脑机接口对脑卒中后上肢运动功能效果的Meta分析

李玲玲，于莹，贾雨琦，黄海量

1.山东中医药大学康复医学院，山东济南市 250355；2.山东中医药大学中医学院，山东济南市 250355

脑卒中是我国成年人致死和致残的首位病因[1]，约48%～77%的脑卒中患者会遗留不同程度上肢运动功能障碍[2]，对患者的日常生活活动和社会参与造成严重负面影响。神经发育学疗法和强制性运动疗法等传统运动治疗多通过正性强化，输入正确运动模式，通过运动训练和再学习加速大脑重塑与神经再支配，促进脑卒中患者运动功能恢复[3]。贾杰[4]于2016 年提出“中枢-外周-中枢”闭环康复新理念，认为中枢干预和外周干预都不是孤立的，两者的有机结合对脑卒中患者上肢运动功能恢复至关重要。

脑机接口(brain-computer interface,BCI)是指将采集的脑电信号进行放大、滤波、模数转换等处理，转化为可以被计算机识别的信号，计算机对脑电信号进行预处理和特征提取等处理，最后转化为控制外部设备的指令，即将大脑的动作意图通过计算机进行传输，由外部驱动设备转换成实际动作[5-7]。现已广泛应用于康复医学、生物医学等诸多领域[8]。Lyukmanov等[9]研究显示，BCI 能显著改善脑卒中患者上肢运动功能。但也有研究表明[10-11]，BCI 干预对上肢运动功能无明显作用。

本文采用Meta分析，评价BCI对脑卒中患者上肢运动功能的康复疗效，并比较不同驱动设备BCI 的疗效差异。

本研究已在PROSPERO 国际系统评价注册平台(https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO) 注册(No.CRD42020220381)。

1 资料与方法

1.1 检索策略

由2名研究人员按照MESH词结合自由词的方式，检 索PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science、CNKI、Wanfang Data 和CBM 数据库，检索时间均从各数据库建库至2020年10月。以PubMed为例，具体检索策略为：

#1"stroke"[Mesh]OR cerebrovascular accident OR apoplexy OR brain vascular accident OR cerebral vascular accident OR hemiplegia OR CVA

#2"brain-computer interfaces"[Mesh]OR brain-machine interface OR brain computer interface OR brain machine interface

#3 "randomized controlled trial"[Mesh]OR random OR random allocation OR RCT

#4#1 and#2 and#3。

纳入标准：①BCI改善脑卒中患者上肢运动功能的随机对照试验(randomized controlled trials,RCT)，限中、英文文献；②研究对象为经CT 或MRI 明确诊断为脑卒中且并发上肢运动功能障碍的患者，符合全国第四届脑血管病学术会议制定的诊断标准[12]或类似标准；③对照组的干预措施为常规康复训练，试验组在对照组治疗基础上增加BCI 训练；④主要结局指标为Fugl-Meyer 评定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities,FMA-UE)；次要结局指标为上肢动作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)、Wolf 运动功能评定量表(Wolf Motor Function Test,WMFT)和改良Barthel 指数(modified Barthel Index,MBI)。

排除标准：①自身前后对照、队列研究、病例对照研究或横断面研究等非RCT；②基线资料无可比性或未报道基线情况；③伴有严重认知障碍或其他重大心、肺、肾疾病；④数据不完整、与作者联系后无法获取原始数据；⑤诊断标准、干预时间和干预方案不明确；⑥无相应结局指标；⑦会议论文摘要；⑧重复发表；⑨动物实验、个案研究、病例报告、Meta分析和综述等。

1.2 文献筛选与数据提取

由2 名研究人员独立筛选文献，提取数据，并交叉核对。若产生分歧，则第三者处理。提取的数据包括纳入文献的一般信息(第一作者、发表年份)和纳入研究的一般信息(年龄、病程、例数、干预方案、BCI驱动设备、结局指标等)。

