腦電圖在腦卒中后認知功能評定中的應用

晁靜,鞏尊科,王世雁,歐香靈,顧成晨,周文欣

世界老齡化加劇,中風的發病率也不斷提高[1],其中約1/3的卒中患者繼發腦卒中后認知功能障礙(post-stroke cognitive impairment,PSCI),且持續到卒中后6個月時仍存在的一系列認知損傷的綜合征,表現為記憶力、計算力、理解判斷力下降等[2]。目前臨床上多采用醫學量表評估認知功能受損情況[3],但其主觀性偏差給評估工作增加了難度。因此探究一種早期診斷PSCI且復測康復進程的無創性檢查十分必要。腦電圖(electroencephalogram, EEG)可作為估計大腦皮質神經細胞活動及網絡結構連通性的神經生理測量[4],也用于反映中風后認知功能變化并預測患者的康復[5]?；陬l域分析將EEG信號分為4種常用頻帶δ(1～4Hz),θ(4～8Hz),α(8～13Hz),β(13～30Hz)[6]。δ波和θ波為低頻活動,α波和β波為高頻活動[7]。神經元受損后認知障礙程度的不斷加重,低頻腦電活動也不斷增加,相反高頻腦電波功率減小[8]。本研究將基于腦電圖功率譜分析應用于不同認知功能水平的腦卒中患者的功能評定,并觀察腦電信號的變化與蒙特利爾認知量表(montreal cognitive assessment, MoCA)、洛文斯頓作業療法認識評定量表(loewenstein occupational therapy cognitive assessment,LOTCA)評定是否有相關性,探討腦電圖在卒中后認知功能評定中的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2022年11月至2023年6月在徐州醫科大學附屬徐州康復醫院和徐州醫科大學徐州臨床學院/徐州市中心醫院康復醫學科收治的腦卒中患者75例,凡入組患者均行簡易精神狀態量表(mini-mental state examination, MMSE)篩查評測,根據被試者的文化程度不同,評估結果的標準值以下患者視為有認知功能障礙,設為PSCI組,標準分及以上的患者視為非PSCI組。納入標準:頭顱CT或MRI檢查證實病灶,且符合2019年腦卒中診斷標準[9];首次發病,年齡≤75歲,病程≤6個月;無肢體活動障礙,生命體征平穩,能夠配合各項檢查。排除標準:既往有先天性、遺傳性疾病、神經功能缺損或神經系統變性疾病導致的嚴重癡呆;有心、肺等重要器官功能障礙;發熱、癲癇發作、腦電圖異常者;嚴重聽力障礙和(或)視力障礙,無法配合檢查者。納入30例PSCI患者,為了實現組間均衡可比性,隨機選取了30例非認知障礙組(非PSCI)的例數,另選取30例與病例組相匹配且符合入選標準的健康志愿者設為健康對照組,例如患者家屬、醫院護理人員或門診健康體檢者。健康對照組入選標準:MMSE篩查量表評分正常,無認知障礙病史;神經系統檢查正常;無腦外傷、腦血管意外等中樞神經系統疾病;無精神病及精神病家族史等;無酒精或藥物成癮史。以上3組受試者均詳細了解研究內容,同意加入并簽署相關知情同意書。3組一般資料比較無統計學差異,有可比性,見表1。本研究經徐州市康復醫院倫理委員會批準(No. XK-LW-20221020-007)。

1.2 方法

1.2.1 認知量表評估 在安靜的房間里,由一位康復醫師通過患者答題的表現進行評分。所有受試者均在無任何康復治療前,入組2日內完成量表評估。MMSE評定[10]:總分30分,包括定向、記憶、注意及計算力、語言能力、執行力、視空間力的6個方面。標準:文盲(未受教育)≤17分,小學文化程度(受教育年限≤6年)≤20分,中學文化程度以上(受教育年限>6年)≤24分。臨界值以下考慮為認知功能障礙,此量表在本研究中作為初篩手段。MoCA評定[11]:總分為30分,包括8個方面,即定向、抽象、言語、注意、記憶、視空間與執行功能、畫鐘表、命名。評分標準:受年齡限制≤12年附加1分,≥26分為正常。LOTCA評定[12]:總分115分,附加題目為4分。包括7個范疇:定向力、知覺、動作運用、視運動組織和思維運作,另有附加題目注意力及專注力。評定的分數越低,表明腦卒中后該患者認知功能的損害越嚴重。

