腦機接口訓練對卒中后感覺障礙患者運動功能恢復的影響：1項探索性研究

付江紅，陳樹耿，束小康，蔣澤武，魏棟帥，賈杰，4

目的 探究腦機接口訓練對存在感覺障礙的卒中患者運動功能恢復的影響。

方法 前瞻性招募同時存在上肢感覺和運動功能障礙的卒中受試者，隨機分為試驗組與對照組。試驗組接受每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的基于運動嘗試的機器人輔助下的抓握張開腦機接口訓練，對照組則進行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的抓握張開相關任務導向性訓練。在干預前后采用Fugl-Meyer上肢運動功能評定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，FMAUE）、上肢動作研究量表（action research arm test，ARAT）評估患者的上肢運動功能；Fugl-Meyer量表上肢感覺評分評價感覺功能；改良的Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評估肌張力；改良Barthel指數（modified Barthel index，MBI）評估日常生活能力。比較2組治療后較本組治療前上述指標的改善情況，治療后2組上述指標的差異以及各指標干預后較干預前的進步情況（干預后分值-干預前分值）。

結果 共納入12例存在上肢感覺和運動功能障礙的卒中患者，試驗組與對照組各6例。試驗組[19.00（16.50～42.25）分 vs. 10.00（7.75～23.25）分，P=0.028]、對照組[13.00（10.50～27.50）分vs. 9.00（8.50～21.00）分，P=0.042]干預后FMA-UE評分均較本組干預前顯著改善，此外，試驗組患者干預后在ARAT[4.00（3.50～10.50）分 vs. 2.00（1.00～14.00）分，P=0.042]、MBI評分[75.00（58.75～87.50）分 vs. 57.50（50.00～67.50）分，P=0.041]方面也較本組干預前顯著改善。干預后2組的比較顯示，試驗組MBI較對照組提高[75.00（58.75～87.50）分 vs. 45.00（45.00～55.00）分，P=0.023]，余指標差異無統計學意義。另外，比較2組干預后各指標的進步情況，試驗組FMA-UE[9.50（6.75～15.25）分 vs. 4.50（3.00～8.25）分，P=0.030]及屈指MAS[-0.50（-1.00～0.00）分 vs. 0.00（0.00～0.50）分，P=0.020]的進步較對照組明顯。

結論 對于存在感覺障礙的患者，進行腦機接口干預可促進其運動功能恢復及日常生活能力的提升。

卒中是我國成人致殘的首位病因，現患人數已超過1300萬，疾病負擔有爆發式增長的態勢[1]。卒中后患者多遺留不同程度的功能障礙，其中以手功能障礙最為突出[2]。目前卒中后手功能障礙的干預措施主要為中樞干預，如鏡像療法（mirror therapy，MT）、腦機接口（braincomputer interface，BCI）、經顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）、運動想象（motor imagery，MI）等，結合外周訓練，如任務導向性訓練、機器人訓練、功能性電刺激等，對卒中后運動功能恢復具有一定的效果[3-7]。感覺功能對運動的計劃、執行有著相輔相成的作用，存在感覺障礙常提示卒中患者的預后不佳[8-9]。本文針對存在感覺功能障礙的卒中患者在接受腦機接口訓練后運動功能的轉歸進行探索。

1 對象與方法

1.1 研究對象 本研究為前瞻性、隨機對照試驗，于2020年12月-2022年10月從復旦大學附屬華山醫院、靜安區中心醫院、上海市第三康復醫院住院部招募卒中受試者。受試者均簽署知情同意書，研究通過華山醫院倫理委員會批準，倫理批件號為（2021）臨審第（039）號，研究的臨床注冊號為ChiCTR2100044492。本研究設計為通過信封法隨機分組，設置對照及盲法評估。

