脑卒中患者心理旋转能力与视空间认知能力的关系

刘华，杜晓霞，孙蓉，王强，荣湘江，宋鲁平，张通

脑卒中患者心理旋转能力与视空间认知能力的关系

刘华1，杜晓霞2,3，孙蓉2,3，王强2,3，荣湘江1，宋鲁平2,3，张通2,3

目的探索脑卒中患者心理旋转反应特点，以及心理旋转特征与视空间认知功能的关系。方法2012年3月至2013年10月，选取30例脑卒中住院患者作为实验组，招募30名正常人作为对照组，进行手心理旋转任务测试以及蒙特利尔认知评估量表(MoCA)视空间与执行功能部分测试。结果实验组手心理旋转任务反应时显著长于对照组(F=95.6,P<0.001)；随着旋转角度增加，两组反应时均延长，旋转180°所需的反应时最长(F=345.672,P<0.001)。实验组手心理旋转任务正确率低于对照组(F=6.444, P<0.05)；随着旋转角度增加，两组正确率均降低，旋转180°的正确率最低(F=102.911,P<0.001)。实验组各旋转角度反应时与Mo-CA视空间认知评分负相关(P<0.05)，各旋转角度正确率与视空间认知评分正相关(P<0.05)。结论脑卒中患者心理旋转能力受损，但反应方式与正常人相似。脑卒中患者的手心理旋转能力与视空间认知能力相关。

脑卒中；心理旋转；运动想象；视空间认知

[本文著录格式]刘华，杜晓霞，孙蓉，等.脑卒中患者心理旋转能力与视空间认知能力的关系[J].中国康复理论与实践, 2017,23(3):249-252.

CITED AS:Liu H,Du XX,Sun R,et al.Characteristics of mental rotation in stroke patients and relationship with visual-spatial cognitive function[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(3):249-252.

空间认知是空间有关信息，如大小、形状和方位以及空间关系在人脑中的反映[1]，视空间认知能力是人类智力结构的重要组成部分[2]。衡量视空间认知能力的重要标尺之一是心理旋转[3]，它是一种想象自己或客体旋转的空间表征转换能力[4]。心理旋转指受试者根据呈现在面前不同方向的身体部分，如手、足等，来判断左侧或右侧，也称手心理旋转任务[5]。

脑卒中是中枢神经系统常见疾病，常伴随认知障碍[6]、感觉障碍和运动障碍。Mutsaarts等[7]发现，偏瘫型脑瘫患者右侧偏瘫手旋转任务反应时延长，而左侧偏瘫患者和正常人执行同样的手旋转任务，反应时无明显差异。而Steenbergen等[8]发现，无论是左侧偏瘫还是右侧偏瘫患者，与正常人相比，执行手旋转任务的反应时都显著延长。Liepert等[5]认为，脑卒中患者伴有严重感觉障碍，但并不影响心理旋转能力。

正确的反应策略是受试者在心理移动他们自己身体部分来判断刺激的方向[9]。脑卒中患者由于肢体运动障碍，心理旋转能力[10]与视空间认知功能[11]均有不同程度损害，而两者的关系目前研究不多。本研究探讨脑卒中后患者心理旋转能力的变化，并探索脑卒中患者心理旋转能力是否与视空间认知功能有关。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2012年3月至2013年10月在中国康复研究中心北京博爱医院神经康复科住院治疗的脑卒中患者30例作为实验组，符合1995年全国第四届脑血管病学术会议制定的脑卒中诊断标准[12]，并经头颅CT或MRI证实。

纳入标准：①首次发病；②左侧肢体运动功能障碍；③生命体征平稳，症状不再进展持续48 h以上；④简易精神状态检查(Mini-Mental Status Examination, MMSE)[13]评定无明显认知障碍，能口头交流并配合实验；⑤右利手[14]；⑥签署知情同意书。

排除标准：①小脑或脑干梗死、出血；②肢体严重疼痛或痉挛(改良Ashworth分级>Ⅱ级)；③严重心、肺、肝、肾功能不全；④伴其他神经及精神疾病、癫痫病史；⑤截肢者。

招募正常对照组30人，均为北京博爱医院护工。

纳入标准：①身体健康；②肢体无明显疼痛；③否认特殊病史(如焦虑、抑郁等)；④认知功能正常；⑤右利手；⑥签署知情同意书。

本研究经中国康复研究中心伦理委员会审核通过。

两组研究对象性别、年龄、受教育年限和MMSE评分均无显著性差异(P>0.05)。见表1。

表1 两组一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 手心理旋转任务[15]

