基于運動想象的腦機接口技術在腦卒中偏癱患者上肢康復中應用的研究進展

崔喬義，邵麗麗，遲冰梅，邵鵬，

（1.煙臺市煙臺山醫院康復醫學科，山東煙臺 264000；2.煙臺市口腔醫院開發區門診部，山東煙臺 264000）

腦卒中是威脅中老年人群健康的常見病、多發病之一，其發病年齡趨于年輕化[1]。偏癱側上肢功能障礙作為腦卒中患者最常見的臨床表現，對患者日常生活能力和社會參與能力可造成嚴重影響，成為臨床康復治療重點、難點之一。

腦卒中后，雖然患者的中樞神經系統存在自我修復機制，但其內源性再生能力有限，患者仍需進行一系列的康復治療來增強神經可塑性，促進功能恢復。目前，針對腦卒中偏癱患者上肢運動功能障礙的康復訓練方法包括肌力和耐力訓練、關節活動度訓練、神經生理學方法等，以及新興的康復訓練技術，如強制性運動療法、運動再學習方案等。運動想象（MI）療法作為一種主動式中樞干預方法，越來越受到廣泛關注；同時，腦機接口（BCI）技術亦作為新興的康復措施之一，在臨床中得以應用。因此，基于MI 的BCI 有望成為一種促進偏癱患者上肢功能恢復更加有效的治療措施。本文將對基于MI 的BCI 技術在腦卒中偏癱患者上肢康復中的應用進行綜述，以期為腦卒中康復選擇更加合理的治療方案提供理論依據支持。

1 MI 療法

20 世紀90 年代初，MI 技術開始作為一種康復治療措施被用于腦卒中患者康復。近年來，大量臨床研究表明，MI 療法作為激活運動網絡、促進大腦皮質可塑性的一種手段，其不依賴于患者殘存功能，對腦卒中偏癱患者上肢運動功能恢復有效，并被推薦作為腦卒中后上肢功能訓練的補充治療技術[2-4]。

1.1 MI 定義

MI 療法是指通過反復進行運動動作方面想象，并在此期間不需要任何運動動作的輸出，通過運動記憶激活大腦的某一特定區域，進而達到提高運動能力的目的[5]。一般將MI 分為兩類：動覺MI 和視覺MI。兩種MI 方法均被用于提高運動功能，且研究顯示，采用動覺MI 對訓練手運動準確性更加有效[6]。

1.2 MI 能力

腦卒中患者大腦受到損傷，MI 能力亦可能受損，但大部分患者仍保留MI 能力，且MI 能力與年齡、性別、病變部位、病程階段與認知水平有關[7]。腦卒中患者如果想從MI 療法中收益，前提條件是必須能參與MI，因此，訓練前需對患者MI 能力進行評估，以便更加有針對性的制定MI 治療方案，并保證其順利實施。臨床常用的評估患者MI 能力的工具包括：動覺和視覺運動想象問卷調查（KVIQ）、手心理旋轉實驗、心理計時測驗及時相一致性測驗等[8]。目前，用于運動障礙患者MI 能力評定的量表主要為KVIQ，其中KVIQ-10 對運動能力要求不高，且更節省時間，適合腦卒中患者使用[9]。值得注意的是，國內外較多關于MI 的臨床研究均未涉及想象能力的測試，這在一定程度上影響了研究結果的準確性，不利于MI 療法的推廣[10]。

1.3 MI 療法應用

MI 療法作為一種主動式的中樞干預方式，可能是適用于腦卒中康復的有效的輔助治療手段[11]，并可在腦卒中康復期的任何階段使用，以起到改善上肢運動功能、提高日常生活活動能力的作用[12]。國內外學者就MI 療法用于腦卒中患者上肢功能恢復中的康復效果、作用機制等方面進行了大量的、深入的研究。MI 療法用于腦卒中偏癱后上肢功能訓練獲得了較好的康復效果。Stevens 等[13]的研究中，2 例腦卒中偏癱患者想象手腕部活動，每周3 次，每次1 h，持續治療4 周，發現患者上肢功能明顯改善，且效果持續3 個月仍有效。賀郁琳等[14]選取120 例腦卒中后偏癱患者為研究對象，并將其隨機分為兩組，兩組患者均接受常規康復治療方法，研究組在此基礎上輔以MI 療法，結果顯示，治療后研究組Fugl-Meyer 上肢運動功能評定量表（FMA）評分、肌張力Lovett 分級、上肢動作研究量表（ARAT）評分均明顯優于對照組，提示在常規康復療法基礎上輔以MI 療法可顯著改善患者上肢運動功能。

有研究發現，動覺MI 和視覺MI 在腦卒中后偏癱患者上肢功能恢復方面發揮的作用無明顯差別。Nilsen 等[15]觀察對比腦卒中患者接受每周2 次、每次30 min、持續6 周的第一方想象（動覺MI）與第三方想象（視覺MI），發現兩者在上肢功能改善方面均效果顯著，且兩者的康復效果無明顯差異。高家歡等[16]隨機將45 例腦卒中偏癱患者分為動覺MI 組、視覺MI 組、對照組，干預4 周后，結果顯示與對照組相比，動覺MI 組、視覺MI 組的上肢運動功能及生活活動能力均較對照組明顯改善，且兩組患者功能改善程度差異無統計學意義（P＞0.05）。

