虛擬現實認知與運動聯合對老年腦卒中患者康復期的影響

何智捷 姜淑云 張韶輝 俞艷 李陽 魯瀟瑩 李一瀛

(1上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院,上海 200437;2上海市虹口區江灣醫院)

腦卒中是導致成人殘疾的最常見原因之一,運動控制和上肢肌肉力量喪失是腦卒中后最常見的功能障礙。研究〔1〕顯示,36%的患者在腦卒中后5年仍然存在功能障礙。多數研究傾向于運動學習原則促進康復,但患者的注意力、記憶、執行功能等認知功能也可能受到腦卒中影響,雖然高達70%的患者存在認知功能減退,但傳統康復方式多以運動為核心,忽略認知功能康復,同樣不利于患者獨立生活的能力〔2,3〕。研究〔4〕顯示,認知康復有助于運動恢復,根據患者的認知功能障礙情況,給予不同的運動模式,將認知和運動強化訓練相結合,對改善其預后具有重要意義。虛擬現實(VR)是可創建與體驗虛擬世界的仿真系統,患者通過與虛擬仿真環境中的物體交互,完成功能性活動和操作,產生身臨其境的體驗,對改善腦卒中患者的運動功能和生活能力具有明顯的效果〔5〕。目前較少見包括認知和運動聯合康復的VR干預報道,本研究探討基于VR的運動和認知訓練對老年腦卒中患者運動預后的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料 選擇2017年6月至2019年12月在上海市中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院就診的腦卒中患者118例,采用隨機數字表法分為對照組和觀察組各59例。對照組59例,其中男34例,女25例;年齡60～78歲,平均(70.08±6.14)歲;文化程度:小學18例,中學24例,≥大專17例;受累側別:左側33例,右側26例;病程(5.83±3.14)w;簡易精神狀態檢查(MMSE)量表評分(18.18±2.17)分。觀察組59例,其中男31例,女28例;年齡60～79歲,平均(70.87±7.14)歲;文化程度:小學15例,中學31例,≥大專13例;受累側別:左側31例,右側28例;病程(6.01±3.29)w;MMSE評分(18.36±2.14)分。2組性別、年齡、文化程度、受累側別、病程、MMSE評分等一般資料差異均無統計學意義(P>0.05),具有可比性。納入標準:①年齡60～80歲,經頭顱CT或MRI檢查,符合缺血性腦卒中的診斷標準〔6〕;②患者生命體征穩定,無明顯智力障礙,存在一定認知功能障礙,但經治療評估可理解任務和遵循指導完成任務,可進行基本交流;③文化程度≥小學4年級,具有一定讀寫能力;④首次發病,病程<6個月;⑤下肢Brunnstrom功能分期不低于Ⅳ期,改良Ashworth分級≤2級;⑥患者對研究知情并簽署知情同意書。排除標準:①存在先天性智力缺陷者;②腦卒中前存在阿爾茨海默病、血管性癡呆者;③抑郁自評量表(SDS)評分≥70分者;④嚴重心肺功能不全或存在其他肌肉、神經性疾病,影響運動功能者;⑤精神疾病患者。

1.2研究方法 兩組均給予包括良肢位擺放、被動活動肢體關節、上下肢關節活動等在內運動康復,給予物理因子包括功能性電刺激、肌電生物反饋等治療。同時給予基于VR的運動康復訓練,借助體感游戲器Wii實現,上肢訓練項目包括乒乓球運動、網球運動、廚房料理等內容,下肢訓練項目主要是平板步行,康復師根據患者的步行功能調節平板速度和場景,使患者有身臨其境的感覺,每日訓練時間25～30 min。每日訓練30 min,每周訓練5 d。在此基礎上,對照組給予傳統認知功能訓練,觀察組給予基于VR的認知功能訓練。對照組:給予傳統認知功能恢復訓練,執行功能:使用紙、筆等工具在特定的物理空間(康復表)中進行練習,練習中提供簡單聯想(如字、字母的顏色)、反射性控制和算術運算任務,估計數字量和分類任務,演繹邏輯推理任務。注意過程和視覺空間認知功能:患者通過指示和觸摸與特定特征(顏色、圖像、動物、功能等)相關的特定目標刺激,治療師通過語言傳達給患者,患者結合和選擇相應的圖像。康復師根據每項任務的復雜性、錯誤數量和練習的執行速度,執行3個難度等級的認知恢復訓練。觀察組:給予基于VR的認知功能訓練,采用BTS Nirvana(BTs-N)情景互動康復訓練系統進行訓練。BTs-N是1個半沉浸式治療項目,提供交互虛擬場景,患者在治療師幫助下進行訓練,患者通過運動與虛擬場景和視聽刺激進行互動,創造一個整體感官參與,促進注意力、視覺空間和執行技能康復。執行功能:患者通過交互式屏幕上的運動在虛擬環境中進行訓練。這些運動允許在不同的方向上移動或操縱特定的對象(如球、花和蝴蝶),或在虛擬環境中創建與動態交互的特定關聯(即顏色編號)。當患者接觸虛擬對象時,他或她確定音頻和視頻反饋(使用精靈活動)。受試者可以在治療師的指導下,通過計算和數字處理、抑制控制和算術運算來完成意念動作序列;能夠估計數字量和分類;能夠使用特定的虛擬任務進行演繹邏輯推理。虛擬場景:砌磚工具;跳房子;水果的顏色;穿行;雞蛋圈。隨著虛擬任務的復雜度、屏幕上的元素及治療師要求的難度的增加,難度等級(從第一級增加到第三級)。注意過程和視覺空間認知:患者選擇或探索在虛擬環境中觀察到的一些元素(顏色、音符、幾何圖形、動物等),這些元素在一個可變的時間內對觀察者保持可見,這是由虛擬系統、治療師和患者之間的交互作用建立的。患者在特定時間觸摸虛擬目標元素;此操作會導致視覺變化,并伴有典型的音頻或視頻反饋(正強化);否則,該元素消失(負強化,狩獵任務)。虛擬場景:臺球、鋼琴、風暴、花和球等。難度隨著甜品數量的增加和執行時間的減少而增加。兩組均連續訓練8 w。

