脑机接口训练对卒中后感觉障碍患者运动功能恢复的影响：1项探索性研究

付江红，陈树耿，束小康，蒋泽武，魏栋帅，贾杰，4

目的 探究脑机接口训练对存在感觉障碍的卒中患者运动功能恢复的影响。

方法 前瞻性招募同时存在上肢感觉和运动功能障碍的卒中受试者，随机分为试验组与对照组。试验组接受每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的基于运动尝试的机器人辅助下的抓握张开脑机接口训练，对照组则进行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的抓握张开相关任务导向性训练。在干预前后采用Fugl-Meyer上肢运动功能评定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，FMAUE）、上肢动作研究量表（action research arm test，ARAT）评估患者的上肢运动功能；Fugl-Meyer量表上肢感觉评分评价感觉功能；改良的Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）评估肌张力；改良Barthel指数（modified Barthel index，MBI）评估日常生活能力。比较2组治疗后较本组治疗前上述指标的改善情况，治疗后2组上述指标的差异以及各指标干预后较干预前的进步情况（干预后分值-干预前分值）。

结果 共纳入12例存在上肢感觉和运动功能障碍的卒中患者，试验组与对照组各6例。试验组[19.00（16.50～42.25）分 vs. 10.00（7.75～23.25）分，P=0.028]、对照组[13.00（10.50～27.50）分vs. 9.00（8.50～21.00）分，P=0.042]干预后FMA-UE评分均较本组干预前显著改善，此外，试验组患者干预后在ARAT[4.00（3.50～10.50）分 vs. 2.00（1.00～14.00）分，P=0.042]、MBI评分[75.00（58.75～87.50）分 vs. 57.50（50.00～67.50）分，P=0.041]方面也较本组干预前显著改善。干预后2组的比较显示，试验组MBI较对照组提高[75.00（58.75～87.50）分 vs. 45.00（45.00～55.00）分，P=0.023]，余指标差异无统计学意义。另外，比较2组干预后各指标的进步情况，试验组FMA-UE[9.50（6.75～15.25）分 vs. 4.50（3.00～8.25）分，P=0.030]及屈指MAS[-0.50（-1.00～0.00）分 vs. 0.00（0.00～0.50）分，P=0.020]的进步较对照组明显。

结论 对于存在感觉障碍的患者，进行脑机接口干预可促进其运动功能恢复及日常生活能力的提升。

卒中是我国成人致残的首位病因，现患人数已超过1300万，疾病负担有爆发式增长的态势[1]。卒中后患者多遗留不同程度的功能障碍，其中以手功能障碍最为突出[2]。目前卒中后手功能障碍的干预措施主要为中枢干预，如镜像疗法（mirror therapy，MT）、脑机接口（braincomputer interface，BCI）、经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）、运动想象（motor imagery，MI）等，结合外周训练，如任务导向性训练、机器人训练、功能性电刺激等，对卒中后运动功能恢复具有一定的效果[3-7]。感觉功能对运动的计划、执行有着相辅相成的作用，存在感觉障碍常提示卒中患者的预后不佳[8-9]。本文针对存在感觉功能障碍的卒中患者在接受脑机接口训练后运动功能的转归进行探索。

1 对象与方法

1.1 研究对象 本研究为前瞻性、随机对照试验，于2020年12月-2022年10月从复旦大学附属华山医院、静安区中心医院、上海市第三康复医院住院部招募卒中受试者。受试者均签署知情同意书，研究通过华山医院伦理委员会批准，伦理批件号为（2021）临审第（039）号，研究的临床注册号为ChiCTR2100044492。本研究设计为通过信封法随机分组，设置对照及盲法评估。

