虚拟现实认知与运动联合对老年脑卒中患者康复期的影响

何智捷 姜淑云 张韶辉 俞艳 李阳 鲁潇莹 李一瀛

(1上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院,上海 200437;2上海市虹口区江湾医院)

脑卒中是导致成人残疾的最常见原因之一,运动控制和上肢肌肉力量丧失是脑卒中后最常见的功能障碍。研究〔1〕显示,36%的患者在脑卒中后5年仍然存在功能障碍。多数研究倾向于运动学习原则促进康复,但患者的注意力、记忆、执行功能等认知功能也可能受到脑卒中影响,虽然高达70%的患者存在认知功能减退,但传统康复方式多以运动为核心,忽略认知功能康复,同样不利于患者独立生活的能力〔2,3〕。研究〔4〕显示,认知康复有助于运动恢复,根据患者的认知功能障碍情况,给予不同的运动模式,将认知和运动强化训练相结合,对改善其预后具有重要意义。虚拟现实(VR)是可创建与体验虚拟世界的仿真系统,患者通过与虚拟仿真环境中的物体交互,完成功能性活动和操作,产生身临其境的体验,对改善脑卒中患者的运动功能和生活能力具有明显的效果〔5〕。目前较少见包括认知和运动联合康复的VR干预报道,本研究探讨基于VR的运动和认知训练对老年脑卒中患者运动预后的影响。

1 资料与方法

1.1一般资料 选择2017年6月至2019年12月在上海市中医药大学附属岳阳中西医结合医院就诊的脑卒中患者118例,采用随机数字表法分为对照组和观察组各59例。对照组59例,其中男34例,女25例;年龄60～78岁,平均(70.08±6.14)岁;文化程度:小学18例,中学24例,≥大专17例;受累侧别:左侧33例,右侧26例;病程(5.83±3.14)w;简易精神状态检查(MMSE)量表评分(18.18±2.17)分。观察组59例,其中男31例,女28例;年龄60～79岁,平均(70.87±7.14)岁;文化程度:小学15例,中学31例,≥大专13例;受累侧别:左侧31例,右侧28例;病程(6.01±3.29)w;MMSE评分(18.36±2.14)分。2组性别、年龄、文化程度、受累侧别、病程、MMSE评分等一般资料差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。纳入标准:①年龄60～80岁,经头颅CT或MRI检查,符合缺血性脑卒中的诊断标准〔6〕;②患者生命体征稳定,无明显智力障碍,存在一定认知功能障碍,但经治疗评估可理解任务和遵循指导完成任务,可进行基本交流;③文化程度≥小学4年级,具有一定读写能力;④首次发病,病程<6个月;⑤下肢Brunnstrom功能分期不低于Ⅳ期,改良Ashworth分级≤2级;⑥患者对研究知情并签署知情同意书。排除标准:①存在先天性智力缺陷者;②脑卒中前存在阿尔茨海默病、血管性痴呆者;③抑郁自评量表(SDS)评分≥70分者;④严重心肺功能不全或存在其他肌肉、神经性疾病,影响运动功能者;⑤精神疾病患者。

1.2研究方法 两组均给予包括良肢位摆放、被动活动肢体关节、上下肢关节活动等在内运动康复,给予物理因子包括功能性电刺激、肌电生物反馈等治疗。同时给予基于VR的运动康复训练,借助体感游戏器Wii实现,上肢训练项目包括乒乓球运动、网球运动、厨房料理等内容,下肢训练项目主要是平板步行,康复师根据患者的步行功能调节平板速度和场景,使患者有身临其境的感觉,每日训练时间25～30 min。每日训练30 min,每周训练5 d。在此基础上,对照组给予传统认知功能训练,观察组给予基于VR的认知功能训练。对照组:给予传统认知功能恢复训练,执行功能:使用纸、笔等工具在特定的物理空间(康复表)中进行练习,练习中提供简单联想(如字、字母的颜色)、反射性控制和算术运算任务,估计数字量和分类任务,演绎逻辑推理任务。注意过程和视觉空间认知功能:患者通过指示和触摸与特定特征(颜色、图像、动物、功能等)相关的特定目标刺激,治疗师通过语言传达给患者,患者结合和选择相应的图像。康复师根据每项任务的复杂性、错误数量和练习的执行速度,执行3个难度等级的认知恢复训练。观察组:给予基于VR的认知功能训练,采用BTS Nirvana(BTs-N)情景互动康复训练系统进行训练。BTs-N是1个半沉浸式治疗项目,提供交互虚拟场景,患者在治疗师帮助下进行训练,患者通过运动与虚拟场景和视听刺激进行互动,创造一个整体感官参与,促进注意力、视觉空间和执行技能康复。执行功能:患者通过交互式屏幕上的运动在虚拟环境中进行训练。这些运动允许在不同的方向上移动或操纵特定的对象(如球、花和蝴蝶),或在虚拟环境中创建与动态交互的特定关联(即颜色编号)。当患者接触虚拟对象时,他或她确定音频和视频反馈(使用精灵活动)。受试者可以在治疗师的指导下,通过计算和数字处理、抑制控制和算术运算来完成意念动作序列;能够估计数字量和分类;能够使用特定的虚拟任务进行演绎逻辑推理。虚拟场景:砌砖工具;跳房子;水果的颜色;穿行;鸡蛋圈。随着虚拟任务的复杂度、屏幕上的元素及治疗师要求的难度的增加,难度等级(从第一级增加到第三级)。注意过程和视觉空间认知:患者选择或探索在虚拟环境中观察到的一些元素(颜色、音符、几何图形、动物等),这些元素在一个可变的时间内对观察者保持可见,这是由虚拟系统、治疗师和患者之间的交互作用建立的。患者在特定时间触摸虚拟目标元素;此操作会导致视觉变化,并伴有典型的音频或视频反馈(正强化);否则,该元素消失(负强化,狩猎任务)。虚拟场景:台球、钢琴、风暴、花和球等。难度随着甜品数量的增加和执行时间的减少而增加。两组均连续训练8 w。