MI 療法適用于各階段腦卒中偏癱患者，且聯合其他康復治療措施療效更加顯著。Page 等[17-19]通過系列研究發現，MI 用于不同階段腦卒中患者均效果顯著。趙欣等[20]綜述MI 結合作業療法在腦卒中患者康復訓練中的研究進展，發現二者聯合作用具有一定優越性，可進一步提升患者康復進程，有利于患者功能恢復。谷鵬鵬等[21]通過將MI 分級，即將MI、鏡像動作觀察及鏡像動作模仿三者聯合運用，循序漸進，分成不同的階段用于腦卒中偏癱患者康復訓練之中，發現患者上肢運動水平和抓握能力均可明顯提高。

此外，MI 已在臨床中得到廣泛應用，研究者正嘗試為其制定統一的、規范的、標準的指導語。章惠英等[22]在循證基礎上，針對腦卒中偏癱患者構建了一套經過專家論證且與評價指標密切結合的MI 訓練指導語和訓練方案，并開展持續8 周的臨床研究發現，在常規康復訓練的基礎上加用MI 療法可更好地促進卒中患者上肢功能恢復，尤其適用于手部精細運動功能改善。

1.4 機制研究

目前，關于MI 療法治療機制的理論主要有心理神經肌肉理論（PM 理論）、符號學習理論、生物信息理論等，研究者認為PM 理論更為合理[13]。PM 理論認為，患者的中樞神經系統中可能早已存儲著進行某一專項運動的計劃，即“流程圖”，若患者實際運動過程中所涉及的流程與進行MI 時所涉及的“流程圖”相同，那么在想象過程中就有可能使該“流程圖”得到強化或改善，從而提高相應肢體的運動功能[23]。

近年來，隨著神經影像學技術的不斷進步，MI 療法的機制研究日趨增多，為MI 療法在腦卒中康復中的應用提供了充分的理論依據。各種腦功能成像技術，如功能性磁共振成像（fMRI）、腦電圖、正電子發射斷層現象等，已被應用于MI 療法在中樞神經系統中的作用機制研究。楊帆等[24]將40 例腦卒中后偏癱患者隨機分為兩組——常規康復治療組、MI+常規康復治療組，經過6 周治療發現，MI 療法可有效地促進腦卒中恢復期患者運動功能和日常生活活動能力恢復，且通過MRI 的彌散張量成像（DTI）測量發現，MI 療法對腦卒中受損白質纖維的恢復可能有幫助。孫莉敏等[25]研究發現，MI 療法聯合常規治療促進上肢功能改善可能與有效連接模式重塑有關，如治療后腦卒中患者MI 相關腦區和損傷對側小腦到損傷測MI 的有效連接增強，而損傷對側額中回到損傷側MI 的有效連接代償效應解除。由此可見，MI 療法與實際某項運動所激活的腦部區域相似，MI 作為對大腦組織的一種內部刺激，可促進腦組織損傷后功能重建，進而可促進腦卒中偏癱患者上肢功能恢復。

MI 療法不需要特殊的設備、場地，且在治療方案方面，包括想象方式、治療時間、治療頻率、持續時間等均進行了大量的臨床研究，為其在臨床康復中應用提供了堅實的理論基礎。MI 療法聯合其他療法往往能取得更好的治療效果，且療效持續時間更長，提示MI 療法可作為腦卒中臨床康復中現有常規康復治療手段的有效補充[26]。

2 基于MI 的BCI 技術

MI 作為中樞的自我刺激手段，可內在精確地作用于大腦靶點，不受大腦可塑性及個體差異性的限制[27]。MI 結合新興的BCI 技術用于腦卒中偏癱患者上肢康復治療中有望實現更好的臨床效果。

2.1 BCI 技術

BCI 是指將采集的腦電信號進行放大、濾波、模數轉換等處理，進而轉換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，最后轉換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為實際動作[28]。現行多數BCI 腦電信號均源于頭皮腦電圖，其特點為損傷小、時間分辨率高、價格低廉、便攜性好，成為目前應用最廣泛的神經影像模態。BCI 技術現已被廣泛地應用于腦卒中康復醫學領域[29-30]。

何艷等[31]對BCI 技術在腦卒中患者上肢運動康復中應用進展進行分析發現，BCI 技術可以作為卒中后患者上肢功能恢復的有效干預措施，提高患者大腦神經功能的可塑性，且與其他康復方法聯合應用，可提高康復效果。李玲玲等[32]檢索國內外相關文獻資料，系統評價BCI 技術對腦卒中偏癱患者上肢運動功能的康復療效，并比較不同BCI 治療策略的療效差異，發現BCI 技術可改善腦卒中患者上肢運動功能和日常生活能力，且以使用電刺激儀作為驅動設備的策略效果最佳。

