DTI評價雙任務中腦結構與執行功能關系*

付雨桐 楊志 姚黎清

腦卒中（stroke）是腦中風的學名，是一種突發性的腦組織損傷疾病，由腦部血管破裂或阻塞所引起[1]，這種疾病和其他疾病相比具有發病率高、復發率高、致殘率高、致死率高等特點[2-3]，約50%以上腦卒中患者預后重殘、生活不能自理[4]，影響患者生活質量。在眾多的治療方法中，結合運動和認知任務的雙重任務訓練以其多任務、多環境、針對性強等優點成為腦卒中康復治療最有前景的方法。執行功能障礙嚴重影響患者日常生活活動能力，甚至在一定程度上超過了軀體功能障礙。而人們對執行功能關注較少[5]，所以本文將兩種方法有機結合，試圖探索應用彌散張量成像（DTI）技術評價雙重任務改善執行功能神經康復機制。

1 腦卒中研究現狀

中國卒中協會2015年首次發布的中國卒中流行報告顯示[6]，目前我國每年新發腦血管患者約270萬，每年死于腦血管病的患者約130萬，每12秒就有一人發生腦卒中，每21秒就有人死于腦卒中，世界衛生組織MONICA研究表明，中國腦卒中發生率正以每年8.7%的速度上升，是國民病死和病殘的首要原因[7]。傳統腦卒中康復治療方式如各種神經發育進術，如Bobath技術、Brunnstrom技術、生物反饋治療等，這些療法可促進腦卒中患者運動功能的恢復[8]，但具有一定的局限性，仍需尋找更有效的康復治療方式幫助患者提高日常生活能力，回歸家庭和重返社會仍是許多腦卒中患者出院后要面臨并解決的主要問題之一[9]。

2 雙重任務-康復治療新策略

運動再學習的理論指出，受損中樞神經系統的功能恢復，依賴于重復性的、多樣化的訓練。這種治療模式可根據患者的功能障礙狀況，通過特殊任務訓練，使患者在改善肢體功能障礙的同時能有效地適應真實社會生活環境。雙重任務（dual-task，DT）指的是個體同時完成兩項任務，這兩項任務具有不同的目標，能夠單獨地被完成、被測量[10]。在日常功能性活動如行走和平衡中，具備同時做兩件或多件事的能力至關重要，例如，當公交車司機一邊開車一邊與乘客交談就需要這種能力。國外學者將雙重任務訓練分成兩種：運動雙重任務和認知雙重任務[11-12]，前者是指執行一個運動訓練的同時執行一個姿勢控制訓練，如在跑步機上行走同時進行拋接球練習；后者是指執行一個運動訓練的同時執行一個認知訓練，如在跑步機上行走時進行數學計算等認知性任務[13]，通過認知－步行雙重任務訓練腦卒中患者，發現患者的步行能力和認知功能均有顯著的提高[14]，一些研究已經證實雙重任務療法在不同人群中應用均有一定的康復效果，比如帕金森、阿爾茲海默癥、老年人腦卒中等疾病[15-18]。可彌補目前神經系統疾病康復治療的不足。

3 彌散張量成像技術

雙重任務能力恢復的神經機制相關研究所采用的技術比較單一，普遍基于單一的功能核磁共振成像技術。隨著科學技術的迅速發展，一批功能強大且無創性腦功能成像手段相繼誕生，使得腦功能成像技術取得了很大的進步。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可以無創測量生物組織結構中水分子擴散系數的一種新的成像方法，是目前唯一的能夠在活體研究大腦白質纖維的方法，利用水分子擴散運動存在各向異性的原理，從多個方向上獲得彌散加權圖像[19]，通過測量水分子的彌散特性可以間接反映其所處組織微結構的完整性。因而DTI技術在定量檢測腦白質纖維完整性等方面有著其他成像序列無法比擬的優勢[20]，綜合利用部分各向異性（fraction anistrophy，FA）值反映水分子整體的彌散異性程度，一定程度上反映腦白質完整性、表觀擴散系數（ADC）、軸向彌散系數（axial diffusivity，DA）、徑向彌散系數（radial diffusivity，DR）、平均擴散系數（mean diffusivity，MD）等DTI參數有助于了解腦白質的損傷與認知功能障礙關系的研究提供了新視角[21]。