1.3观察指标 ①干预前后采用MMSE量表和洛文斯顿认知评定(LOTCA)量表评估患者的认知功能,MMSE量表〔7〕包括记忆、言语、视空间、计算及注意力等维度,满分30分,得分越高说明患者认知功能越好;LOTCA评分〔8〕包括定向、知觉等维度共20个项目,满分91分,得分越高说明患者认知功能越好。②干预前后采用Fugl-Meyer量表(FMA)〔9〕评估患者的功能,FMA包括上肢和下肢两个部分,上肢部分满分66分,下肢部分满分34分,得分越高说明患者的运动功能越好。③干预前后应用改良Barthel指数(MBI)〔10〕,MBI满分包括10个条目,满分100分,得分越高说明患者日常生活活动能力越好。④干预前后采用抑郁自评量表(SDS)评估患者的抑郁情绪,SDS包括20个条目,满分100分,得分越高说明患者抑郁情绪越严重。

1.4统计学方法 采用SPSS23.0软件进行t检验、χ2检验。

2 结 果

2.1两组干预前后MMSE、LOTCA量表评分比较 干预前两组MMSE及LOTCA量表各维度评分差异无统计学意义(P>0.05);干预后两组MMSE量表及LOTCA量表各维度评分与干预前相比均显著升高,且观察组明显高于对照组(P<0.05)。见表1。

表1 两组干预前后MMSE、LOTCA量表评分相比较分,n=59)

2.2两组干预前后FMA相比较 干预前两组FMA上肢部分和下肢部分评分差异均无统计学意义(P>0.05);干预后两组FMA上肢部分和下肢部分评分均较干预前显著升高,且观察组均明显高于对照组(P<0.05)。见表2。

2.3两组干预前后MBI和SDS评分相比较 干预前两组MBI和SDS评分差异无统计学意义(P>0.05);干预后两组MBI评分与治疗前相比较均显著升高,且观察组与同期对照组相比均显著升高(P<0.05),而SDS评分均比治疗前显著降低,且观察组与同期对照组相比均显著降低(均P<0.05)。见表2。

表2 两组干预前后FMA、MBI、SDS评分相比较分,n=59)

3 讨 论

目前脑卒中后康复技术包括物理训练、运动疗法、机器人疗法、水疗、音乐疗法、皮质内刺激和心理健康实践、任务导向训练、镜子疗法等。VR是近年来应用于康复领域的一种治疗方法,在这种方法中,用户通过手和身体的运动,或通过触觉界面(手套、操纵杆、鼠标)与虚拟对象交互,在模拟环境中执行动作〔11〕。任天堂Wii在商业游戏系统中发明了低成本的人体运动传感器,这使用电子游戏进行康复变得更加容易。VR的使用增加了运动学习和康复期间神经可塑性的潜力,一项使用磁共振成像的研究发现了一致的结果,显示了感觉运动皮质的重组〔12〕。Allain等〔13〕指出,在虚拟厨房中执行一项任务意味着在现实生活中执行任务。购买食品杂货的虚拟实践与实际杂货店购物的绩效提高相关,与虚拟世界互动的患者在执行日常活动时受到的限制较少。McEwen等〔14〕研究显示,站立时VR平衡挑战可改善患者下肢运动功能。基于VR的踝关节运动被证明可有效改善踝跖屈肌肉协调性和增加步行速度〔15〕。从神经解剖学角度看,虚拟现实训练干预通过功能磁共振促进大脑皮层的重组影像学通过大脑皮层的偏侧化及初级运动皮层和体感皮层的激活,提供了神经可塑性的证据。