1.3 文献质量评价

由2 名研究人员按照Cochrane 系统评价手册5.1.0对纳入研究进行质量评价，偏倚风险分为低风险、高风险和不清楚3种情况。

1.4 统计学分析

采 用RevMan 5.3 软 件 进 行Meta 分 析。若I²≤50%,P≥0.1，认为各研究间不存在显著异质性，采用固定效应模型分析；若I²＞50%,P＜0.1，认为各研究间存在显著异质性，采用随机效应模型分析；当异质性较高时，采用亚组分析、敏感性分析等方法探讨异质性的来源。纳入的结局指标均为连续性变量，效应量采用均数差(mean difference,MD)表示，并计算95%置信区间(confidence interval,CI)。

采用R 软件绘制不同驱动设备BCI 疗效比较的网络关系图，并用ADDIS 1.16.8 软件进行网状Meta 分析，基于马尔可夫链蒙特卡罗算法拟合一致模型，以FMA-UE为结局指标进行比较。

2 结果

2.1 文献一般情况

通过检索国内外数据库共得到430 篇文献，经EndNote X9 剔重后得到390 篇文献。经逐层筛选，最终纳入8 篇英文文献[13-20]，6 篇中文文献[10-11,21-24]。文献筛选流程见图1。

图1 文献筛选流程

纳入文献共涉及504 例患者，其中对照组235 例，试验组269 例。纳入文献的基本信息见表1。全部文献均提及随机分组，但3 篇[11,15,23]未提及具体随机方法。4 篇文献[13,17,19-20]使用不透光的信封隐藏分配方案，其余文献未描述隐藏方法。5 篇文献[14,17-20]对研究者或受试者施盲，12 篇[10-11,13-14,16-21,23-24]对结果测量者施盲。纳入文献的数据结果均完整且无选择性报告，5 篇文献[10-11,13,15-16]存在其他偏倚。纳入文献偏倚风险评估见图2。

表1 纳入文献的基本信息

图2 偏倚风险评估

2.2 Meta分析结果

2.2.1 FMA-UE

14 篇文献[10-11,13-24]均报道FMA-UE 评分，试验组269例，对照组235例。I2=91%,P＜0.1，研究间存在显著异质性。试验组FMA-UE 评分高于对照组(MD=6.81,95%CI 1.51～12.11,P＜0.05)。见图3。

图3 BCI对脑卒中患者FMA-UE评分的影响

亚组分析显示，9 篇文献[10,13,15-21]干预周期≤4 周，涉及试验组170 例，对照组137 例，试验组FMA-UE评分显著高于对照组(MD=5.18,95%CI 2.84～7.51,P＜0.001)；5篇文献[11,14,22-24]干预周期＞4周，涉及试验组99 例，对照组98 例，试验组FMA-UE 评分高于对照组(MD=9.44,95%CI 1.83～17.04,P＜0.05)。见图4。

图4 不同干预周期BCI对脑卒中患者FMA-UE评分的影响

2.2.2 ARAT

3 篇文献[11,16,19]报道ARAT 评分，涉及试验组72例，对照组36 例。I2=0%,P＞0.1，研究间不存在显著异质性。试验组ARAT 评分高于对照组(MD=7.68,95%CI 0.49～14.88,P＜0.05)。见图5。

图5 BCI对脑卒中患者ARAT评分的影响

2.2.3 WMFT

2 篇文献[18,21]报道WMFT 评分，文献量较少，未进行Meta分析。两篇文献均认为，试验组疗效更优。

2.2.4 MBI

7 篇文献[10,17-18,21-24]报道MBI 评分，涉及试验组和对照组各89例。I2=91%,P＜0.1，研究间存在显著异质性。敏感性分析剔除2 篇文献[17,22]后，I2=17%,P＞0.1，研究间不存在显著异质性。试验组MBI 评分显著高于对照组(MD=8.91,95%CI 5.57～12.25,P＜0.001)。见图6。

