基于腦電的腦卒中患者運(yùn)動想象認(rèn)知過程的研究.pdf

1、運(yùn)動功能障礙是腦卒中后最主要的表現(xiàn)之一，運(yùn)動功能的缺失或部分散失給患者的日常生活帶來極大的痛苦，也給患者家屬帶來很大的不便。腦卒中后運(yùn)動功能的恢復(fù)是解決患者生活不便和提高生活質(zhì)量的首要任務(wù)和目標(biāo)。最近有研究提出運(yùn)動想象療法有利于腦卒中患者運(yùn)動功能的康復(fù)。運(yùn)動想象是一種特殊的運(yùn)動功能狀態(tài)，它存在于運(yùn)動記憶中，遵循中樞運(yùn)動控制原則，激活運(yùn)動記憶而沒有任何明顯的運(yùn)動輸出。運(yùn)動想象可以作為一種激活運(yùn)動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的手段，可以運(yùn)用在腦卒中的任何階段以

2、改善腦卒中患者的運(yùn)動功能，此療法不依賴于患者實際的殘存功能，又與患者的主動運(yùn)動密切相關(guān)。有研究表明，運(yùn)動想象和實際運(yùn)動同樣可以激活雙側(cè)運(yùn)動前區(qū)、頂葉、基底節(jié)和小腦。這些研究表明，腦卒中患者可利用運(yùn)動想象部分活化損傷的運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)。通過運(yùn)動想象來促進(jìn)癱瘓肢體的康復(fù)，較之被動運(yùn)動肢體的康復(fù)更符合正常的由腦到肢體的興奮傳導(dǎo)模式，從而更有效地促進(jìn)正常運(yùn)動反射弧的形成。
　　 運(yùn)動想象在腦卒中患者運(yùn)動功能康復(fù)中的應(yīng)用是近幾年研究的熱點，其研究

3、內(nèi)容廣泛但是沒有深入，雖然運(yùn)動想象的療效得到一定的臨床驗證，但其治療形式單一，尤其是停留在表層形式上，主要由治療師說指導(dǎo)語，但是患者是否主動參與并不確定，沒有定量描述患者參與程度以及療效的手段;其次，腦卒中對運(yùn)動想象的神經(jīng)機(jī)制的影響尚不完全清楚。目前對腦卒中后運(yùn)動想象神經(jīng)機(jī)制的研究主要借助影像學(xué)，如功能磁共振等，探測相關(guān)皮層代謝水平（血氧飽和度）以衡量運(yùn)動想象認(rèn)知能力。但是這些影像學(xué)技術(shù)的時間分辨率很低（秒級別），因此所探測的是整個運(yùn)動

4、想象過程中局部皮層活躍的總和，而不能實時觀察運(yùn)動想象的認(rèn)知過程。另外，這些研究手段主要關(guān)注于局部皮層區(qū)域的活躍情況，而實際上大腦在完成一個任務(wù)時是以功能網(wǎng)絡(luò)形式組織的，各個相關(guān)腦區(qū)功能上相互分離又相互整合。為了深入研究腦卒中后運(yùn)動想象的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，有必要借助高時間分辨率的技術(shù)手段實時觀察腦卒中患者運(yùn)動想象認(rèn)知過程，并利用圖論理論從功能網(wǎng)絡(luò)的角度研究腦卒中對運(yùn)動想象認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制的影響。因此，我們借助行為學(xué)和具有高時間分辨率的事件相關(guān)腦電

5、技術(shù)來解決如下科學(xué)問題:(1)腦卒中對運(yùn)動想象認(rèn)知宏觀行為學(xué)的影響;(2)腦卒中對運(yùn)動想象各個認(rèn)知子階段的嚴(yán)格鎖時鎖相皮層活動的影響;(3)腦卒中對運(yùn)動想象各個認(rèn)知子階段的非鎖相皮層活動的影響;(4)腦卒中對各個皮層區(qū)域之間相互作用關(guān)系以及皮層神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)特性的影響。
　　 在本論文中，采用了一種定量的運(yùn)動想象認(rèn)知任務(wù)，即對旋轉(zhuǎn)到不同空間角度的左右手圖片進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)的任務(wù)，利用行為學(xué)、事件相關(guān)電位、事件相關(guān)（去）同步以及相位同步