4 執行功能

認知功能指個體認識和理解事物的心理過程，包括對自我與環境的確定、感知、注意、學習和記憶、思維和語言等，即大腦為解決問題而攝取、儲存、重整和處理信息的基本功能。當這些基本功能因大腦及中樞神經系統障礙出現異常，則稱為認知功能障礙（cognitive impairment）[22]。執行功能（executive function）屬于認知功能，是指有效地啟動并完成有目的活動的能力，是高級認知功能過程。執行功能涉及計劃、啟動、順序、運行、反饋、決策和判斷等方面，其核心成分包括抽象思維、工作記憶、定勢轉移和反應抑制等。執行功能障礙常見于血管性認知障礙[23]，多表現為語言流暢性欠佳，如患者語量減少和言語刻板等，甚者還會出現思維固化、提取障礙和注意缺陷等[24]，嚴重影響患者的學習和工作，導致日常生活質量的下降[25]。執行功能障礙是影響腦卒中后運動功能恢復的重要因素之一，涉及運動學習、姿勢控制等。執行功能訓練可以促進腦卒中患者運動功能的恢復，其機制與涉及多個腦區的腦功能網絡有關。而由于雙任務范式的獨特性，其執行功能區別于一般任務的執行功能，主要包括安排任務的加工順序、中斷和恢復任務加工以及在任務中進行轉換等。因此，探究雙任務執行功能加工的神經機制有助于了解大腦如何指導人類復雜行為的完成，同時也能夠幫助人們更好應用雙重任務訓練。

5 腦結構與執行功能關系

大腦是一個相互聯系的神經網絡，任何功能的執行都需要多個腦區的協作。不同范式對執行功能進行研究，有學者發現執行功能是由前額葉皮層和頂葉皮層組成的網絡共同調節的，額葉網絡結構支配額葉功能，額葉網絡結構損害會影響患者的執行功能[25]。Wu等[26]發現雙任務研究同樣發現雙任務加工過程激活的新異皮層還包括前扣帶皮層、楔前葉和小腦。Tachibana等[27]表明雙任務激活了執行功能的大腦皮層區域程度增強。研究顯示腦白質損害與認知功能減退有關，特別是與記憶和執行功能的減退關系密切[28]，白質纖維束的損傷降低了神經元間的聯系效率，進而導致認知網絡的連貫性下降[29]。而持有新的特定皮層區域觀點的研究者認為在雙任務執行過程中，每個單任務的神經網絡既不是各自獨立運行也不是平行運轉，而是與其他的大腦區域共同整合形成一個神經網絡，進而改善執行功能。在定位雙任務加工過程中的執行功能腦區及探究其具體作用時存在困難，加工的機能神經解剖學問題沒有達到一致認定。

6 雙重任務神經康復機制

現有的研究發現，當卒中患者被要求同時進行運動任務和認知回憶任務時，腦卒中組步行速度和認知反應能力明顯降低[30]。對于腦卒中后患者經雙重任務干擾時能力下降的發生原因有幾種不同的解釋。探索腦卒中后患者雙重任務能力障礙發生的神經機制是當前研究的主要目標之一。Choi等[31]研究發現，慢性期腦卒中患者進行雙重任務訓練后注意力、記憶力均有明顯改善（P＜0.05）。Kim等[32]研究表明，腦卒中后患者進行雙重任務訓練后，可改善患者的步行及日常活動能力（P＜0.05）。且訓練后患者雙重任務功能的神經恢復機制尚不清楚。利用DTI監測雙重任務訓練引起的腦卒中患者腦結構變化的相關文獻較少。筆者推測雙重任務訓練后患者認知能力的恢復可能與受損的腦白質重塑有關或者雙重任務訓練后受損大腦可形成新的神經功能網絡，進而改善了患者的執行功能。

7 小結與展望

國內目前對于神經系統的康復大部分還處于只關注肢體功能的階段，使用的康復手段局限于傳統治療方法。雙重任務治療相比較提高患者運動能力、執行功能等更有效，可幫助患者最大限度地回歸生活，但是由于使用DTI評價時沒有統一標準，對于執行功能恢復的神經機制沒有一致的認定。未來可采用更大樣本、臨床RCT試驗、DTI選取精確的測量位置，為雙重任務療法治療腦卒中患者改善執行功能的神經機制提供有效準確的信息，為其推廣提供有效依據，并且幫助判斷卒中患者的執行功能損害程度和為預后做更好的預判效果，為發展新療法增添神經重塑循證醫學證據，對促進康復醫學發展具有重要科學意義。