節(jié)奏性聽覺刺激對創(chuàng)傷性腦損傷病人步態(tài)改善的研究進(jìn)展

簡小霞，邵秀芹，陳 盼，劉洪雙

南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，江西 330006

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通傷、高處墜落傷、重物砸傷等頻發(fā)[1]，創(chuàng)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(fā)生TBI[3]。TBI 病人存在多種功能障礙，其中步態(tài)障礙是該病常見的功能障礙之一[4]，病人主要表現(xiàn)為行走速度降低、節(jié)奏改變[5]、步幅變動[6]、膝關(guān)節(jié)屈曲減少[7]及下肢肌肉異常激活模式[8]。據(jù)報(bào)道，中重度TBI 的步態(tài)障礙發(fā)生率為60%～84%[9]，80%病人在受傷后數(shù)天內(nèi)出現(xiàn)平衡障礙，30%病人在受傷后3 個月存在平衡和步態(tài)障礙癥狀[10]。有證據(jù)表明，高達(dá)53%的病人在TBI 后1 年內(nèi)甚至4～5 年后仍然出現(xiàn)步態(tài)障礙[11]。TBI 病人由于運(yùn)動和感覺系統(tǒng)的損傷,導(dǎo)致平衡障礙[12]、姿勢控制力下降[13]以及執(zhí)行功能下降，使病人更易跌倒[14]，嚴(yán)重影響病人的康復(fù)以及后期的生活質(zhì)量[15-16]。因此，改善步態(tài)是TBI 病人的康復(fù)目標(biāo)之一。目前，TBI 病人的康復(fù)措施包括物理治療、運(yùn)動治療、作業(yè)治療、藥物、手術(shù)治療以及其他療法[15-17]。 其 中 神 經(jīng) 音 樂 治 療（neurological music therapy,NMT）是臨床常用方法之一[18]。節(jié)律性聽覺刺激（rhythmic auditory stimulation，RAS）作為NMT中的一種，主要通過音樂訓(xùn)練，拉緊或者松弛大腦運(yùn)動區(qū)域的神經(jīng)回路，使之與節(jié)拍器產(chǎn)生的聽覺神經(jīng)模式的節(jié)奏和時間同步，改善緩慢多變的步行模式[19]。RAS 作為促進(jìn)運(yùn)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(fù)中[20-21]。現(xiàn)圍繞RAS 的概述、作用機(jī)制、效果進(jìn)行綜述。

1 RAS 概述

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

2 RAS 的可能機(jī)制

RAS 強(qiáng)調(diào)對節(jié)奏、節(jié)律的感知以及運(yùn)動的協(xié)調(diào)反應(yīng)，其本質(zhì)是促進(jìn)具有生物節(jié)律性運(yùn)動的康復(fù)[18]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們聽到音樂時，無論有無樂理知識或外在的運(yùn)動行為，大腦的運(yùn)動區(qū)域都會處于激活狀態(tài)[26]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過功能磁共振成像輔助運(yùn)動區(qū)、背前運(yùn)動區(qū)、基底神經(jīng)節(jié)和小腦等幾個運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)區(qū)域已被確定為參與聽覺節(jié)律感知[26-27]，運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的活躍程度隨著節(jié)律的復(fù)雜性而增加，表明聽覺刺激對運(yùn)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(guān)于RAS 可能的作用機(jī)制猜想。

