汪丽丽，张 颖，王春方，孙长城，李 萌，刘晓艳

脑卒中是全球第二大致死病因，也是致残的主要原因之一[1]。据统计，中国每年新增脑卒中患者约240余万，现有脑卒中幸存者1 100多万，其中约80%为缺血性脑卒中患者[2]。大部分脑卒中患者（约80%）存在着不同程度的上肢功能障碍，常表现为上肢及手的肌张力异常或肌无力、运动控制受损等，大大降低了患者日常生活的独立性，也给患者家庭和社会带来了巨大的经济负担[3，4]。康复治疗可以有效地降低致残率，帮助患者恢复机体残存的功能[5]。目前，临床上常用的物理治疗、强制性运动疗法等康复治疗技术可以帮助患者恢复肢体功能，但大多治疗要求患侧肢体保留一些残留的运动功能。然而，约20%～30%脑卒中患者因为严重的肢体运动功能障碍而不符合强制性运动疗法或其他的康复策略[1]。对于这类患者来说，寻找新的、有效的康复疗法是临床上的首要任务。

基于脑机接口（brain-computer interface，BCI）的电刺激训练是一种中枢神经干预新方法，通过设备收集患者运动想象任务下的大脑信号，并将其进行处理转换成计算机指令，给予瘫痪肢体相应的电刺激治疗，建立起“中枢-外周-中枢”的闭环式康复训练模式，通过促进中枢重塑和外周控制，进而促进运动功能的恢复[6，7]。对于一些严重的肢体运动功能障碍患者来说，这是一项可以主动参与的治疗方法，但在临床上应用较少且对患者肢体和大脑产生的康复效应尚在探索。因此，笔者研究旨在探究基于BCI的电刺激训练结合常规康复治疗对脑卒中患者上肢功能障碍的临床疗效，并基于脑电生理观察治疗前后患者脑电信号的变化，为治疗和评估脑卒中后上肢功能障碍拓展新思路。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2019年11月至2021年2月在天津市人民医院康复医学科进行康复治疗的缺血性脑卒中上肢功能障碍患者40例，其中男性21例，女性19例；年龄61～78岁，平均年龄68.15岁（标准差5.32岁）；体质量指数20.06～28.94 kg/m2，平均体质量指数23.73 kg/m2（标准差2.53 kg/m2）；病程0.2～3.0个月，平均病程1.49个月（标准差0.82个月）；糖尿病13例；偏瘫左侧24例，右侧16例。全部患者均符合《中国急性缺血性脑卒中诊治指南》中缺血性脑卒中的诊断标准[8]，并经头颅CT或MRI检查确诊。

选择标准：①首次发病，病程≤3.0个月；②年龄60～80岁，性别不限；③无显著认知障碍，简易精神状态检查评分≥21分；④上肢肌力≤2级，存在有严重的上肢运动功能障碍；⑤上肢和手Brunnstrom≤3期；⑥所有患者均签署治疗知情同意书。

排除标准：①严重认知功能障碍或精神疾病等原因导致无法理解研究者指令，无法配合研究的患者；②有癫痫病史患者；③患有其他影响功能恢复的肌肉骨骼和神经性疾病者；④严重心、肝、肾功能不全者。

选择患者采用随机数字法分为研究组（n=20）和对照组（n=20）。研究组男性9例，女性11例；年龄61～78岁，平均年龄69.05岁（标准差5.79岁）；体质量指数20.06～28.94 kg/m2，平均体质量指数23.84 kg/m2（标准差2.76 kg/m2）；病程0.2～3.0个月，平均病程1.40个月（标准差0.86个月）；糖尿病6例；偏瘫左侧13例，右侧7例。对照组男性12例，女性8例；年龄61～78岁，平均年龄67.25岁（标准差4.78岁）；体质量指数20.53～28.41 kg/m2，平均体质量指数23.61 kg/m2（标准差2.30 kg/m2）；病程0.5～3.0个月，平均病程1.57个月（标准差0.77个月）；糖尿病7例；偏瘫左侧11例，右侧9例。

两组患者性别、糖尿病、偏瘫侧、年龄、病程、体质量指数比较，差异无统计学意义（χ2=0.902、0.114、0.417，F=1.099、1.042、0.609，P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 治疗方法

对照组：接受常规康复治疗。①运动疗法：翻身坐起训练、步行功能训练、各关节功能训练等，每次训练40 min。②作业疗法：手功能训练、认知功能训练和日常生活活动训练（如吃饭、行走、穿衣、上下楼梯等），以提高患者独立生活能力，每次训练30 min。1次/天，5天/周，持续4周。