受试者坐舒适的椅子上，眼距离屏幕30 cm，视角2.5°。左手或右手的刺激图片随机呈现在19英寸液晶显示屏上，要求受试者根据呈现的刺激判断是左手还是右手，并用右手食指按相应键。手图片采用3D图像软件Autodesk Maya 2009制作，大小120×80×27像素，分辨率1732×851像素。左手和右手的图片刺激以6个旋转角度(0°、60°、120°、180°、240°、300°)和4个视角(手背、手掌、拇指在外、小指在外)呈现。刺激间隔800~1000 ms，在屏幕中央呈现“+”，固定受试者的注视范围。受试者按键反应后出现下一个图片刺激，刺激程序通过E-prime 2.0(Psychology Software Tools,Inc.Pittsburgh,USA)实现。

任务包含1个练习程序和1个正式实验程序。练习程序让受试者熟悉实验操作过程，并熟悉按键判断；正式实验程序参数根据练习程序的资料获得。正式程序包括72个刺激。记录按键的正确率和反应时。正确率为判断正确的刺激数占总刺激的比例；反应时为屏幕开始出现刺激到受试者按键的时间，仅计算判断正确的反应时。

1.2.2 视空间认知任务

受试者由同一名专科医师采用中文版蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)[16]进行神经心理评估。MoCA包括8个认知领域，即视空间与执行功能、命名、记忆、注意力、语言、抽象、延迟回忆、定向力。本研究选取视空间与执行功能部分，总分4分。

1.3 统计学分析

采用SPSS 17.0统计软件进行统计分析。计量资料用(±s)表示。手心理旋转任务的正确率和反应时比较采用重复测量方差分析，比较组内因素6个旋转角度效应(0°、60°、120°、180°、240°、300°)和组间因素效应(实验组和对照组)。多重比较采用Post hoc分析。实验组手心理旋转任务的正确率、反应时与MoCA评分的相关性采用Pearson相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 手心理旋转任务

2.1.1 反应时

重复测量方差分析显示，组间主效应显著(F(1,58)= 95.6,P<0.001)，实验组反应时(2127.2±13.7)ms，显著长于对照组(1937.8±13.7)ms。旋转角度主效应显著(F(5,54)=345.672,P<0.001)，旋转180°所需的反应时(2224.5±11.3)ms，显著长于0°(1859.3±10.7)ms、60° (1965.5±10.4)ms、120°(2077.0±11.4)ms、240° (2093.2±12.2)ms、300°(1975.6±12.8)ms。组间因素和旋转角度因素交互效应不显著(F(5,54)=1.653,P= 0.191)。实验组和对照组反应时最短所对应的旋转角度均为0°，反应时最长所对应的旋转角度均为180°。见图1。

图1 两组不同旋转角度手心理旋转任务反应时比较

2.1.2 正确率

重复测量方差分析显示，组间主效应显著(F(1,58)= 6.444,P=0.014)，实验组正确率(75.1±1.2)%，低于对照组(79.3±1.2)%。旋转角度主效应显著(F(5,54)= 102.911,P<0.001)，旋转180°的正确率(67.5±1.1)%，显著低于0°(84.7±0.8)%、60°(79.2±0.9)%、120° (75.7±1.0)%、240°(76±1.0)%、300°(80.3±1.0)%。组间因素和旋转角度因素交互效应不显著(F(5,54)=2.122, P=0.103)。实验组和对照组正确率最低的均为判断旋转角度180°时的反应。见图2。

图2 两组不同旋转角度手心理旋转任务正确率比较

2.2 相关性分析

实验组反应时与MoCA视空间认知评分负相关(P<0.05)，正确率与视空间认知评分正相关(P<0.05)。见表2。

表2 实验组手心理旋转任务成绩与视空间认知评分相关性(n=30)

3 讨论

本研究显示，脑卒中患者和正常人对不同旋转角度刺激的表现类似，均是随着垂直方向角度的增加，判断越来越难；角度刺激越接近180°，反应时越长，正确率越低。Yan等[17]在正常人和脑卒中患者中研究手心理旋转任务时发现，反应时均随着角度的增加而延长。两组的反应模式均采取正确的反应策略，即心理旋转自己的手去匹配给出的角度刺激[18]。研究发现[19]，心理旋转与身体部分实际执行旋转类似，反应时随着旋转角度增加而延长；手的姿势真实情况下越难完成，心理旋转反应的时间就越长；随着角度越接近垂直，正常人和脑卒中患者对角度刺激的反应时间越来越长。这与我们的研究一致。