图6 敏感性分析后BCI对脑卒中患者MBI评分的影响

2.3 网状Meta分析

纳入文献中，7 篇[11,14,17-18,22-24]BCI 的驱动设备为电刺激仪，5 篇[10,13,15-16,21]为机器辅助设备，2 篇[19-20]为视觉反馈装置。以FMA-UE 评分为指标，不同驱动设备疗效比较的网络关系见图7，概率排序见表2。3 种驱动设备改善脑卒中患者FMA-UE 评分的最佳概率排序为电刺激仪(P=0.53)、视觉反馈装置(P=0.41)、机器辅助设备(P=0.06)。

图7 不同驱动设备BCI疗效比较的网络关系

表2 不同干预效果最佳的概率

2.4 不良反应

3 篇文献[13,16,23]报道患者经BCI 干预后出现疲劳[13,16,23]、头部不适[16,23]、恶心[13]和血压升高[16]等症状，休息后很快缓解。其余文献无相关不良反应报道。

2.5 发表偏倚

以FMA-UE 为指标对纳入文献进行漏斗图分析，漏斗图无明显不对称，Meta 分析结果较为可靠。见图8。

图8 以FMA-UE为结局指标的漏斗图(随机效应模型)

3 讨论

BCI 作为一种新兴中枢干预疗法[25]，已有文章综述了其改善脑卒中后上肢运动功能障碍的临床应用价值[26-28]。本研究从循证医学角度，评价BCI 对脑卒中患者上肢运动功能的康复疗效，并比较不同驱动设备BCI的疗效差异。

上肢运动功能评定常采用FMA-UE、ARAT 和WMFT[29-30]，日常生活活动能力采用MBI 评定[31]，均为正向计分。本研究显示，与对照组相比，BCI 可显著改善脑卒中患者上肢运动功能和日常生活活动能力。纳入文献中，干预周期2～8 周不等，每周干预2～5 次，本研究尚不能确定干预周期和累计干预时间与上肢运动功能改善的关系。网状Meta 分析显示，驱动设备为电刺激仪的BCI 最有可能更大程度改善脑卒中患者上肢运动功能。

与以往的系统评价和Meta 分析[32-33]不同，本研究通过网状Meta分析方法比较了不同驱动设备BCI改善脑卒中患者上肢运动功能的疗效差异，为临床BCI 驱动设备的选择提供一定参考。Ang 等[34]比较干预6 周后BCI 组和对照组的上肢运动功能，随访中FMA-UE评分均得到改善，但组间无显著性差异。但也有随访研究显示[11]，两组间FMA 和ARAT评分均有显著性差异。BCI的长期疗效还有待进一步研究。

上肢功能障碍是脑卒中患者最常见的后遗症之一[35]，现阶段仍是临床治疗的难点问题。Li 等[36]研究显示，脑卒中患者感觉运动皮质和顶叶激活可能有助于运动功能改善。功能磁共振成像研究表明[37]，BCI干预后上肢运动功能的恢复可能与受损区域皮质激活增加有关。Biasiucci 等[14]则认为，受损大脑半球运动区域之间的功能性连接增加与上肢运动功能的改善密切相关。辅助性BCI 可对电刺激仪或机器辅助设备进行连续、多维控制，辅助患者日常生活活动[28]。个案研究报道[38]，基于BCI 驱动功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)系统可改善脑卒中后上肢运动功能；能实现精确大脑信号控制[39]。现阶段，大多数BCI-FES 系统多只能触发单自由度的简单动作，如伸腕或伸指，未来应开发可完成多维度和多肌肉的功能性任务[40]。

本研究存在一定潜在偏倚。目前BCI 改善脑卒中后上肢运动功能的RCT相对较少，本次纳入的文献数量较少且质量一般；部分纳入文献未描述具体的随机方法、分配隐藏和盲法；患者的基线水平、干预方案和结局指标主观性较强，可能影响Meta 分析结果；仅3 篇文献[11,13-14]报道随访情况，且随访时间较短，缺乏对BCI 长期效应的观察。仍需开展更多高质量RCT，进一步验证BCI 对脑卒中患者上肢运动功能的康复疗效。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。