入組標準：①首次卒中，包括缺血性和出血性卒中，診斷符合《中國各類主要腦血管病診斷要點2019》中卒中的定義[10]：②2周≤發病時間≤12個月；③簡易精神狀態評分≥20分，可理解并執行基本指令；④18歲≤年齡≤80歲；⑤上肢Brunnstrom分期Ⅰ～Ⅳ期；⑥屈指改良Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評分≤2分；⑦患手存在感覺障礙和運動功能障礙，Fugl-Meyer量表（Fugl-Meyer assessment，FMA）中深/淺感覺評分＜2分；⑧患者同意參與研究并簽署知情同意書。

排除標準：①嚴重的心臟、肺臟、肝臟、腎臟等重要臟器功能衰竭，不可控的高血壓、心律失常、嚴重冠心病、糖尿病合并癥控制欠佳；②既往有認知障礙、神經精神病史、藥物濫用及酗酒史；③不能完成基本療程，預估依從性欠佳及難以隨訪；④上肢嚴重疼痛和不穩定；⑤妊娠期女性，同時期參與其他臨床試驗；⑥3個月內有肉毒素注射史或短期內有影響肌張力的藥物使用史。

1.2 評估指標 病史采集：記錄患者的人口學信息（年齡和性別），既往史（高血壓、糖尿病、冠心病及高脂血癥等基礎疾病），卒中病程和卒中類型（腦出血/腦梗死）等臨床指標。

量表評估：具有3年及以上臨床經驗的醫師對患者干預前、后進行以下量表的盲法評估。采用Fugl-Meyer上肢運動功能評定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，FMA-UE）及上肢動作研究量表（action research arm test，ARAT）評估上肢手功能；改良的Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評估目標肌群張力，MAS分值中，1+轉為1.5分進行計算[11]；Fugl-Meyer量表上肢感覺評分用于評價感覺功能；改良Barthel指數（modified Barthel index，MBI）評估日常生活活動能力。

1.3 分組及干預措施 采用信封法將入組患者分為試驗組和對照組。由具有3年及以上經驗的醫師/治療師對試驗組進行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的腦機接口訓練；對照組進行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的任務導向性訓練。另外，2組均接受常規康復訓練，包括物理治療、作業治療、針灸和理療等。

試驗組腦機接口訓練內容：結合既往研究及本課題組前期的腦機接口研究結果[5，12-13]，試驗組的腦機接口訓練采用無創式腦電識別基于運動嘗試的運動任務信號并將其轉化為指令，控制機械手幫助患者患手進行張開和抓握活動。受試者基于腦電的大腦感覺運動區節律被檢測到后轉化為控制穿戴于手部的機械手的張開與抓握指令，患者根據機械手指令，做運動嘗試動作，包括嘗試張開手掌和握拳。每天只練習1個動作。訓練范例見圖1。訓練設備由上海市念通智能科技有限公司同復旦大學附屬華山醫院康復醫學科共同研發。

圖1 腦機接口訓練場景

對照組任務導向性訓練內容：治療人員指導受試者完成每天30 min的腦機接口動作相關的抓握運動嘗試訓練，如抓取杯子、牙膏、牙刷，緊張痙攣時進行自我放松。

比較2組治療前的基線資料差異，以及治療后較本組治療前各量表評分的差異，另外，比較治療后2組各量表評分的差異，以及2組較本組治療前各量表評分的改善情況（各量表干預后分值-干預前分值）。

1.4 統計分析 使用SPSS 26軟件進行統計分析，GraphPad Prism 9軟件進行畫圖。本研究的計量資料采用M（P25～P75）表示，組間與組內數據分析均采用秩和檢驗；二分類數據以例數和率（%）表示，數據比較采用χ2檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

試驗共招募了12例符合入組和排除標準的卒中患者，試驗組6例，對照組6例。2組的基線指標，包括年齡、性別、既往史、卒中類型、病程、FMA-UE、ARAT、屈指MAS、FMA-手指輕觸覺、FMA-手指深感覺、MBI等差異均無統計學意義（表1）。

表1 試驗組和對照組的基線數據比較結果

就同組干預前后數據進行分析，試驗組、對照組的干預后FMA-UE評分均較本組干預前改善，且差異有統計學意義，此外，試驗組干預后在ARAT、MBI評分方面也較本組干預前顯著進步，余指標干預前后差異無統計學意義（表2，圖2）。

