工作记忆训练对脑卒中患者大脑功能激活的影响

陈正威，张璞，恽晓平,

·临床研究·

工作记忆训练对脑卒中患者大脑功能激活的影响

陈正威1，张璞2，恽晓平1,2

目的 研究计算机化工作记忆训练对脑卒中患者工作记忆及大脑功能激活的影响。方法 3例脑卒中患者作为训练组，10名健康成年被试作为正常对照组。训练组接受4周工作记忆训练，对照组不接受任何训练。训练前及训练后各被试均接受认知心理行为测验和神经影像学测验(任务态fMRI)。结果 工作记忆训练可有效提升脑卒中患者工作记忆、流体智力及注意力水平(P＜0.001)；工作记忆训练可改善异常功能激活模式并使功能激活网络发生重组。结论 工作记忆训练可作为有效的康复干预措施用于脑卒中患者的认知功能康复。

脑卒中；工作记忆训练；功能磁共振成像；功能激活；流体智力；注意力

[本文著录格式] 陈正威，张璞，恽晓平.工作记忆训练对脑卒中患者大脑功能激活的影响[J].中国康复理论与实践,2015,21 (8):929-933.

CITED AS:Chen ZW,Zhang P,Yun XP.Effects of working memory training on brain functional activition for stroke patients[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2015,21(8):929-933.

工作记忆是一种对信息进行暂时存储和加工的记忆系统[1-2]，在许多复杂的认知活动中起着重要作用，如问题解决[3]、智力活动[4]和阅读理解[5]等。工作记忆障碍在脑卒中患者中经常出现[6-7]。近年来的研究表明，工作记忆训练不仅影响未经训练的工作记忆任务的成绩，而且也影响其他认知功能[8-9]。本研究采用单病例分析的方法，探讨计算机化工作记忆训练对脑卒中患者的临床疗效及其神经影像学机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2014年3月～2014年10月在北京博爱医院住院的脑卒中患者3例。一般资料见表1。

10名健康工作人员及陪护人员作为正常对照组。其中男性5名，女性5名；年龄(40.9±9.6)岁；均为右利手。

表1 脑卒中患者一般资料(n)

患者入选标准：①右利手，年龄18～60岁，初中以上文化，病前认知功能正常；②头颅CT/MRI诊断证实为脑卒中(出血性卒中和缺血性卒中)；③蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment,Mo-CA)评分＞24分，且提示存在记忆障碍；④韦氏成人智力测验简化版第二版(Wechsler Abbreviated Scale of Intelligence-II,WASI-Ⅱ)全量表智力评分(Function Set Information Quantity,FSIQ)-4＞70分；⑤未服用改善记忆功能的药物；⑥自愿参与并完成实验任务，并签署知情同意书。

患者排除标准：①伴有精神科疾病、失语、单侧忽略、失认症、失用症、听觉障碍和视力障碍，服用精神病药物；②存在磁共振检查禁忌。

正常对照组入选标准：①右利手，年龄18～60岁，初中以上文化，双眼裸眼视力或矫正视力正常；②既往无记忆下降或损害史；③MoCA未提示记忆障碍；④FSIQ-4＞70分；⑤自愿配合完成实验任务，签署知情同意书。

正常对照组排除标准：①伴有其他神经系统疾病、精神科疾病和视力、听觉障碍，服用精神病药物；②存在磁共振检查禁忌。

1.2 认知心理行为测验

所有被试均经过测试-再测试认知心理行为学测验。评定人员采用盲法评定，且所有行为学测试均由同一评定人员进行评定。

①瑞文高级推理测验(Raven Advanced ProgressiveMatrices,RAPM)。每张屏幕上方将呈现缺少一部分的大图，被试通过观察屏幕上方大图的规律，从下方8个小图中选择出大图所缺少的图形。该测验为非言语推理测验，评估被试流体智力水平。本研究共设计2套RAPM，每套各包含30道题(A套：1、3、5、7、9…59；B套：2、4、6、8…60)。A、B两套题难易程度相似。观察指标：正确数。