脑卒中患者和正常人在手心理旋转任务反应的模式虽然类似，但与正常人相比，脑卒中患者反应的速度和正确率都明显下降。Yan等[17]发现，脑卒中患者执行手心理旋转比正常人需要更长的时间反应，且正确率下降，说明脑卒中患者的手心理旋转反应明显受损。Tabrizi等[20]的研究显示，多发性硬化患者对于手心理旋转任务的反应速度和反应正确率均比正常人下降。心理旋转任务中，中枢神经损伤患者由于肢体运动功能障碍，导致实际执行障碍，判断手偏侧的反应变得越来越困难。Azin等[21]认为，心理旋转是一种内在的运动想象，在时相特征上类似于实际执行。神经影像学的证据表明，运动想象参与运动的计划和准备阶段[22]。脑卒中患者的运动想象能力受损[15]，执行某项任务的计划和准备阶段需要更长时间，执行手心理旋转任务反应时延长，正确率下降。

我们的研究显示，心理旋转任务的反应时、正确率与视空间认知功能相关。有研究显示[17]，心理旋转即内在的运动想象，与记忆、视空间认知能力有关。本研究的相关性分析显示，认知功能的一些方面参与心理旋转这一复杂的认知运动任务。

心理旋转任务认知过程包括视刺激感受编码，心理旋转和反应[23-24]。执行手心理旋转任务时，受试者通过视空间和运动整合，比较手刺激和他们自己手的心理表征，从而做出反应[25]。这种心理旋转和实际的运动计划及运动执行有类似的认知过程。手心理旋转任务活化了诸如视皮层、基底节、运动前区、辅助运动区等皮层神经网络[26]。脑卒中患者信息处理速度和工作记忆下降，可能与心理旋转能力的损害有关[27]。

总之，本研究表明脑卒中患者和正常人的手心理旋转心理过程相似，但心理旋转能力受损；而脑卒中患者手心理旋转能力与视空间认知能力相关。

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Characteristics of Mental Rotation in Stroke Patients and Relationship with Visual-spatial Cognitive Function

LIU Hua1,DU Xiao-xia2,3,SUN Rong2,3,WANG Qiang2,3,RONG Xiang-jiang1,SONG Lu-ping2,3,ZHANG Tong2,3
1.Capital University of Physical Education and Sports,School of Kinesiology and Health,Beijing 100191,China; 2.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;3.Beijing Bo'ai Hospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

LIU Hua.E-mail:liuhua@cupes.edu.cn

ObjectiveTo investigate the characteristics of mental rotation in stroke patients and the relationship between mental rotation and visual-spatial cognitive function.MethodsFrom March,2012 to October,2013,30 stroke patients were selected as experimental group and 30 healthy subjects as control group.They were tested with hand mental rotation task,and assessed with visuospatial abilities from Montreal Cognitive Assessment(MoCA).ResultsThe reaction time of hand mental rotation task was significantly longer in the experimental group than in the control group(F=95.6,P<0.001).The reaction time was longer with the increase of rotation angle in both groups,and was the longest as 180°of rotation(F=345.672,P<0.001).The response accuracy rate of hand mental rotation task was significantly lower in the experimental group than in the control group(F=6.444,P<0.05).The response accuracy rate was lower with the increase of rotation angle in both groups,and was the least as 180°of rotation(F=102.911,P<0.001).The reaction time negatively correlated with the score of visuospatial abilities,while the response accuracy rate positively correlated with it in the stroke patients(P<0.05).ConclusionThe mental rotation ability is impaired in stroke patients,however,the respondent pattern is similar to healthy people.The mental rotation ability is correlated with visual-spatial cognitive functions in stroke patients.

stroke;mental rotation;motor imagery;visual-spatial cognition

R743.3

A

1006-9771(2017)03-0249-04

2016-12-05

2017-01-13)

1.北京市科技创新服务能力建设－科研计划课题(No.KM201610029001)；2.首都体育学院科研基地建设－科技创新平台项目(No.15516017)。

1.首都体育学院运动康复学教研室，北京市100191；2.首都医科大学康复医学院，北京市100068；3.中国康复研究中心北京博爱医院，北京市100068。作者简介：刘华(1978-)，女，汉族，湖北武穴市人，博士，讲师，主要研究方向：康复新方法及机制研究、运动损伤康复的机制研究。E-mail:liuhua@cupes.edu.cn。