2.1 夾帶機(jī)制 聽覺系統(tǒng)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(yùn)動結(jié)構(gòu)中，在節(jié)律信號和運(yùn)動反應(yīng)之間產(chǎn)生夾帶[28]。因?yàn)橐魳返囊?guī)則和可預(yù)測的節(jié)奏很容易被聽覺系統(tǒng)精確檢測到，誘導(dǎo)人體參與節(jié)律感知和運(yùn)動產(chǎn)生的大腦聽覺和運(yùn)動區(qū)域的神經(jīng)元活動的夾帶[29]。目前，聽覺中樞到運(yùn)動中樞的神經(jīng)傳遞機(jī)制尚未得到充分的研究，夾帶機(jī)制可能是RAS 運(yùn)用于神經(jīng)性運(yùn)動障礙康復(fù)中的重要機(jī)制之一[30]。節(jié)律性夾帶是一個系統(tǒng)的運(yùn)動或信號頻率夾帶另一個系統(tǒng)的頻率[31]。在夾帶過程中由于運(yùn)動周期不同步，運(yùn)動體之間傳遞的不同能量造成了負(fù)反饋，這種反饋驅(qū)動了一個調(diào)整過程，在這個調(diào)整過程中，不同的能量逐漸消除到零，直到兩個運(yùn)動物體都在共振頻率或同步運(yùn)動。夾帶總是由頻率或共同周期驅(qū)動的[32]，節(jié)奏提供了精確的預(yù)期時間線索，讓大腦提前計(jì)劃并做好準(zhǔn)備，共同期夾帶使運(yùn)動反應(yīng)的開始與聽覺節(jié)拍完全同步[27]。研究發(fā)現(xiàn)，在RAS 中大腦使用夾帶重新編程運(yùn)動模式執(zhí)行的能力，使有節(jié)奏的夾帶成為運(yùn)動康復(fù)的重要工具[32]。

2.2 聽覺-運(yùn)動機(jī)制 研究顯示，聽覺皮層在運(yùn)動控制通路中具有豐富的神經(jīng)連通性[26]，從脊髓一直延伸到腦干、皮層和皮層下結(jié)構(gòu)[33]。規(guī)律的節(jié)奏刺激可以激發(fā)和提高由網(wǎng)狀脊髓水平的聽覺運(yùn)動電路介導(dǎo)的脊髓運(yùn)動神經(jīng)元的興奮性，使運(yùn)動系統(tǒng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，縮短神經(jīng)肌肉的反應(yīng)時間[34]，從而引發(fā)聽覺和運(yùn)動系統(tǒng)產(chǎn)生聽覺-運(yùn)動同步模式[35]。在此過程中，RAS 除了激活聽覺區(qū)域外，還激活了由感知驅(qū)動的特定運(yùn)動學(xué)習(xí)區(qū)域，為運(yùn)動學(xué)習(xí)提供一個更豐富的環(huán)境，刺激聽覺和運(yùn)動區(qū)域之間的連接，導(dǎo)致一種不同類型的運(yùn)動學(xué)習(xí)過程[24]。研究發(fā)現(xiàn)，通過對TBI 病人進(jìn)行有規(guī)律節(jié)奏的聽覺刺激重復(fù)練習(xí)，有節(jié)奏的聽覺刺激促進(jìn)程序感知運(yùn)動學(xué)習(xí)[36]。此外，有研究顯示，RAS 干預(yù)產(chǎn)生的效果可能與病人的積極情緒有關(guān)[37]。眾所周知，愉快的音樂調(diào)節(jié)大腦網(wǎng)絡(luò)中的活動并刺激紋狀體系統(tǒng)中的多巴胺釋放[38]，引發(fā)了與情緒相關(guān)的生理愉悅感，創(chuàng)造了一種積極的訓(xùn)練氛圍，從而增加康復(fù)訓(xùn)練動力[33]。RAS 能夠作為一種基于獎勵的動機(jī)學(xué)習(xí)，積極參與音樂促進(jìn)結(jié)構(gòu)和功能的神經(jīng)可塑性變化，提升病人的興趣，進(jìn)而增加病人的學(xué)習(xí)頻率[39]。

