵的動機學習，積極參與音樂促進結構和功能的神經可塑性變化，提升病人的興趣，進而增加病人的學習頻率[39]。

3 RAS 對TBI 病人步態的改善作用

3.1 TBI 病人的步態特點 步態是由一個復雜的皮層和皮層下神經網絡系統支撐的，任何涉及神經網絡的特定元素損傷都可能導致步態障礙。與健康人群相比，TBI 病人的步態分析經常發現步態異常，如不對稱、步頻降低、速度降低和步幅縮短等[40]。TBI 后兒童和成人的步行速度較慢，站立負荷時骨盆異常和膝關節屈曲姿勢延長是常見的運動學偏差，平衡調節受損表現為隨著感覺的改變而增加的搖擺和重心軌跡的傾斜，內側-外側平面的不穩定性尤為明顯，姿勢不穩定的原因主要是中樞和外周前庭神經受累[41]。

3.2 RAS 可以改善TBI 病人的步態時空參數 目前，RAS 還未被廣泛用于TBI 病人中，但已有學者證實RAS 的療效。Hurt 等[42]最早開始進行RAS 與TBI研究，發現隨著時間的推移，RAS 訓練可以導致步行速度、步頻和步幅顯著增加。該研究選擇8 例25～35 歲且創傷后4～24 個月的病人進行4 次行走實驗：第1 次以正常步伐行走，計算病人基線步幅；第2 次在伴有節奏性的刺激中行走，RAS 由嵌入節奏性音樂中的節拍器脈沖序列呈現，音樂的節拍器設置為第1 次步行的節奏；第3 次在沒有RAS 的情況下盡可能快地行走；第4 次在使用節拍器脈沖序列和節奏突出的音樂設置RAS，其節奏比沒有音樂的快速步行快5%。發現有RAS 的正常步行期間，步頻增加了8%、步幅增加了7%、平均步速提高了18%，擺動對稱性增加了18%。在其后的第2 個實驗中，對其中符合標準的5 例TBI 病人進行為期5 周的家庭RAS 步態訓練計劃，無論是正常步行還是快速步行期間，均顯著改善了首選步態的速度、步頻和步幅，平均分別提高了50%、16%和29%。與Wilfong 等[43]的研究結果一致,對長期在康復醫院中的7 例成年TBI 病人實施3 周的RAS 步態訓練計劃，結果顯示病人步速提高了13%、步頻增加了6.6%，步幅增加了11%，提高了運動速度、節奏、步幅長度和對稱性。Sheridan 等[44]對符合納入標準的2 例社區TBI 病人進行每周3 次、每次30 min 的RAS 步態訓練，持續3 周，接著隨訪4 周。第1 天對參與者的步態功能性進行評估，并與參與者共同制定適合參與者的訓練目標。30 min 的訓練被分成4 個部分，包括10 min 的步態前訓練、10 min 的特定任務訓練(即步行)、5 min 的高級步態訓練(如不同的地面行走、樓梯、跨越物體，根據參與者的功能和需求量身定制)以及5 min 的活動（由治療師自行決定，并根據參與者的功能水平和目標進行調整）。參與者1 在RAS 干預后顯示步行速度、步頻和步幅增加；參與者2 在最初具有較高的步頻和較短的步長，但在干預過程中，表現步行速度降低和步頻略微降低，步態模式符合使步行風險降低的治療目標。Thompson 等[5]針對RAS 干預是否對創傷后1～20 年的TBI 病人的步態有所改善的問題進行一項單臂臨床試驗，對符合納排標準的10 例參與者進行每周5 天，每次30 min 的干預，持續2 周。結果顯示，治療期間步速、步頻、步長均有所改善，效應量分別為0.60，0.69，0.46。研究結果還表明，RAS 可以提高病人的步態功能評分，該評分主要用于行走時測量各種任務的姿勢穩定性，預測病人跌倒的可能性。由此可見，RAS 有助于減少跌倒的風險。

3.3 RAS 可以改善腦損傷病人下肢關節活動度 神經肌肉受累的TBI 病人由于運動能力和癱瘓肢體感覺減退難以執行運動行為，導致非節律性和不對稱的感覺運動控制反饋，限制了關節活動度[45]。關節活動度是影響病人步態參數的重要因素。Kim 等[46]將12 例腦損傷青少年病人隨機分為試驗組（RAS）和對照組（常規步態訓練），試驗組進行RAS 步態訓練，每周3 次，每次30 min，持續4 周；訓練開始前，病人在沒有RAS 的情況下以自己的速度沿著10 m 長的人行道行走4 次；根據測量的步行節奏，設定RAS 節奏，然后指示病人按照音樂治療師提供的RAS 行走10 m，該步驟重復10～20 次，每次步行之間休息1～3 min；結果顯示，與對照組相比，RAS 組矢狀面髖關節和膝關節運動顯著增加，同時增加的髖關節屈曲和膝關節屈曲有助于身體向前，提高步行速度。下肢隨著節奏調整關節活動范圍，從而促進步態的運動學變化。除此之外，Goldshtrom 等[45]描述1 例TBI 9 年后的病人實施具有聽覺線索的節律性鍛煉計劃，經過1 年的練習，改善了病人的運動功能、感知意識、認知和心理功能。該案例取得的效果與病人的長期堅持或者個體功能有關，但也在一定程度上表明節奏性聽覺訓練的方法值得借鑒。

4 RAS 干預的不確定因素

RAS 的節奏頻率、干預強度和時長以及干預的最佳階段尚無標準化的統一方案。應用RAS 干預時，開始設定的節奏頻率一般為病人的步頻，并在每次干預的最后階段比開始時的節奏頻率快5%[5,42]。有研究表明，RAS 的節奏越快，越可以調動更多額葉和枕葉的神經元[47]，提高節奏頻率是否對TBI病人的步態有所改善值得深入研究。RAS 通常干預3～6 周，每周3～7 次，每次30 min[18]，尚未檢索到針對TBI 病人干預強度和每次干預時長進行對照研究，而其中更有效地干預強度和時長還需不斷探索。Walker 等[48]一項縱向研究發現，TBI 幸存者在受傷后的前6 個月運動功能改善最大，但在1 年后沒有明顯改善。因此，Thompson 等[5]對創傷后1～20 年的TBI 病人進行干預，得出有效的結果。Hurt 等[42]納入創傷后4～24 個月、在患病期間參加了常規物理治療并且步態表現不再顯示明顯改善的病人，也得出積極的效果。因此，何時介入RAS 干預也是一件值得思考的事。研究顯示，尚無高質量的證據表明，不同嚴重程度TBI 病人步態的不同，是否存在隨著TBI 嚴重程度增加而步態情況變得更糟[48]。針對不同損傷程度、不同年齡階段的TBI 病人應該提供怎樣的RAS 干預計劃，需要開展多中心臨床研究，獲取實踐數據支撐，值得深入探討。

5 小結

RAS 結合步行訓練對TBI 病人的步態改善產生積極的康復作用，且無創、操作性強，可在社區和家庭中應用，還可結合跑步機[49]、機器人[50]進行步態訓練。但尚不清楚RAS 對TBI 病人的長期有效性，缺乏大樣本、多中心、高質量、更長干預時間的隨機對照研究，未來需拓展該領域的研究，以期為TBI 病人步態改善臨床研究提供參考。