②斯特鲁测试(Stroop)。向被试者呈现红色、蓝色的汉字及方块图，要求患者对红色的方块、汉字及蓝色的方块、汉字做出不同的反应，即红色的汉字及方块按鼠标左键，蓝色的汉字及方块按鼠标右键。该测验评估被试注意力水平。观察指标：判断正确数。

1.3 影像学数据获取与处理

采用北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室提供的西门子3.0 T超导型磁共振成像系统采集影像学数据。采用梯度回波平面成像(EPI)序列采集任务态fMRI数据，重复时间(TR)2000ms，回波时间(TE)30 ms，翻转角(FA)90°，视野(FOV)200×200 mm，扫描层数33，体素大小3.0×3.0×3.0mm，扫描时间8m in。T1加权成像(T1W I)数据采用3D-SPGR扫描序列进行采集，重复时间2500ms,回波时间3.5 ms，视野256×256mm，扫描层数144，扫描时间8 m in。

任务态扫描时选取n-back[10](1-back、2-back)工作记忆任务为实验任务。刺激材料为汉字，汉字呈现之后被试需要尽快按键做出反应，判断目标刺激是否与该目标刺激前一个呈现的汉字相同(1-back)；判断目标刺激是否与该目标刺激前隔一个呈现的汉字相同(2-back)。采用组块设计方式，以E-prime软件进行编制，严格控制刺激呈现时间并精确记录被试反应时间。刺激时间1000ms，间歇时间2000ms。

数据处理采用SPM 8软件包，预处理包括图像格式转换、时间校正、头动校正、重采样、图像标准化、空间平滑、滤波等步骤。最后应用xjview软件可视化脑区激活图，统计激活脑区部位、像素数目、峰值激活坐标(x,y,z)、峰值激活强度等数据。

1.4 工作记忆训练

采用中国康复研究中心康复评定科自主研发的“认知康复工作站”进行工作记忆训练，训练内容包括n-back连续执行任务、视觉工作记忆、听觉工作记忆、言语及空间工作记忆训练等，根据患者工作记忆障碍表现进行针对性训练。30m in/次，5次/周，周一至周五，连续训练4周。

1.5 统计学分析

应用SPSS 22.0软件包分析认知心理行为学数据。建立正常对照组行为学测试-再测试改变的置信区间(99%)，然后把每个患者训练后提高的成绩和这一置信区间进行比较，并进行非参数符号秩和检验(Wilcoxon Signed-rank test)。显著性水平α=0.01。

2 结果

2.1 认知心理行为测验结果

3例患者训练后在认知心理行为测验任务上提高的成绩都在正常对照组99%置信区间之外。工作记忆训练显著提升患者在n-back汉字工作记忆任务、RAPM流体智力任务和Stroop注意任务上的成绩(P＜ 0.001)。见表2。

表2 认知心理行为测验结果

2.2 神经影像学结果

对健康被试进行群组分析发现，言语工作记忆任务主要激活左侧额顶叶皮层区域。见图1。工作记忆训练前后患者大脑激活情况见图2和表3。

表3 脑卒中患者脑区功能激活情况(个体水平分析)

图1 正常对照组言语工作记忆脑区激活图

图2 脑卒中患者言语工作记忆脑区激活图

3 讨论

本研究结果表明，计算机化工作记忆训练可有效提升脑卒中患者工作记忆、流体智力及注意力水平。此外，研究还发现脑卒中患者在执行工作记忆任务时，大脑会出现异常功能脑区激活，而工作记忆训练可改善这种异常激活并使功能激活网络发生重组(functionalnetwork reorganization)。

在本研究中，正常被试言语工作记忆任务的激活脑区主要位于左侧前额叶和顶叶皮层，这与文献报道的工作记忆脑区一致[11-12]。

患者A梗死病变累及左侧颞叶、顶叶及枕叶，训练前后左侧额叶区域均有激活，但是训练后左额叶激活明显减弱，这表明额叶皮层神经效率提高[13]；训练后左小脑后叶异常激活消失及双侧枕叶异常激活明显减弱，这表明训练可改善异常激活模式；而训练后右侧额叶皮层出现的额外激活可能是代偿性的。

