基于眼動技術的VR認知訓練在卒中后右腦半球損傷注意障礙患者中的康復應用

林宜杰,張利,徐琳峰,邵夢鳴

腦卒中是常見神經系統疾病,每年全球新增病例高達150萬,致殘率約為30%[1]。46%～92%卒中患者的可能發生腦卒中后認知障礙(Post stroke cognitive impairment,PSCI)[2-3]。研究顯示,注意障礙與日常生活能力、跌倒等密切相關,不僅對腦卒中患者的肢體康復訓練產生影響,而且影響其他認知功能(記憶、感知、計劃與行動等)的恢復[4]。近年來,眼動追蹤技術作為一種創新型工具,已經被用來探究許多疾病的本質,不僅可以輔助腦卒中患者認知功能的評估,而且能更加深入地了解腦卒中患者的認知活動的機制,進而提高其執行功能,改善注意力,最終提高患者的認知功能[5]。郭華珍等[6]研究發現大腦右側受損病人的注意障礙發生率顯著高于大腦左側受損病人。故本研究選取引起注意功能更嚴重的右腦半球損傷的腦卒中患者作為研究對象,并使用眼動技術對卒中后右腦半球損傷注意障礙患者進行VR認知康復訓練,獲得了較好效果。報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2022年6月～2023年4月在浙江省康復醫療中心腦卒中后注意障礙的患者40例,診斷標準:遵循《卒中后認知障礙管理專家共識(2017年版)》中卒中后認知障礙的診斷標準[7];并經計算機體層攝影或核磁共振檢查診斷。納入標準:選取病程為2周～6個月的首次腦卒中患者,蒙特利爾認知評估量表(Montreal cognitive assessment,MoCA)得分<26分,“注意”單元評分≤2分且數字正背≤5個和/或數字倒背≤4個;發病年齡在40～80歲,影像學顯示右腦半球損傷;患者無聽力和視覺障礙,可以接受認知評估。排除標準:存在帕金森病、阿爾茨海默病及其他神經系統變性疾病導致的認知功能重度的患者;存在嚴重心臟病或肺部疾病的患者;生命體征不穩定者;存在心理精神類疾病患者。中止和脫落標準:患者突發嚴重并發癥;患者腦血管疾病再發;患者因各種原因出院或轉院;患者或家屬在實驗過程中要求終止;患者治療未達6周出院。運用Excel 2010軟件中的RAND函數,按照1:1將其分成了2組各有20例。研究過程中因疫情因素無法跟進,眼動組脫落4例,對照組脫落3例,最終本課題完成33名患者的病例收集。2組患者一般資料比較差異均無統計學意義。見表1。

表1 2組一般情況比較

1.2 方法 2組均接受營養神經、改善循環和控制相關危險因素的藥物治療,如控制血糖、血壓和血脂等常規腦血管病治療。

1.2.1 對照組 根據《中國高齡腦卒中患者康復治療技術專家共識》推薦方案,對腦卒中患者進行常規康復訓練[8]。主要包括:①作業治療:包括日常生活活動訓練(如:進食、穿衣、洗臉、刷牙、床輪椅轉移、上下樓梯訓練等)、輔助器具訓練,30min/次;②物理治療:良肢位擺放、關節活動度訓練、關節松動訓練、肌力訓練、平衡協調能力訓練、步態訓練等),30min/次;③吞咽與言語功能訓練(包括言語器官訓練、構音訓練、聽理解、進食訓練等),30min/次;④認知功能訓練(復述短故事、圖片記憶、紙牌排序、閱讀做題、猜測游戲等),30min/次。以上訓練1次/d,5d/周,連續訓練6周。

1.2.2 觀察組 采用基于眼動技術的虛擬現實(virtual reality,VR)認知康復訓練替代常規康復訓練中認知功能訓練。其余訓練同對照組。采用JZ-RZ-20US型眼動認知康復訓練與評估系統中認知康復策略模塊輔助進行認知功能訓練,該系統是結合臨床治療技術,基于眼動追蹤技術、人工智能技術以及VR技術,包括照明系統、圖像捕捉、VR系統、圖像檢測處理單元等組件,并采用 3D 物理模擬與凝視映射算法,主要的工作模式是通過對眼動軌跡的記錄,從中提取“注視點、注視時間、注視次數”等數據,從而研究個體的內在認知過程,訓練模塊主要包括注意力訓練、記憶訓練、思維訓練、執行功能訓練、計算訓練、平衡訓練等,每個模塊下的每個訓練單元包含不同等級的難度級別,選用適合患者的難度進行訓練并且實時調整,訓練頻率為1次/d,30min/次,每周訓練5d,連續訓練6周。具體訓練內容如下:訓練前均需調試設備,囑患者取端坐位,佩戴VR眼鏡,手持手柄。從VR認知訓練模塊中選取3～5個單元進行訓練,訓練均遵循由淺入深,循序漸進的原則。

1.3 評定標準 ①蒙特利爾認知評估量表(Montreal cognitive assessment,MoCA):本量表包括12個子項目,總分為30分,得分越高表示認知功能越好[9]。②數字廣度測試(digital span test,DST):該測試的最高位數取決于被檢測者能夠正確復述的數字數量[10]。③字母刪除測驗:字母刪除測驗每行包含52個隨機分布的字母,其中有18個需要被刪除。測試者將記錄被測試者正確刪除的數量、錯誤刪除的數量以及完成測試所需的總用時[11]。④凝視時間:由專業的治療師通過眼動追蹤系統測量,凝視時間越長,反映在該區域獲得的信息量越大。