1.3觀察指標 ①干預前后采用MMSE量表和洛文斯頓認知評定(LOTCA)量表評估患者的認知功能,MMSE量表〔7〕包括記憶、言語、視空間、計算及注意力等維度,滿分30分,得分越高說明患者認知功能越好;LOTCA評分〔8〕包括定向、知覺等維度共20個項目,滿分91分,得分越高說明患者認知功能越好。②干預前后采用Fugl-Meyer量表(FMA)〔9〕評估患者的功能,FMA包括上肢和下肢兩個部分,上肢部分滿分66分,下肢部分滿分34分,得分越高說明患者的運動功能越好。③干預前后應用改良Barthel指數(MBI)〔10〕,MBI滿分包括10個條目,滿分100分,得分越高說明患者日常生活活動能力越好。④干預前后采用抑郁自評量表(SDS)評估患者的抑郁情緒,SDS包括20個條目,滿分100分,得分越高說明患者抑郁情緒越嚴重。

1.4統計學方法 采用SPSS23.0軟件進行t檢驗、χ2檢驗。

2 結 果

2.1兩組干預前后MMSE、LOTCA量表評分比較 干預前兩組MMSE及LOTCA量表各維度評分差異無統計學意義(P>0.05);干預后兩組MMSE量表及LOTCA量表各維度評分與干預前相比均顯著升高,且觀察組明顯高于對照組(P<0.05)。見表1。

表1 兩組干預前后MMSE、LOTCA量表評分相比較分,n=59)

2.2兩組干預前后FMA相比較 干預前兩組FMA上肢部分和下肢部分評分差異均無統計學意義(P>0.05);干預后兩組FMA上肢部分和下肢部分評分均較干預前顯著升高,且觀察組均明顯高于對照組(P<0.05)。見表2。

2.3兩組干預前后MBI和SDS評分相比較 干預前兩組MBI和SDS評分差異無統計學意義(P>0.05);干預后兩組MBI評分與治療前相比較均顯著升高,且觀察組與同期對照組相比均顯著升高(P<0.05),而SDS評分均比治療前顯著降低,且觀察組與同期對照組相比均顯著降低(均P<0.05)。見表2。

表2 兩組干預前后FMA、MBI、SDS評分相比較分,n=59)

3 討 論

目前腦卒中后康復技術包括物理訓練、運動療法、機器人療法、水療、音樂療法、皮質內刺激和心理健康實踐、任務導向訓練、鏡子療法等。VR是近年來應用于康復領域的一種治療方法,在這種方法中,用戶通過手和身體的運動,或通過觸覺界面(手套、操縱桿、鼠標)與虛擬對象交互,在模擬環境中執行動作〔11〕。任天堂Wii在商業游戲系統中發明了低成本的人體運動傳感器,這使用電子游戲進行康復變得更加容易。VR的使用增加了運動學習和康復期間神經可塑性的潛力,一項使用磁共振成像的研究發現了一致的結果,顯示了感覺運動皮質的重組〔12〕。Allain等〔13〕指出,在虛擬廚房中執行一項任務意味著在現實生活中執行任務。購買食品雜貨的虛擬實踐與實際雜貨店購物的績效提高相關,與虛擬世界互動的患者在執行日常活動時受到的限制較少。McEwen等〔14〕研究顯示,站立時VR平衡挑戰可改善患者下肢運動功能。基于VR的踝關節運動被證明可有效改善踝跖屈肌肉協調性和增加步行速度〔15〕。從神經解剖學角度看,虛擬現實訓練干預通過功能磁共振促進大腦皮層的重組影像學通過大腦皮層的偏側化及初級運動皮層和體感皮層的激活,提供了神經可塑性的證據。