研究组：在常规康复治疗的基础上加上基于BCI的电刺激训练。采用LSR-AII型BCI康复训练系统（山东海天智能工程有限公司，中国）。基于BCI的电刺激训练包括离线训练（分类模型建立阶段）和在线训练阶段。治疗前，对患者进行适应性训练，离线采集患者运动想象任务下的脑电数据，同时对其进行预处理、特征提取及特征识别，之后得到患者运动想象的离线分类模型。治疗时（在线训练），患者取坐位，戴上脑电帽，将电极片贴到患者腕背伸肌群。患者根据计算机屏幕的虚拟现实（virtual reality，VR）动画及语音提示下进行相应的运动想象任务（主要是进行患侧腕关节的屈伸运动想象训练）。采集并分析在线训练阶段中患者运动想象任务下的脑电数据，并将其分析得到的特征送到离线分类器中得到识别结果，根据运动想象正确程度决定是否转化为控制指令驱动功能性电刺激，若运动想象正确程度达到预先设置的触发数值后，便会给予电刺激反馈于腕背伸肌群，帮助瘫痪肢体完成腕背伸动作，共治疗20 min。1次/天，5天/周，持续4周。

1.2.2 脑电信息采集与处理

采用Neuroscan64导联脑电放大器（Neuroscan公司，美国），1 000 Hz采样率，电极按照国际标准导联10～20电极系统位置安放62导联，阻抗降至10 kΩ以下。在患者全身放松、清醒、安静、闭眼状态下采集脑电信号，记录20 min。首先采用带通滤波和独立成分分析（independent component analysis，ICA）处理去除眼电、心电等干扰信号，之后利用快速傅里叶变换（fast Fourier transform，FFT）方法提取脑电信号的α波（8～13 Hz）绝对功率值，观察治疗前后大脑各导联α波绝对功率值的变化。

1.2.3 判定标准及观察指标

治疗前及治疗4周后，对两组患者进行以下评估。①Fugl-Meyer评定量表上肢部分（Fugl-Meyer assessment-upper extremity，FMA-UE）评分：各单项无动作为0分，部分完成为1分，完成为2分。共33项，满分66分。②Wolf运动功能评价量表（Wolf motor function test，WMFT）评分：共包含15项任务，每一项按照0（不能完成）～5（正常完成）分6个等级，满分75分。分值越高，上肢功能越好。③上肢动作研究量表（action research arm test，ARAT）评分：共包括抓、握、捏和粗大动作4部分评定内容，总分57分。分值越高，上肢功能越好。④改良Barthel指数（modified Barthel index，MBI）评分：共10项，包括进食、洗澡、穿衣、如厕、大小便、转移等内容，总分100分。得分越高，日常生活活动能力越好。

1.3 统计学方法

采用SPSS 23.0版统计软件进行统计学分析。计量资料用均数±标准差表示，组内均数比较采用配对样本t检验，组间均数比较采用独立样本t检验；计数资料比较采用χ2检验，以例（%）表示。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组治疗前后FMA-UE评分和WMFT评分比较

治疗后，两组FMA-UE评分和WMFT评分均较治疗前显著提高（P＜0.01），且研究组高于对照组（P＜0.05）。见表1。

表1 两组治疗前后FMA-UE和WMFT评分比较Tab.1 Comparison of FMA-UE and WMFT scores before and after treatment between 2 groups

2.2 两组治疗前后ARAT评分和MBI评分比较

治疗后，两组ARAT评分和MBI评分均显著提高（P＜0.01）；研究组ARAT评分明显高于对照组（P＜0.01），而MBI评分两组差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 两组治疗前后ARAT评分和MBI评分比较Tab.2 Comparison of ARAT and MBI scores before and after treatment between 2 groups

2.3 两组治疗前后脑电α波绝对功率值比较

治疗后，组间比较，研究组FP1、FP2、AF4、C1、C3、CZ、C4、P3、CP1、CP2、CP3导联α波绝对功率值较对照组均显著提高（P＜0.05）。组内比较，研究组FP1、FP2、AF4、C1、C3、CZ、C4、P3、CP1、CP2、CP3导 联α波绝对功率值较治疗前均显著提高（P＜0.01），而对照组各导联α波绝对功率值未见明显变化（P＞0.05）。见表3。

表3 两组治疗前后脑电α波绝对功率值比较 μV2Tab.3 Comparison of absolute power values of EEG alpha waves before and after treatment between 2 groupsμV2

3 讨论

脑卒中后上肢运动功能障碍很常见，运动功能的恢复对患者来说至关重要。除了自发恢复外，瘫痪肢体的运动功能恢复在很大程度上依赖于结构和功能水平上的神经可塑性。研究证明，脑卒中后康复训练可以加强现有神经通路中神经元之间的连接，促进结构和功能的可塑性[9,10]。因此，临床上常采用各种康复手段促进患者受损神经功能改善，其中功能性电刺激治疗作为脑卒中患者常用的一种康复治疗方法，通过被动刺激瘫痪肢体，促进周围神经肌肉的收缩与张力提高，从而促进瘫痪肢体功能的恢复。但是针对肢体的被动刺激，使患者无法主动参与其中，会影响患者治疗的积极性，而且不能对患者大脑中枢进行直接的干预治疗。而基于BCI的电刺激训练是一个“中枢-外周-中枢”的闭合训练模式，在治疗中需要患者完成主动的运动想象任务，并且可以根据患者运动想象的正确程度给予相应的电刺激反馈，使患肢产生实际的运动，从而强化感觉-运动回路，促进中枢重塑和外周控制，进而促进运动功能的恢复。同时，训练过程中反复的成功奖励会激发患者的动机，调动患者治疗的积极性，从而增强康复治疗的效果。因此，相对于普通电刺激，基于BCI的电刺激训练既可提高患者的参与程度，又可对患者进行从中枢神经到外周肌肉的闭环康复，具有较强的康复优势。

