DTI评价双任务中脑结构与执行功能关系*

付雨桐 杨志 姚黎清

脑卒中（stroke）是脑中风的学名，是一种突发性的脑组织损伤疾病，由脑部血管破裂或阻塞所引起[1]，这种疾病和其他疾病相比具有发病率高、复发率高、致残率高、致死率高等特点[2-3]，约50%以上脑卒中患者预后重残、生活不能自理[4]，影响患者生活质量。在众多的治疗方法中，结合运动和认知任务的双重任务训练以其多任务、多环境、针对性强等优点成为脑卒中康复治疗最有前景的方法。执行功能障碍严重影响患者日常生活活动能力，甚至在一定程度上超过了躯体功能障碍。而人们对执行功能关注较少[5]，所以本文将两种方法有机结合，试图探索应用弥散张量成像（DTI）技术评价双重任务改善执行功能神经康复机制。

1 脑卒中研究现状

中国卒中协会2015年首次发布的中国卒中流行报告显示[6]，目前我国每年新发脑血管患者约270万，每年死于脑血管病的患者约130万，每12秒就有一人发生脑卒中，每21秒就有人死于脑卒中，世界卫生组织MONICA研究表明，中国脑卒中发生率正以每年8.7%的速度上升，是国民病死和病残的首要原因[7]。传统脑卒中康复治疗方式如各种神经发育进术，如Bobath技术、Brunnstrom技术、生物反馈治疗等，这些疗法可促进脑卒中患者运动功能的恢复[8]，但具有一定的局限性，仍需寻找更有效的康复治疗方式帮助患者提高日常生活能力，回归家庭和重返社会仍是许多脑卒中患者出院后要面临并解决的主要问题之一[9]。

2 双重任务-康复治疗新策略

运动再学习的理论指出，受损中枢神经系统的功能恢复，依赖于重复性的、多样化的训练。这种治疗模式可根据患者的功能障碍状况，通过特殊任务训练，使患者在改善肢体功能障碍的同时能有效地适应真实社会生活环境。双重任务（dual-task，DT）指的是个体同时完成两项任务，这两项任务具有不同的目标，能够单独地被完成、被测量[10]。在日常功能性活动如行走和平衡中，具备同时做两件或多件事的能力至关重要，例如，当公交车司机一边开车一边与乘客交谈就需要这种能力。国外学者将双重任务训练分成两种：运动双重任务和认知双重任务[11-12]，前者是指执行一个运动训练的同时执行一个姿势控制训练，如在跑步机上行走同时进行抛接球练习；后者是指执行一个运动训练的同时执行一个认知训练，如在跑步机上行走时进行数学计算等认知性任务[13]，通过认知－步行双重任务训练脑卒中患者，发现患者的步行能力和认知功能均有显著的提高[14]，一些研究已经证实双重任务疗法在不同人群中应用均有一定的康复效果，比如帕金森、阿尔兹海默症、老年人脑卒中等疾病[15-18]。可弥补目前神经系统疾病康复治疗的不足。

3 弥散张量成像技术

双重任务能力恢复的神经机制相关研究所采用的技术比较单一，普遍基于单一的功能核磁共振成像技术。随着科学技术的迅速发展，一批功能强大且无创性脑功能成像手段相继诞生，使得脑功能成像技术取得了很大的进步。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可以无创测量生物组织结构中水分子扩散系数的一种新的成像方法，是目前唯一的能够在活体研究大脑白质纤维的方法，利用水分子扩散运动存在各向异性的原理，从多个方向上获得弥散加权图像[19]，通过测量水分子的弥散特性可以间接反映其所处组织微结构的完整性。因而DTI技术在定量检测脑白质纤维完整性等方面有着其他成像序列无法比拟的优势[20]，综合利用部分各向异性（fraction anistrophy，FA）值反映水分子整体的弥散异性程度，一定程度上反映脑白质完整性、表观扩散系数（ADC）、轴向弥散系数（axial diffusivity，DA）、径向弥散系数（radial diffusivity，DR）、平均扩散系数（mean diffusivity，MD）等DTI参数有助于了解脑白质的损伤与认知功能障碍关系的研究提供了新视角[21]。