6、、皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從功能分離和功能整合角度描述腦卒中對運(yùn)動想象神經(jīng)機(jī)制的影響，以給出腦卒中后運(yùn)動想象對患者運(yùn)動功能康復(fù)的作用機(jī)理，具體結(jié)果描述如下:
　　 (1)首先，為了觀察腦卒中對患者運(yùn)動想象認(rèn)知任務(wù)的宏觀影響，對腦卒中患者的行為學(xué)進(jìn)行分析。其結(jié)果表明臨床評分越好的患者運(yùn)動想象心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知任務(wù)完成的越好，說明此任務(wù)可以很好地衡量腦卒中患者的行為能力。左側(cè)半球梗死腦卒中患者同樣可以完成左右手圖片的心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)，反應(yīng)時間和正確

7、率都會出現(xiàn)顯著的“角度效應(yīng)”，但其反應(yīng)時間顯著長于正常對照組而正確率則顯著低于正常對照組。結(jié)果表明卒中病灶對患者運(yùn)動想象能力造成一定的影響，腦卒中患者即使患側(cè)（右手）的實際運(yùn)動功能受損，但是對患側(cè)手的心理想象也即對其表象運(yùn)動的能力仍然保留，可以完成表象空間旋轉(zhuǎn)的任務(wù)。
　　 (2)其次，為了實時觀察腦卒中患者的運(yùn)動想象認(rèn)知過程中的皮層鎖相電活動，對腦卒中患者運(yùn)動想象認(rèn)知前兩個子階段的事件相關(guān)電位成分進(jìn)行統(tǒng)計分析。正常對照組在視覺

8、編碼階段中，其鎖相的皮層活躍區(qū)域主要集中在雙側(cè)額葉、中央?yún)^(qū)和右側(cè)頂葉。而腦卒中患者組則只有健側(cè)半球（右半球）的額葉和頂葉活躍，其和運(yùn)動相關(guān)的中央皮層以及受損半球的額葉（左半球）活躍缺失，表明在此階段腦卒中患者組只對視覺刺激圖片的物理屬性進(jìn)行編碼而未激發(fā)和該圖片相關(guān)的高級運(yùn)動認(rèn)知過程。正常對照組在心理旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)了顯著的“幅度調(diào)制”現(xiàn)象，其活躍區(qū)域集中在雙側(cè)頂葉。腦卒中患者其鎖相的活躍區(qū)域則只集中在健側(cè)半球的頂葉。左半球卒中的患者對視覺

9、空間信息的編碼和認(rèn)知只由健側(cè)半球的頂葉完成，由于缺失左半球頂葉的參與，卒中患者對空間信息編碼的能力受損，不能準(zhǔn)確區(qū)分和編碼不同的視覺空間角度。
　　 (3)皮層活躍除了嚴(yán)格鎖相部分外，還有非嚴(yán)格鎖相的皮層活躍，為了研究腦卒中對運(yùn)動想象認(rèn)知過程中的皮層非鎖相活躍的影響，對腦卒中患者的beta波段的事件相關(guān)（去）同步進(jìn)行分析。腦卒中患者組的beta波段事件相關(guān)去同步激活的皮層活躍程度顯著小于正常對照組，表明腦卒中導(dǎo)致患者全局性皮層非