認知障礙是腦卒中后常見的功能障礙,研究〔16〕顯示,高達78%的腦卒中患者存在認知功能障礙。對老年患者而言,腦卒中后認知功能障礙不但增加了癡呆風險,而且與運動功能不良和生活依賴風險增加相關,對患者的生活質量具有明顯負面影響,降低患者社交能力。一項針對異質性腦卒中患者的大樣本研究發現,特定的病灶位置會導致多個領域的認知障礙,大腦結構的病理變化與各種阿爾茨海默病或空間忽視等認知缺陷和癥狀的發生有關〔17〕。已有研究〔18〕顯示,認知功能障礙可降低運動康復的參與熱情和依從性,與較差的運動功能預后相關。對患者而言,回歸社會的許多日常任務或工作都需要多種認知能力來執行,如日常出行要求個體有選擇地注意交通、交通標志和分散注意力,對道路上不斷變化的情況做出靈活的認知反應,僅針對運動能力的康復方法不能滿足日常生活活動的需要,也可能無法充分刺激和訓練大腦的基本過程。但既往研究〔19,20〕中在康復期更多關注的是腦卒中患者的運動能力,對認知功能則較少關注。目前已發表文獻中腦卒中患者的康復研究以物理療法、作業療法等運動療法為主,缺乏治療意圖的心理社會干預及認知功能康復研究。

計算機化的神經認知訓練根據患者的神經心理模式提供個性化治療,從而刺激大腦受損區域。這種訓練最初用于記憶干預,最近不僅應用于記憶,還應用于注意力、問題解決、視覺感知、執行功能,自我修復及其他認知功能的各個領域。隨著計算機化的神經認知訓練,VR訓練被應用于改善腦卒中患者的認知功能。研究表明,VR訓練在提高腦損傷患者的注意力、視覺空間容量和運動功能方面是有效的。Clay等〔21〕研究顯示,VR是阿爾茨海默病患者認知和運動康復的有用工具。這些陽性結果也在多發性硬化〔22〕患者中得到證實,因為2D-VR能夠進一步增強神經可塑性,從而實現功能恢復。最近對帕金森病患者進行的一項初步研究發現,除了情緒外,VR還能改善執行和視覺空間域的認知功能〔23〕。Lim等〔24〕觀察到脊髓損傷患者在不同認知和運動領域的顯著改善及焦慮和抑郁癥狀的減輕。本研究中使用了BTs-N進行認知功能訓練,BTs-N創建了一個可以使用計算機設備進行探索的三維計算機環境,將用戶投射到一個真實的場景中。這種經驗促進了患者的整體參與,因為增加的反饋可能會導致負責恢復運動活動和(或)認知功能的神經元可塑性發生重大變化。BTs-N采用了多傳感器方法,在虛擬環境中進行的練習有助于患者發展對運動結果的認識(對結果的認識)和對運動質量的認識(對表現的認識),這對患者的功能恢復,包括認知功能的恢復有積極的影響。通過整體刺激和雙重認知和運動任務分配,VR可以比紙筆練習產生更大的效果,從而讓患者更積極地參與進來。本研究結果證實,VR認知-運動聯合功能康復對腦卒中患者的認知康復是有效的。認知功能的改善很可能是VR實訓練增加神經遞質和膽堿系統釋放的結果。通過VR訓練可激活大腦代謝,增加腦血流量和神經遞質的釋放,對改善認知功能是有效的。Potter等〔25〕報道指出,膽堿系統與注意力和記憶機制有關,而Zhang等〔26〕則認為認知功能訓練(如記憶)會導致膽堿系統的變化。

FMA評定是腦卒中康復研究中最常見的測試量表,主要用于評估偏癱患者的感覺運動功能,具有很高的信效度。MBI評估患者日常生活能力和腦卒中后臨床試驗結果的第二大工具。本研究結果提示,VR認知-運動聯合康復可改善腦卒中患者的運動功能。研究〔26〕顯示,運動和認知技能訓練有助于共同大腦區域的活動變化,早期的理論研究顯示運動系統是認知控制的一個組成部分,認知-運動聯合康復體現出更優的運動功能改善可能與二者具有協同作用有關。認知康復的另一個問題常忽略腦卒中后抑郁癥狀,腦卒中后抑郁患者的認知功能較低,對日常生活活動的依賴性更高,與非抑郁患者相比,其損傷更嚴重,殘疾更嚴重〔27〕。因此,腦卒中后患者認知、運動等神經和心理學測試中表現不佳,不僅與腦卒中、年齡、認知和運動訓練低效等相關,還可能是因為并發情緒障礙。本研究結果提示,VR認知-康復聯合康復可以積極地影響抑郁情緒,通過訓練提高注意力或記憶力也可能導致抑郁水平的降低。另一方面,訓練引起了情緒的改變,也可能提高患者認知能力,進而改善運動功能。