患者B左侧额、顶、颞叶梗死，训练前激活区主要位于右侧枕叶，左侧额顶叶区域未见明显激活；训练后右枕叶区异常激活消失，右侧额顶叶区域出现额外的激活，这可能是代偿性的；而左顶叶损伤区出现较强的额外激活，这很可能是因为工作记忆训练增强了左顶叶残存神经元的反应性(neuronal responsiveness)或者是因为训练增加了左顶叶神经元的数量[14]。

患者C左侧额、顶叶及基底节受损，训练后右侧额枕叶异常激活区激活略微减弱，左侧额叶出现较弱的额外激活，这可能是因为工作记忆训练增强了左额叶残存神经元的反应性，或者是因为训练增加了左额叶神经元的数量[14]。

总结起来，脑卒中患者在执行工作记忆任务时大脑会出现异常功能脑区激活，工作记忆训练可改善异常激活模式，并使脑卒中患者功能激活网络发生重组，促使受损的工作记忆脑区功能激活增强，提高未受损的工作记忆脑区的神经效率。

工作记忆训练可提升被试在未经训练的工作记忆任务、流体智力任务及注意任务上的表现成绩，这与国外的研究报道一致[6,15-16]。事实上，已有研究表明工作记忆与流体智力、注意力密切相关。工作记忆训练任务需要推理和执行过程的参与，同时也需要被试集中注意力进行信息选择和过滤。

受训练时间、训练任务类型、功能磁共振测试任务等因素的影响，正常被试工作记忆训练后激活模式的改变主要有以下4种：激活减弱[17-18]、激活增强[19-20]、激活重排[21-22]、功能网络重组[23-24]，目前尚无一致的激活模式。对于存在工作记忆障碍的脑卒中患者而言，训练后功能激活的改变更是复杂和多变的。本研究未能设置患者对照组，因此不能完全排除疾病的自然恢复对工作记忆、流体智力、注意力和大脑功能活动的影响。

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EffectsofWorking Memory Training on Brain FunctionalActivition for Stroke Patients

CHEN Zheng-wei1,ZHANG Pu2,YUN Xiao-ping1,2
1.CapitalMedicalUniversity Schoolof Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.Departmentof Rehabilitation Evaluation,Beijing Bo'aiHospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

Objective To explore the effectsof computerized workingmemory training on workingmemory and brain functionalactivition for stroke paitents.Methods3 stroke patients voluntarily joined in the study,10 healthy adultswere recruited as controlgroup.The patients received computerized workingmemory training for 4 weeks.Cognitive psychological tests(the n-back task,Stroop task and Raven`s Advanced Progressive Matrices task)and neuroimaging test(task-state functionalmagnetic resonance imaging)were adm inistered before and after treatment.Results Workingmemory training significantly improved theworkingmemory,fluid intelligence and attention for each trained patient(P＜0.001),and could renovate the abnormal functional activitymodel and reorganize the functional brain network.Conclusion Computerizedworkingmemory could beused asan effective cognitive rehabilitation intervention for stroke patients.

stroke;workingmemory training;functionalmagnetic resonance imaging;functional activation;fluid intelligence;attention

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.08.012

R743.3

A

1006-9771(2015)08-0929-05

2015-04-24

2015-06-08)

1.国家自然科学基金项目(No.81272165)；2.中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(No.2013CZ-34)。

1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院康复评定科，北京市100068。作者简介：陈正威(1990-)，男，汉族，江苏连云港市人，硕士研究生，主要研究方向：多模态磁共振技术对脑损伤后工作记忆损害康复的脑机制研究。通讯作者：恽晓平，女，硕士，主任医师，教授。E-mail:xiaoping_yun@163.com。