10、鎖相活躍程度減弱。類似于鎖相的事件相關(guān)電位的結(jié)果，腦卒中患者組在視覺編碼階段同樣表現(xiàn)出運(yùn)動皮層區(qū)域非鎖相活躍的不足。在心理旋轉(zhuǎn)階段，腦卒中患者組的枕葉、中央?yún)^(qū)和頂葉活躍，而額葉活躍較弱。在反應(yīng)選擇執(zhí)行階段，正常對照組的事件相關(guān)去同步的幅值出現(xiàn)“角度效應(yīng)”，并且其非鎖相活躍區(qū)域逐漸從左半球擴(kuò)大到右半球。而腦卒中患者組在反應(yīng)選擇階段的事件相關(guān)去同步的幅值則和空間角度無關(guān)，并且其活躍區(qū)域依舊集中在枕葉、中央?yún)^(qū)和頂葉，額葉的活躍相比正常對照組依

11、然不足。腦卒中患者額葉的非鎖相皮層活躍比較缺乏，其視覺空間角度信息的編碼能力受損。
　　 (4)上述技術(shù)手段主要是針對各個局部區(qū)域的皮層活躍進(jìn)行考察，尚未描述各個皮層區(qū)域之間的相互關(guān)系。利用相位同步技術(shù)對腦卒中患者的皮層區(qū)域之間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，并利用圖論理論構(gòu)建皮層神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)，從功能分離和功能整合的角度去理解腦卒中對運(yùn)動想象認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制的影響。腦卒中患者組的平均相位同步指數(shù)顯著小于正常對照組的平均相位同步指數(shù)值。腦卒中患者

12、組受損半球內(nèi)（左半球）以及半球間的相位同步性顯著降低，而健側(cè)半球（右半球）內(nèi)的同步性并未顯著受損，說明卒中后病灶和病灶周圍及其遠(yuǎn)距離皮層區(qū)域的同步性受損，其協(xié)調(diào)性下降。腦卒中患者的神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)同樣具有“小世界”特性，但是其特征路徑長度變長表明腦卒中后腦區(qū)之間的信息傳遞所需要的路徑變長，效率降低，尤其在心理旋轉(zhuǎn)子階段這種變化尤為顯著。其次，聚類系數(shù)的降低表明腦區(qū)的功能分離能力受損，即腦區(qū)內(nèi)的連接變得稀疏，緊密程度下降。節(jié)點聚類系數(shù)和介數(shù)的

13、拓?fù)浞治鼋Y(jié)果表明腦卒中患者組相比正常對照組在右半球頂葉的聚類系數(shù)、額葉的節(jié)點介數(shù)顯著增大，表現(xiàn)出在運(yùn)動想象認(rèn)知過程中患者健側(cè)半球的補(bǔ)償效應(yīng)。
　　 利用高時間分辨率的事件相關(guān)腦電技術(shù)，觀察到腦卒中對運(yùn)動想象認(rèn)知各個階段的影響:對視覺刺激編碼的影響主要表現(xiàn)在受損半球運(yùn)動皮層活躍不足;而在心理想象運(yùn)動過程中的影響主要表現(xiàn)在頂葉的不對稱性，即，健側(cè)半球主導(dǎo);而在反應(yīng)選擇執(zhí)行過程中則同樣表現(xiàn)為受損半球運(yùn)動皮層活躍不足。腦卒中后患者不同皮

14、層區(qū)域之間的相互協(xié)調(diào)能力下降，其皮層神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)的“小世界”性受損，整個網(wǎng)絡(luò)信息傳遞效率下降，功能分離和功能整合能力受損，并在整個認(rèn)知過程中出現(xiàn)了顯著的健側(cè)半球補(bǔ)償效應(yīng)。以上是作者這篇論文的主要工作。本文一方面從事件相關(guān)電位的鎖相活動和事件相關(guān)（去）同步的的非鎖相活動揭示卒中病灶對運(yùn)動想象心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知任務(wù)各個階段的局部皮層活躍的影響;另一方面利用圖論理論研究卒中病灶對運(yùn)動想象認(rèn)知神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)特性的影響，對揭示腦卒中后的運(yùn)動想象認(rèn)知神經(jīng)機(jī)