3 RAS 對TBI 病人步態(tài)的改善作用

3.1 TBI 病人的步態(tài)特點(diǎn) 步態(tài)是由一個復(fù)雜的皮層和皮層下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支撐的，任何涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特定元素?fù)p傷都可能導(dǎo)致步態(tài)障礙。與健康人群相比，TBI 病人的步態(tài)分析經(jīng)常發(fā)現(xiàn)步態(tài)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(fù)荷時骨盆異常和膝關(guān)節(jié)屈曲姿勢延長是常見的運(yùn)動學(xué)偏差，平衡調(diào)節(jié)受損表現(xiàn)為隨著感覺的改變而增加的搖擺和重心軌跡的傾斜，內(nèi)側(cè)-外側(cè)平面的不穩(wěn)定性尤為明顯，姿勢不穩(wěn)定的原因主要是中樞和外周前庭神經(jīng)受累[41]。

3.2 RAS 可以改善TBI 病人的步態(tài)時空參數(shù) 目前，RAS 還未被廣泛用于TBI 病人中，但已有學(xué)者證實(shí)RAS 的療效。Hurt 等[42]最早開始進(jìn)行RAS 與TBI研究，發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移，RAS 訓(xùn)練可以導(dǎo)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(chuàng)傷后4～24 個月的病人進(jìn)行4 次行走實(shí)驗(yàn)：第1 次以正常步伐行走，計(jì)算病人基線步幅；第2 次在伴有節(jié)奏性的刺激中行走，RAS 由嵌入節(jié)奏性音樂中的節(jié)拍器脈沖序列呈現(xiàn)，音樂的節(jié)拍器設(shè)置為第1 次步行的節(jié)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(jié)拍器脈沖序列和節(jié)奏突出的音樂設(shè)置RAS，其節(jié)奏比沒有音樂的快速步行快5%。發(fā)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)中，對其中符合標(biāo)準(zhǔn)的5 例TBI 病人進(jìn)行為期5 周的家庭RAS 步態(tài)訓(xùn)練計(jì)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(tài)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(jié)果一致,對長期在康復(fù)醫(yī)院中的7 例成年TBI 病人實(shí)施3 周的RAS 步態(tài)訓(xùn)練計(jì)劃，結(jié)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(yùn)動速度、節(jié)奏、步幅長度和對稱性。Sheridan 等[44]對符合納入標(biāo)準(zhǔn)的2 例社區(qū)TBI 病人進(jìn)行每周3 次、每次30 min 的RAS 步態(tài)訓(xùn)練，持續(xù)3 周，接著隨訪4 周。第1 天對參與者的步態(tài)功能性進(jìn)行評估，并與參與者共同制定適合參與者的訓(xùn)練目標(biāo)。30 min 的訓(xùn)練被分成4 個部分，包括10 min 的步態(tài)前訓(xùn)練、10 min 的特定任務(wù)訓(xùn)練(即步行)、5 min 的高級步態(tài)訓(xùn)練(如不同的地面行走、樓梯、跨越物體，根據(jù)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(jù)參與者的功能水平和目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整）。參與者1 在RAS 干預(yù)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(yù)過程中，表現(xiàn)步行速度降低和步頻略微降低，步態(tài)模式符合使步行風(fēng)險降低的治療目標(biāo)。Thompson 等[5]針對RAS 干預(yù)是否對創(chuàng)傷后1～20 年的TBI 病人的步態(tài)有所改善的問題進(jìn)行一項(xiàng)單臂臨床試驗(yàn)，對符合納排標(biāo)準(zhǔn)的10 例參與者進(jìn)行每周5 天，每次30 min 的干預(yù)，持續(xù)2 周。結(jié)果顯示，治療期間步速、步頻、步長均有所改善，效應(yīng)量分別為0.60，0.69，0.46。研究結(jié)果還表明，RAS 可以提高病人的步態(tài)功能評分，該評分主要用于行走時測量各種任務(wù)的姿勢穩(wěn)定性，預(yù)測病人跌倒的可能性。由此可見，RAS 有助于減少跌倒的風(fēng)險。