入组标准：①首次卒中，包括缺血性和出血性卒中，诊断符合《中国各类主要脑血管病诊断要点2019》中卒中的定义[10]：②2周≤发病时间≤12个月；③简易精神状态评分≥20分，可理解并执行基本指令；④18岁≤年龄≤80岁；⑤上肢Brunnstrom分期Ⅰ～Ⅳ期；⑥屈指改良Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）评分≤2分；⑦患手存在感觉障碍和运动功能障碍，Fugl-Meyer量表（Fugl-Meyer assessment，FMA）中深/浅感觉评分＜2分；⑧患者同意参与研究并签署知情同意书。

排除标准：①严重的心脏、肺脏、肝脏、肾脏等重要脏器功能衰竭，不可控的高血压、心律失常、严重冠心病、糖尿病合并症控制欠佳；②既往有认知障碍、神经精神病史、药物滥用及酗酒史；③不能完成基本疗程，预估依从性欠佳及难以随访；④上肢严重疼痛和不稳定；⑤妊娠期女性，同时期参与其他临床试验；⑥3个月内有肉毒素注射史或短期内有影响肌张力的药物使用史。

1.2 评估指标 病史采集：记录患者的人口学信息（年龄和性别），既往史（高血压、糖尿病、冠心病及高脂血症等基础疾病），卒中病程和卒中类型（脑出血/脑梗死）等临床指标。

量表评估：具有3年及以上临床经验的医师对患者干预前、后进行以下量表的盲法评估。采用Fugl-Meyer上肢运动功能评定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，FMA-UE）及上肢动作研究量表（action research arm test，ARAT）评估上肢手功能；改良的Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）评估目标肌群张力，MAS分值中，1+转为1.5分进行计算[11]；Fugl-Meyer量表上肢感觉评分用于评价感觉功能；改良Barthel指数（modified Barthel index，MBI）评估日常生活活动能力。

1.3 分组及干预措施 采用信封法将入组患者分为试验组和对照组。由具有3年及以上经验的医师/治疗师对试验组进行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的脑机接口训练；对照组进行每周5 d，每日1次，每次30 min，共4周的任务导向性训练。另外，2组均接受常规康复训练，包括物理治疗、作业治疗、针灸和理疗等。

试验组脑机接口训练内容：结合既往研究及本课题组前期的脑机接口研究结果[5，12-13]，试验组的脑机接口训练采用无创式脑电识别基于运动尝试的运动任务信号并将其转化为指令，控制机械手帮助患者患手进行张开和抓握活动。受试者基于脑电的大脑感觉运动区节律被检测到后转化为控制穿戴于手部的机械手的张开与抓握指令，患者根据机械手指令，做运动尝试动作，包括尝试张开手掌和握拳。每天只练习1个动作。训练范例见图1。训练设备由上海市念通智能科技有限公司同复旦大学附属华山医院康复医学科共同研发。

图1 脑机接口训练场景

对照组任务导向性训练内容：治疗人员指导受试者完成每天30 min的脑机接口动作相关的抓握运动尝试训练，如抓取杯子、牙膏、牙刷，紧张痉挛时进行自我放松。

比较2组治疗前的基线资料差异，以及治疗后较本组治疗前各量表评分的差异，另外，比较治疗后2组各量表评分的差异，以及2组较本组治疗前各量表评分的改善情况（各量表干预后分值-干预前分值）。

1.4 统计分析 使用SPSS 26软件进行统计分析，GraphPad Prism 9软件进行画图。本研究的计量资料采用M（P25～P75）表示，组间与组内数据分析均采用秩和检验；二分类数据以例数和率（%）表示，数据比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

试验共招募了12例符合入组和排除标准的卒中患者，试验组6例，对照组6例。2组的基线指标，包括年龄、性别、既往史、卒中类型、病程、FMA-UE、ARAT、屈指MAS、FMA-手指轻触觉、FMA-手指深感觉、MBI等差异均无统计学意义（表1）。

表1 试验组和对照组的基线数据比较结果

就同组干预前后数据进行分析，试验组、对照组的干预后FMA-UE评分均较本组干预前改善，且差异有统计学意义，此外，试验组干预后在ARAT、MBI评分方面也较本组干预前显著进步，余指标干预前后差异无统计学意义（表2，图2）。