2 結果

治療6周后,2組患者MoCA評分,數字廣度測試,凝視時間均較治療前明顯提高(均P<0.05),而2組字母刪除測驗中錯誤刪除數、總時長治療前后和組間比較均差異無統計學意義,對照組字母刪除測驗中正確刪除數治療前后比較差異無統計學意義,而觀察組字母刪除測驗中正確刪除數增加(P<0.05);治療后,觀察組MoCA評分、字母刪除測驗中正確刪除數、數字廣度測試順背數字和倒背數字、凝視時間均明顯高于對照組(P<0.05)。見表2～5。

表2 2組MoCA評分治療前后比較 分,

表3 2組數字廣度測試治療前后比較 個,

表4 2組字母刪除測驗治療前后比較

表5 2組凝視時間治療前后比較

3 討論

注意是處理信息的一個重要的過程,是認知功能的基礎[12]。我們通過感官、記憶和其他認知過程處理的各種信息中,需要注意處理與正在進行的任務相關的信息[13]。許多研究顯示,腦卒中患者大腦一側發生損傷時,注意力有可能受到選擇性的損害,右半球損傷患者的注意功能更為嚴重,以警覺、注意力不集中為主[14]。且右頂葉的注意神經元可能具有雙側感受視野,而左半球的同源細胞則只具有對側感受視野[15],這說明右腦損傷患者不僅在受損半球對側的半空間而且在同側半空間都有表現出視覺注意障礙。

本研究結果說明眼動VR認知訓練可以讓注意力廣度、警覺性及持續性得到改善,本研究結果與何雯等[16]研究結果較為一致,其機制可能與眼動VR訓練有助于改善大腦額葉的功能,緩解眼動障礙,激活大腦神經網絡機制有關。在對觀察組進行眼動VR認知訓練后,其DST表現顯著高于對照組,此研究結果與張靜等[17]研究結果相似,這表明眼動技術的VR認知訓練能夠提高注意廣度,分析其原因很可能與其促進神經細胞生長和改善大腦血流狀態的機制有關。經過6周治療后,觀察組的凝視時間優于對照組,表明眼動VR認知訓練對改善腦卒中右腦半球受損患者注意力障礙有積極效果。其具體機制可能與大腦神經遞質的傳遞和神經元的興奮性的轉變有關。而治療6周后觀察組與對照組字母刪除測驗中錯誤刪除數和總時長無明顯差異,這可能是實驗對象主要是大齡患者且文化程度較低,對英文字母不熟悉,測驗內容較多并所需用時較長有關。

有研究顯示,視覺和聽覺訓練可以改善腦卒中患者的注意功能[18]。在常規訓練中,主要通過重復的注意方法來練習或者通過強的視覺或聽覺刺激來訓練患者的注意功能,而本研究中,基于眼動技術的VR認知訓練內,讓患者置于真實的模擬場景中,按照機器給的指令和屏幕的提示完成任務。眼動技術需要患者的眼球鎖定目標,這也使得患者眼球的運動方向、運動速度、凝視時間、運動廣度會隨著目標的變化而變化,通過這種訓練方法可以更有效的對患者的注意廣度、注意分配、注意集中等進行康復訓練,進而改善其注意功能。與常規認知訓練比較,眼動技術注重通過捕獲和訓練患者感知外界信息的能力并能夠長時間分析注意過程并反饋結果,而且眼動技術使眼動交互更加方便快捷,患者用眼睛的凝視或者眨眼就可以用來確定指令的輸入和訓練任務的完成,提高了訓練的精確度,并且結合VR技術中的游戲任務,能夠激發患者的康復興趣和康復潛能,從而提升患者的參與度[19-20]。與此同時,有研究表明[21-24],VR技術還能夠提高患者的腦部血流,促進腦部損傷的血管新生,從而利于大腦神經系統恢復。所以本研究采用的眼動技術的VR認知訓練與傳統康復療法相比,展現出了不能比擬的優點。通過在單位時間內進行多次重復的注意功能訓練,促使患者需要集中注意力完成任務,這種具備挑戰性的項目促使患者大腦中樞神經系統發生活動性變化,使其皮層與認知相關的激活區域增加,從而讓患者的注意功能得到改善。

在本研究中,觀察組訓練效果優于對照組,其原因可能為:①訓練興趣的差異。眼動VR訓練利用視、聽、觸等多種感官的反饋和變化多樣的場景使訓練內容多樣化,能夠提高患者的訓練積極性和保持患者治療的依從性[25],提升患者的主動康復意愿和康復滿意度;②訓練反饋的差異。眼動VR訓練為患者提供了豐富的視、聽反饋信息,使得患者在完成任務訓練前后都能得到即時的反饋;③訓練方案的差異。眼動VR系統可以通過制定個性化的訓練方案,針對不同患者的情況進行針對性的訓練。同時,患者還可以通過觀看自己的訓練視頻,來進行反思和重新學習。

綜上所述,眼動VR技術對于右腦卒中后的注意障礙訓練是非常有效的。通過它的幫助,患者能夠得到更加個性化、科學化、全面化以及針對性的康復訓練。今后的研究可以大樣本入手,細化入選患者的分類,結合影像學和電生理技術如“功能近紅外成像”或“腦電事件相關電位”,為VR眼動技術治療卒中后注意障礙提供更加可靠的證據和更多的機制理論。