3.3 RAS 可以改善腦損傷病人下肢關(guān)節(jié)活動度 神經(jīng)肌肉受累的TBI 病人由于運(yùn)動能力和癱瘓肢體感覺減退難以執(zhí)行運(yùn)動行為，導(dǎo)致非節(jié)律性和不對稱的感覺運(yùn)動控制反饋，限制了關(guān)節(jié)活動度[45]。關(guān)節(jié)活動度是影響病人步態(tài)參數(shù)的重要因素。Kim 等[46]將12 例腦損傷青少年病人隨機(jī)分為試驗(yàn)組（RAS）和對照組（常規(guī)步態(tài)訓(xùn)練），試驗(yàn)組進(jìn)行RAS 步態(tài)訓(xùn)練，每周3 次，每次30 min，持續(xù)4 周；訓(xùn)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(jù)測量的步行節(jié)奏，設(shè)定RAS 節(jié)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(fù)10～20 次，每次步行之間休息1～3 min；結(jié)果顯示，與對照組相比，RAS 組矢狀面髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)運(yùn)動顯著增加，同時增加的髖關(guān)節(jié)屈曲和膝關(guān)節(jié)屈曲有助于身體向前，提高步行速度。下肢隨著節(jié)奏調(diào)整關(guān)節(jié)活動范圍，從而促進(jìn)步態(tài)的運(yùn)動學(xué)變化。除此之外，Goldshtrom 等[45]描述1 例TBI 9 年后的病人實(shí)施具有聽覺線索的節(jié)律性鍛煉計(jì)劃，經(jīng)過1 年的練習(xí)，改善了病人的運(yùn)動功能、感知意識、認(rèn)知和心理功能。該案例取得的效果與病人的長期堅(jiān)持或者個體功能有關(guān)，但也在一定程度上表明節(jié)奏性聽覺訓(xùn)練的方法值得借鑒。

4 RAS 干預(yù)的不確定因素

RAS 的節(jié)奏頻率、干預(yù)強(qiáng)度和時長以及干預(yù)的最佳階段尚無標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一方案。應(yīng)用RAS 干預(yù)時，開始設(shè)定的節(jié)奏頻率一般為病人的步頻，并在每次干預(yù)的最后階段比開始時的節(jié)奏頻率快5%[5,42]。有研究表明，RAS 的節(jié)奏越快，越可以調(diào)動更多額葉和枕葉的神經(jīng)元[47]，提高節(jié)奏頻率是否對TBI病人的步態(tài)有所改善值得深入研究。RAS 通常干預(yù)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(yù)強(qiáng)度和每次干預(yù)時長進(jìn)行對照研究，而其中更有效地干預(yù)強(qiáng)度和時長還需不斷探索。Walker 等[48]一項(xiàng)縱向研究發(fā)現(xiàn)，TBI 幸存者在受傷后的前6 個月運(yùn)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(chuàng)傷后1～20 年的TBI 病人進(jìn)行干預(yù)，得出有效的結(jié)果。Hurt 等[42]納入創(chuàng)傷后4～24 個月、在患病期間參加了常規(guī)物理治療并且步態(tài)表現(xiàn)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(yù)也是一件值得思考的事。研究顯示，尚無高質(zhì)量的證據(jù)表明，不同嚴(yán)重程度TBI 病人步態(tài)的不同，是否存在隨著TBI 嚴(yán)重程度增加而步態(tài)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(yīng)該提供怎樣的RAS 干預(yù)計(jì)劃，需要開展多中心臨床研究，獲取實(shí)踐數(shù)據(jù)支撐，值得深入探討。

5 小結(jié)

RAS 結(jié)合步行訓(xùn)練對TBI 病人的步態(tài)改善產(chǎn)生積極的康復(fù)作用，且無創(chuàng)、操作性強(qiáng)，可在社區(qū)和家庭中應(yīng)用，還可結(jié)合跑步機(jī)[49]、機(jī)器人[50]進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)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(zhì)量、更長干預(yù)時間的隨機(jī)對照研究，未來需拓展該領(lǐng)域的研究，以期為TBI 病人步態(tài)改善臨床研究提供參考。