笔者研究结果显示，治疗4周后，两组患者FMA-UE评分、WMFT评分、ARAT评分及MBI评分均显著提高，且研究组评分改变较对照组更加显著，提示基于BCI的电刺激训练可以促进脑卒中患者上肢功能的恢复。可能的原因如下。①基于BCI的电刺激训练结合了运动想象和电刺激，形成“中枢-外周-中枢”的一个闭合训练模式。训练时患者在虚拟环境中，通过语音、动作进行功能性交互训练，增加了康复训练的乐趣，提高了患者主动参与训练的意识，有利于提升康复治疗的效果。②训练中需要患者完成相应的运动想象任务，激活了相关的运动皮层，促进了大脑的功能重塑。③功能性电刺激对患侧瘫痪肢体进行刺激后，促进了周围神经肌肉的收缩，提高了肌肉的张力，促进了血液循环，有助于运动功能的恢复。国外学者Tabernig CB等[11]对8例重度、慢性脑卒中患者进行了5周的脑机接口-功能电刺激（brain computer interface-functional electrical stimulation，BCI-FES）训练，每周4次，每次60 min。结果显示，8例患者的FMA-UE评分较治疗前均明显提高，改良Ashworth痉孪量表评分、视觉模拟量表评分显著下降，且肘关节和腕关节主动屈曲活动度明显增加，提示BCI-FES治疗对脑卒中患者的神经康复有一定的促进作用，与笔者研究结果有较好的一致性。除了可以改善脑卒中患者的肢体功能障碍外，Chung EJ等[12]发现BCI-FES训练可以促进脑卒中患者大脑的脑区激活，提高患者的注意力。吴琼等[13]对14例伴有中重度上肢功能障碍的亚急性期脑卒中患者进行了BCI综合康复训练，治疗4周后发现，FMA-UE评分、ARAT评分、WMFT评分较治疗前明显提高，颞、额、枕、顶叶多个脑区间功能连接增强。以上研究结果提示BCI治疗可以有效地改善卒中后上肢功能障碍，对大脑功能有一定的调节作用。

除了使用量表对脑卒中患者肢体功能的评估外，脑电图（electroencephalogram，EEG）因为其对脑组织缺血的检测的敏感性、无创性、实时性等优点，在临床上常作为脑卒中患者诊断和评估的手段[14]。脑卒中患者通常会出现异常的θ、δ波大幅增加和α波活性降低，而且EEG异常程度越大，患者预后越差[15，16]。李新宇等[17]对16例脑梗死急性期患者的脑电信号进行功率谱分析，发现患者出现单侧α波频段功率值降低，θ波和δ波频段功率值增高。王晓梅等[18]发现美国国立卫生研究院卒中量表 （National Institute of Health Stroke Scale，NIHSS）评分和δ/α功率比值（delta/alpha power ratio，DAR）呈正相关，DAR越大，相应患者的神经功能预后越差。Dubovik S等[19]观察到缺血性脑卒中患者受损伤的大脑区域和大脑其他部分之间的α波段振荡的同步性下降，而且这种下降与患者的认知和运动功能具有相关性。以上研究提示，脑卒中患者的预后与α波有一定的关联，α波绝对功率值的增加对于脑卒中患者大脑功能状态的改善有益。笔者研究对患者静息状态下的脑电信号进行功率谱分析发现，治疗4周后，研究组额叶前运动区、初级运动区、后顶叶区α波绝对功率值较治疗前明显提高，对照组各导联α波绝对功率值未见明显变化，提示基于BCI的电刺激训练对脑卒中患者运动相关功能脑区有激活作用，可以改善大脑的功能状态。王美豪等[20]研究发现，大脑初级运动区主要与运动执行相关，而前运动皮层、后顶叶皮层主要与运动准备有关。笔者研究α波绝对功率值升高所涉及脑区与此研究结果相一致，提示基于BCI的电刺激训练可能是通过调节大脑α波绝对功率值从而进一步改善患者的上肢功能障碍，α波绝对功率值与肢体运动功能有一定的相关性，有望成为脑卒中患者上肢功能的客观评价指标，值得进一步研究。

综上所述，基于BCI的电刺激训练联合常规康复可有效改善缺血性脑卒中后上肢功能障碍，提高患者日常生活活动能力，大脑电信号有相应改变，值得在临床中推广应用。未来将增加研究时间和研究对象，并对出院后的患者进行回访，以便进一步了解其长期治疗效果。