表2 试验组和对照组治疗前后各量表评分比较

图2 试验组与对照组的FMA-UE、ARAT和MBI评分情况

干预后试验组的MBI较对照组升高，差异有统计学意义[75.00（58.75～87.50）分vs. 45.00（45.00～55.00）分，P=0.023]。比较2组较治疗前的进步情况，试验组FMA-UE评分和MAS评分的改善情况优于对照组，差异有统计学意义（表3）。

表3 试验组和对照组治疗后各量表评分改善比较①

3 讨论

本研究结果显示，对于同时存在上肢感觉和运动障碍的卒中患者，进行脑机接口康复干预可促进其上肢运动功能的恢复。目前，脑机接口技术已经逐渐开始应用于多个领域，如自动驾驶、交流控制轮椅等[14-15]。在康复领域，脑机接口促进运动功能恢复也有着较多的研究[16]。2013年Ramos-Murguialday等[17]采用随机对照试验对卒中患者进行脑机接口干预的研究，结果显示脑机接口干预组较对照组的FMA评分显著提升，并且FMA评分的改善同患手活动时功能MRI显示的大脑偏侧化指数相关。2018年的1项荟萃分析指出，脑机接口对卒中患者干预的有效性总体超过对照组（FMA-UE评分标准均数差为0.79，95%CI0.37～1.20），证明脑机接口干预有助于卒中后上肢功能的康复。Biasiucci等[13]对卒中慢性期患者进行脑机接口脑机接口干预，在患者的运动功能恢复方面取得较好的结果。Chen等[5]的研究证实脑机接口训练对于卒中亚急性期患者的运动功能恢复也具有一定的效果。本研究针对上肢感觉和运动功能同时受损患者的研究发现，对存在感觉障碍的卒中患者，进行脑机接口训练可促进其运动功能的恢复，进一步拓宽了卒中领域脑机接口技术的适用患者群体。

脑机接口技术在卒中后手功能康复领域应用中，是将大脑的主动运动意图输出转化为指令，控制外部机械手等相关设备，外部设备带动患手活动的同时，产生综合感觉反馈于大脑，通过多次训练，不断强化神经反馈通路，从而促进功能的恢复。在人类大脑皮质中，感觉区同运动区有密切的纤维联系与相互作用[18-19]。因此，在感觉和运动功能同时受损的卒中患者中，借助大脑皮质感觉区同运动区之间多方面、多层次的功能联系，将感觉和运动相结合的康复措施可能有助于两者功能恢复的互相促进。在本研究中，脑机接口干预可促进患者上肢运动功能的恢复，同时试验组部分患者的感觉功能也有一定程度的恢复，但整体差异未达到统计学效力。原因可能为：①样本量小是主要是限制因素；②本研究中感觉功能的评估项目较为简单，并且FMA 0～2分的评估范围难以有较大的进步空间。在后续研究中，可考虑细化感觉功能评估，采用精确、量化的工具进行评估。

本研究显示，脑机接口干预后，部分患者肌张力障碍有所改善，虽然试验组和对照组治疗后的MAS评分均较本组治疗前差异无统计学意义，但分析2组MAS较治疗前的改善情况，发现试验组的MAS改善优于对照组。Ramos-Murguialday等[20]的脑机接口研究中未发现干预后患者的肌张力有显著改善，但Sebastián-Romagosa等[21]在基于运动想象的脑机接口干预过程中发现治疗后患者的腕、指MAS降低，并且效果至少可维持半年，研究者认为干预后肌张力的改变同功能的提升可能存在着一定的协同作用。

综上所述，本研究结果提示对于存在感觉障碍的卒中患者，脑机接口技术可促进其运动障碍的恢复及日常生活能力的提升，也提示脑机接口在神经康复领域具有较好的应用前景。