表2 試驗組和對照組治療前后各量表評分比較

圖2 試驗組與對照組的FMA-UE、ARAT和MBI評分情況

干預后試驗組的MBI較對照組升高，差異有統計學意義[75.00（58.75～87.50）分vs. 45.00（45.00～55.00）分，P=0.023]。比較2組較治療前的進步情況，試驗組FMA-UE評分和MAS評分的改善情況優于對照組，差異有統計學意義（表3）。

表3 試驗組和對照組治療后各量表評分改善比較①

3 討論

本研究結果顯示，對于同時存在上肢感覺和運動障礙的卒中患者，進行腦機接口康復干預可促進其上肢運動功能的恢復。目前，腦機接口技術已經逐漸開始應用于多個領域，如自動駕駛、交流控制輪椅等[14-15]。在康復領域，腦機接口促進運動功能恢復也有著較多的研究[16]。2013年Ramos-Murguialday等[17]采用隨機對照試驗對卒中患者進行腦機接口干預的研究，結果顯示腦機接口干預組較對照組的FMA評分顯著提升，并且FMA評分的改善同患手活動時功能MRI顯示的大腦偏側化指數相關。2018年的1項薈萃分析指出，腦機接口對卒中患者干預的有效性總體超過對照組（FMA-UE評分標準均數差為0.79，95%CI0.37～1.20），證明腦機接口干預有助于卒中后上肢功能的康復。Biasiucci等[13]對卒中慢性期患者進行腦機接口腦機接口干預，在患者的運動功能恢復方面取得較好的結果。Chen等[5]的研究證實腦機接口訓練對于卒中亞急性期患者的運動功能恢復也具有一定的效果。本研究針對上肢感覺和運動功能同時受損患者的研究發現，對存在感覺障礙的卒中患者，進行腦機接口訓練可促進其運動功能的恢復，進一步拓寬了卒中領域腦機接口技術的適用患者群體。

腦機接口技術在卒中后手功能康復領域應用中，是將大腦的主動運動意圖輸出轉化為指令，控制外部機械手等相關設備，外部設備帶動患手活動的同時，產生綜合感覺反饋于大腦，通過多次訓練，不斷強化神經反饋通路，從而促進功能的恢復。在人類大腦皮質中，感覺區同運動區有密切的纖維聯系與相互作用[18-19]。因此，在感覺和運動功能同時受損的卒中患者中，借助大腦皮質感覺區同運動區之間多方面、多層次的功能聯系，將感覺和運動相結合的康復措施可能有助于兩者功能恢復的互相促進。在本研究中，腦機接口干預可促進患者上肢運動功能的恢復，同時試驗組部分患者的感覺功能也有一定程度的恢復，但整體差異未達到統計學效力。原因可能為：①樣本量小是主要是限制因素；②本研究中感覺功能的評估項目較為簡單，并且FMA 0～2分的評估范圍難以有較大的進步空間。在后續研究中，可考慮細化感覺功能評估，采用精確、量化的工具進行評估。

本研究顯示，腦機接口干預后，部分患者肌張力障礙有所改善，雖然試驗組和對照組治療后的MAS評分均較本組治療前差異無統計學意義，但分析2組MAS較治療前的改善情況，發現試驗組的MAS改善優于對照組。Ramos-Murguialday等[20]的腦機接口研究中未發現干預后患者的肌張力有顯著改善，但Sebastián-Romagosa等[21]在基于運動想象的腦機接口干預過程中發現治療后患者的腕、指MAS降低，并且效果至少可維持半年，研究者認為干預后肌張力的改變同功能的提升可能存在著一定的協同作用。

綜上所述，本研究結果提示對于存在感覺障礙的卒中患者，腦機接口技術可促進其運動障礙的恢復及日常生活能力的提升，也提示腦機接口在神經康復領域具有較好的應用前景。