认知障碍是脑卒中后常见的功能障碍,研究〔16〕显示,高达78%的脑卒中患者存在认知功能障碍。对老年患者而言,脑卒中后认知功能障碍不但增加了痴呆风险,而且与运动功能不良和生活依赖风险增加相关,对患者的生活质量具有明显负面影响,降低患者社交能力。一项针对异质性脑卒中患者的大样本研究发现,特定的病灶位置会导致多个领域的认知障碍,大脑结构的病理变化与各种阿尔茨海默病或空间忽视等认知缺陷和症状的发生有关〔17〕。已有研究〔18〕显示,认知功能障碍可降低运动康复的参与热情和依从性,与较差的运动功能预后相关。对患者而言,回归社会的许多日常任务或工作都需要多种认知能力来执行,如日常出行要求个体有选择地注意交通、交通标志和分散注意力,对道路上不断变化的情况做出灵活的认知反应,仅针对运动能力的康复方法不能满足日常生活活动的需要,也可能无法充分刺激和训练大脑的基本过程。但既往研究〔19,20〕中在康复期更多关注的是脑卒中患者的运动能力,对认知功能则较少关注。目前已发表文献中脑卒中患者的康复研究以物理疗法、作业疗法等运动疗法为主,缺乏治疗意图的心理社会干预及认知功能康复研究。

计算机化的神经认知训练根据患者的神经心理模式提供个性化治疗,从而刺激大脑受损区域。这种训练最初用于记忆干预,最近不仅应用于记忆,还应用于注意力、问题解决、视觉感知、执行功能,自我修复及其他认知功能的各个领域。随着计算机化的神经认知训练,VR训练被应用于改善脑卒中患者的认知功能。研究表明,VR训练在提高脑损伤患者的注意力、视觉空间容量和运动功能方面是有效的。Clay等〔21〕研究显示,VR是阿尔茨海默病患者认知和运动康复的有用工具。这些阳性结果也在多发性硬化〔22〕患者中得到证实,因为2D-VR能够进一步增强神经可塑性,从而实现功能恢复。最近对帕金森病患者进行的一项初步研究发现,除了情绪外,VR还能改善执行和视觉空间域的认知功能〔23〕。Lim等〔24〕观察到脊髓损伤患者在不同认知和运动领域的显著改善及焦虑和抑郁症状的减轻。本研究中使用了BTs-N进行认知功能训练,BTs-N创建了一个可以使用计算机设备进行探索的三维计算机环境,将用户投射到一个真实的场景中。这种经验促进了患者的整体参与,因为增加的反馈可能会导致负责恢复运动活动和(或)认知功能的神经元可塑性发生重大变化。BTs-N采用了多传感器方法,在虚拟环境中进行的练习有助于患者发展对运动结果的认识(对结果的认识)和对运动质量的认识(对表现的认识),这对患者的功能恢复,包括认知功能的恢复有积极的影响。通过整体刺激和双重认知和运动任务分配,VR可以比纸笔练习产生更大的效果,从而让患者更积极地参与进来。本研究结果证实,VR认知-运动联合功能康复对脑卒中患者的认知康复是有效的。认知功能的改善很可能是VR实训练增加神经递质和胆碱系统释放的结果。通过VR训练可激活大脑代谢,增加脑血流量和神经递质的释放,对改善认知功能是有效的。Potter等〔25〕报道指出,胆碱系统与注意力和记忆机制有关,而Zhang等〔26〕则认为认知功能训练(如记忆)会导致胆碱系统的变化。

FMA评定是脑卒中康复研究中最常见的测试量表,主要用于评估偏瘫患者的感觉运动功能,具有很高的信效度。MBI评估患者日常生活能力和脑卒中后临床试验结果的第二大工具。本研究结果提示,VR认知-运动联合康复可改善脑卒中患者的运动功能。研究〔26〕显示,运动和认知技能训练有助于共同大脑区域的活动变化,早期的理论研究显示运动系统是认知控制的一个组成部分,认知-运动联合康复体现出更优的运动功能改善可能与二者具有协同作用有关。认知康复的另一个问题常忽略脑卒中后抑郁症状,脑卒中后抑郁患者的认知功能较低,对日常生活活动的依赖性更高,与非抑郁患者相比,其损伤更严重,残疾更严重〔27〕。因此,脑卒中后患者认知、运动等神经和心理学测试中表现不佳,不仅与脑卒中、年龄、认知和运动训练低效等相关,还可能是因为并发情绪障碍。本研究结果提示,VR认知-康复联合康复可以积极地影响抑郁情绪,通过训练提高注意力或记忆力也可能导致抑郁水平的降低。另一方面,训练引起了情绪的改变,也可能提高患者认知能力,进而改善运动功能。