1.2.2 腦電圖采集 在微暗、安靜的環境中,被試者遠離一切干擾源,清醒閉眼狀態,靜坐于座椅上。采用JY-2440型號數字腦電地形圖儀。按照國際10/20標準系統(32導聯,分別為FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6、AF3、AF4、FC3、FC4、CP3、CP4、PO3、PO4、FT7、FT8、CP7、CP8、Fz、Cz、Pz、Oz)放置電極,雙側耳垂作為參考電極,采樣率選擇500Hz,記錄5min時長。

1.2.3 腦電圖數據分析 基于Matlab軟件的EEGLAB插件對腦電原始數據進行預處理,利用帶通FIR濾波器濾波(高通0.5Hz,低通45Hz)消除雜音,全導聯平均作為重參考,進行獨立成分分析(independent component analysis, ICA),去除偽跡等步驟。預處理完成的數據進行快速傅里葉轉換,基于Welch算法功率譜分析[13],選取20s漢明窗的無偽跡腦電圖數據。計算分析出α、β、θ、δ四個不同頻段范圍內的絕對功率。本研究分析計算α波絕對功率(alpha absolute power,αAP)、α波相對功率(alpha relative power,αRP)和慢波化比率[ (delta + theta)/(alpha + beta) ratio,DTABR]。腦電圖慢波比率和α波振蕩與認知功能密切相關[14]。

上述公式中Pα、Pβ、Pδ、Pθ 分別為α、β、δ、θ絕對功率值。

3組被試者需在無任何康復治療的情況下,且入組2日內完成腦電數據采集。腦電圖的采集及數據分析均由另一位經過電生理專業培訓的康復醫師完成。

2 結果

2.1 3組MMSE、MoCA及LOTCA評分的比較 MMSE、MoCA、LOTCA評分在3組間比較存在統計學差異(P<0.05),經過兩兩比較,健康對照組3項評分明顯高于非PSCI組、PSCI組(P<0.05),非PSCI組3項評分明顯高于PSCI組(P<0.05)。見表2。

表2 3組MMSE、MoCA及LOTCA評分比較 分,M(P25,P75)

2.2 3組腦電圖各指標的比較 αAP、αRP在3組間比較存在統計學差異(P<0.05),經過兩兩比較,健康對照組的水平明顯高于非PSCI組、PSCI組(P<0.05),非PSCI組明顯高于PSCI組(P<0.05);DTABR在3組存在統計學差異(P<0.05),健康對照組的明顯低于非PSCI組、PSCI組(P<0.05),非PSCI組明顯低于PSCI組(P<0.05)。見表3。

表3 3組間腦電圖各指標比較 M(P25,P75)

2.3 PSCI組中腦電圖數據與MMSE、MoCA、LOTCA評分量表的相關性 αAP與MoCA、LOTCA之間存在顯著正相關關系(0.734、0.922,P<0.01);αRP與MoCA、LOTCA之間存在顯著正相關關系(0.575、0.630,P<0.01);DTABR與MoCA、LOTCA之間存在顯著負相關關系(-0.569、-0.614,P<0.01)。見表4。

表4 PSCI組中各腦電指標與MoCA、LOTCA評分量表的相關性比較

3 討論

中風后約有80.97%的患者出現認知障礙,包括從非癡呆至癡呆的不同程度的表現[15]。因其不僅令卒中患者人際交往能力下降,而且對日常生活產生明顯影響,增加社會及家庭負擔[16]。即對PSCI的客觀診斷及預后觀察尤為重要。