4 执行功能

认知功能指个体认识和理解事物的心理过程，包括对自我与环境的确定、感知、注意、学习和记忆、思维和语言等，即大脑为解决问题而摄取、储存、重整和处理信息的基本功能。当这些基本功能因大脑及中枢神经系统障碍出现异常，则称为认知功能障碍（cognitive impairment）[22]。执行功能（executive function）属于认知功能，是指有效地启动并完成有目的活动的能力，是高级认知功能过程。执行功能涉及计划、启动、顺序、运行、反馈、决策和判断等方面，其核心成分包括抽象思维、工作记忆、定势转移和反应抑制等。执行功能障碍常见于血管性认知障碍[23]，多表现为语言流畅性欠佳，如患者语量减少和言语刻板等，甚者还会出现思维固化、提取障碍和注意缺陷等[24]，严重影响患者的学习和工作，导致日常生活质量的下降[25]。执行功能障碍是影响脑卒中后运动功能恢复的重要因素之一，涉及运动学习、姿势控制等。执行功能训练可以促进脑卒中患者运动功能的恢复，其机制与涉及多个脑区的脑功能网络有关。而由于双任务范式的独特性，其执行功能区别于一般任务的执行功能，主要包括安排任务的加工顺序、中断和恢复任务加工以及在任务中进行转换等。因此，探究双任务执行功能加工的神经机制有助于了解大脑如何指导人类复杂行为的完成，同时也能够帮助人们更好应用双重任务训练。

5 脑结构与执行功能关系

大脑是一个相互联系的神经网络，任何功能的执行都需要多个脑区的协作。不同范式对执行功能进行研究，有学者发现执行功能是由前额叶皮层和顶叶皮层组成的网络共同调节的，额叶网络结构支配额叶功能，额叶网络结构损害会影响患者的执行功能[25]。Wu等[26]发现双任务研究同样发现双任务加工过程激活的新异皮层还包括前扣带皮层、楔前叶和小脑。Tachibana等[27]表明双任务激活了执行功能的大脑皮层区域程度增强。研究显示脑白质损害与认知功能减退有关，特别是与记忆和执行功能的减退关系密切[28]，白质纤维束的损伤降低了神经元间的联系效率，进而导致认知网络的连贯性下降[29]。而持有新的特定皮层区域观点的研究者认为在双任务执行过程中，每个单任务的神经网络既不是各自独立运行也不是平行运转，而是与其他的大脑区域共同整合形成一个神经网络，进而改善执行功能。在定位双任务加工过程中的执行功能脑区及探究其具体作用时存在困难，加工的机能神经解剖学问题没有达到一致认定。

6 双重任务神经康复机制

现有的研究发现，当卒中患者被要求同时进行运动任务和认知回忆任务时，脑卒中组步行速度和认知反应能力明显降低[30]。对于脑卒中后患者经双重任务干扰时能力下降的发生原因有几种不同的解释。探索脑卒中后患者双重任务能力障碍发生的神经机制是当前研究的主要目标之一。Choi等[31]研究发现，慢性期脑卒中患者进行双重任务训练后注意力、记忆力均有明显改善（P＜0.05）。Kim等[32]研究表明，脑卒中后患者进行双重任务训练后，可改善患者的步行及日常活动能力（P＜0.05）。且训练后患者双重任务功能的神经恢复机制尚不清楚。利用DTI监测双重任务训练引起的脑卒中患者脑结构变化的相关文献较少。笔者推测双重任务训练后患者认知能力的恢复可能与受损的脑白质重塑有关或者双重任务训练后受损大脑可形成新的神经功能网络，进而改善了患者的执行功能。

7 小结与展望

国内目前对于神经系统的康复大部分还处于只关注肢体功能的阶段，使用的康复手段局限于传统治疗方法。双重任务治疗相比较提高患者运动能力、执行功能等更有效，可帮助患者最大限度地回归生活，但是由于使用DTI评价时没有统一标准，对于执行功能恢复的神经机制没有一致的认定。未来可采用更大样本、临床RCT试验、DTI选取精确的测量位置，为双重任务疗法治疗脑卒中患者改善执行功能的神经机制提供有效准确的信息，为其推广提供有效依据，并且帮助判断卒中患者的执行功能损害程度和为预后做更好的预判效果，为发展新疗法增添神经重塑循证医学证据，对促进康复医学发展具有重要科学意义。