2.2 基于MI 的BCI 技術應用現狀

MI 是BCI 技術最常見的范式之一[33]。腦卒中患者進行該技術訓練時，其腦電信號由其自主通過MI產生，無需借助外界因素刺激，并不需要引出肢體活動，且MI 時損傷側皮質的腦電信號具有與健康人類似的特征，這些特征均為基于MI 的BCI 技術在腦卒中康復中的應用提供了理論依據[34]。

Nuttawat 等[35]對一名53 歲男性腦卒中后左側偏癱患者進行個案研究，干預前患者無法產生任何手腕和手指伸展活動，對其進行干預，干預方式為每周3次、持續4 周的基于動作觀察和MI 的BCI 技術聯合的功能性電刺激治療，治療期間不接受任何常規的康復訓練，結果顯示，治療后患者的FMA-UE 評分、腕關節活動度均明顯改善，并且大腦活動模式亦有所改變。從而指出該技術在改善腦卒中患者功能方面可能是一種很有前途的干預策略，但需要更多的受試者參與，且需要與其他治療方法做對比。

新加坡的Ang 等[36-38]對BCI 技術在腦卒中上肢功能康復中的應用進行了一系列隨機對照試驗研究。其應用兩種不同的BCI 技術策略，第一種為BCI 偵測MI 并觸發感覺運動反饋（矯形器），第二種為BCI偵測MI 并控制機器人提供MI，結果發現：（1）大多數的慢性腦卒中患者可以利用基于腦電的BCI 系統進行神經康復訓練；（2）策略一同利用機器人被動訓練所產生的康復效果無明顯差異；（3）策略一需要持續4 周患者的康復效果才明顯，2 周時患者的功能未見明顯變化；（4）應用6 周策略二訓練的患者康復效果明顯優于應用策略一的患者；（5）推薦進行每周3 次、至少6 周的康復訓練。

Lee 等[39]亦發現動作觀察訓練結合BCI 控制的功能性電刺激（刺激腕伸肌），可顯著改善腦卒中患者上肢運動功能和皮層活性。Frolov 等[40]將基于MI 的BCI技術控制的手部外骨骼系統訓練用于腦卒中后上肢功能嚴重受限患者的康復中，發現同偽BCI 技術的訓練相比，持續30 min、共計10 次的訓練可以顯著改善不同病程、嚴重程度及卒中部位的患者的運動功能，并發現該訓練方式最主要的不良反應為疲勞，但并無患者因此原因而終止訓練。

盡管目前大量研究發現基于MI 的BCI 技術可以顯著改善腦卒中偏癱患者上肢運動功能，但關于BCI 技術對腦卒中患者上肢運功能康復效果實現的機制研究相對較少[41]。李明芬等[42]通過臨床試驗研究發現，基于BCI 電刺激技術應用于腦卒中患者上肢功能康復具有可行性，其治療機制可能與其促進患側運動相關腦區的激活相關。但此項研究樣本量僅為5例，且僅進行了1 次訓練，研究中缺少對照組，因此，未來關于相關機制的研究仍需大樣本量及多模態工具進行腦功能評價。劉霞等[43]通過檢索基于MI 的BCI 用于腦卒中癱瘓患者腦功能激活和神經網絡重塑的相關研究資料發現：BCI 技術可促進腦卒中患者腦功能激活，表現為腦電信號頻率增強、持續時間延長且更加穩定；影像學資料表明，BCI 技術可使腦卒中患者雙側腦半球間及患側腦半球內功能的連接顯著增加。Hu 等[44]選取腦卒中患者和健康人作對照進行研究，發現單純的基于MI 的BCI 技術，以及聯合應用經顱直流電刺激均可顯著改善腦卒中患者運動功能；但是fMRI 檢查結果顯示兩種干預方式對大腦功能重組施加不同甚至相反的影響；兩者的結合應用，仍需進一步研究觀察。

3 展望

MI 療法在腦卒中患者的臨床康復中已經得到廣泛的應用，并取得了較好的康復效果；BCI 技術為腦卒中康復提供了更好的訓練手段；兩者結合應用于腦卒中患者康復逐漸成為研究熱點之一；基于MI 的BCI技術結合功能性電刺激有望取得更好的治療效果；在進行該治療前需對患者MI 能力進行科學評估，并盡可能采用動覺MI 方式。盡管國內外學者做了大量相關研究，但是干預措施各不相同，訓練頻率、訓練強度、持續時間等方面差異較大，且樣本量偏少，MI 能力評估不足，有關基于MI 的BCI 技術對腦卒中患者上肢功能恢復的療效、最佳干預時間、與常規康復治療的效果比較等方面仍需進一步研究證實。同時，基于MI 的BCI 技術促使腦卒中患者上肢功能恢復效果得以實現的機制仍需進一步深入研究，以更好地為腦卒中患者制定個體化康復計劃提供理論依據支持。