腦電信號(electroencephalogram,EEG)即為頭皮記錄的電位差,由大腦皮層中相互作用的神經細胞產生的小電流產生[17]。任何生理病理變化均將導致EEG發生特征性變化[18]。腦卒中后,受損的神經元細胞對腦電信號的產生和傳遞帶來巨大的影響[19]。認知功能的改變可能是由于腦功能的連接受損,繼而導致大腦各區域間的電生理網絡無法整合引起的[20]。所以,腦電圖的特征變化一定程度上可以反應認知功能[21]。不同的損傷部位影響各導聯的腦電功率譜特征表現不同。

α波幅是正常人安靜清醒狀態下腦波成分中節律性最強的波。大腦的反應時間與信息處理速度有關,當α頻率變低時代表著大腦反應時間變慢,影響認知和綜合判斷能力變差。其中α振蕩影響認知能力時,表現在自上而下的控制功能(如選擇性注意和持續警覺性)中發揮作用[22-23]。即αAP和αRP數值的增高代表大腦對信息處理的能力增強,認知功能得到改善[24]。Jelena Petrovic等[25]研究發現中風患者腦電圖中較慢的α頻率生成,同步和“流動”可作為認知障礙發作和(或)代償性重組過程的生物標志物。本研究發現3組不同受試者的αAP、αRP存在差異,PSCI組的低于非PSCI組和健康對照組;非PSCI組低于健康對照組,考慮為大腦神經細胞受損導致α波變慢,無法及時進行信息處理而導致認知功能下降。

DTABR反映高低頻帶功率的變化走勢,其數值的增加表明預后不良或惡化[26]。Hu等[27]研究發現DTABR作為腦電圖的全局指標,在腦損傷的生理和恢復階段發揮重要作用。本次研究結果發現,PSCI組DTABR值均高于非PSCI組和健康對照組,非PSCI組高于健康對照組,揭示了腦卒中后大腦慢波節律的增強取代了快波節律對大腦信號的處理,抑制腦部活動,從而影響認知功能的處理。

認知功能評定量表廣泛應用于臨床及科研[28-29],MMSE是目前國內外應用最廣泛的認知篩查量表,其設定的題目直觀、通俗易懂。此外,MoCA、LOTCA受文化教育程度的影響較大,本研究中部分文化程度低的非PSCI患者或健康人的量表評分未達到正常值,但評分均高于PSCI組,且評估過程中僅表現為不理解題目的用意導致無法得分,未出現某個認知域的功能障礙。盡管評估量表操作簡單,但過程中無法避免因主觀評價帶來的誤差。

當前,醫學影像檢查廣泛應用于卒中的診斷及預后評估,磁共振技術(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy MRS)等用來評估大腦微觀結構和神經化學變化[30-31]。由于MRI檢測時間較長,具有一定的禁忌癥,設備較大無法移動,即應用于重癥患者無法實現。另外,高額的檢查費用給部分家庭帶來了負擔。

腦電圖對大腦細胞自發性電活動具有高時間分辨率[32],常被用于阿爾茲海默癥[33]、癲癇[34]、精神疾病[35]、帕金森[36]等疾病的觀察診斷。腦電圖具有簡單方便、安全高效,無禁忌癥等優點,補充彌補了醫學影像檢查及評估量表的不足,有希望作為卒中神經學中診斷或預測的生物標志物,成為有價值的非侵入性臨床檢查工具[37]。

本研究結果表明腦電圖各觀察指標與認知評估量表具有相關性,PSCI組的αAP及αRP低于非PSCI組及健康對照組、DTABR高于其他兩組。腦電圖特征性變化能客觀地評價腦卒中認知功能下降的程度,及大腦神經元損傷的情況。且與認知評估量表二者聯合應用,能全面、及時地評估早期認知功能受損,將達到雙倍的成效。

本研究結果說明,基于功率譜分析的腦電圖指標作為一項無創的電生理檢查,可用于卒中后認知功能的評測方法。認知功能評估量表與腦電圖二者結合能夠更全面地對認知功能進行早期評定,且對卒中后認知障礙的康復預后觀察提供了幫助。本研究存在樣本量小的不足,下一步將擴大樣本量,具體分析不同文化程度間、不同損傷腦區的腦電信號與量表評估的相關性。