双任务训练治疗脑卒中患者平衡障碍的研究进展

王海静，李庆雯

1.天津体育学院，a.社会体育与健康科学学院；b.研究生处，天津市301600

全世界每年约有1500万人首发脑卒中[1]，其中，约500万脑卒中幸存者形成永久性残疾[2]。脑卒中已成为继冠心病和癌症后第三大常见死亡原因[3]。平衡是指人体重心改变时，能自动调整肢体位置，并保证姿势稳定的能力。约80%脑卒中幸存者存在平衡功能障碍[1,4]，1/3经康复的脑卒中患者在出院后不能在无辅助情况下进行社区活动[5]。平衡功能是脑卒中患者重新融入社区生活的重要影响因素。

功能性社区活动需要在行走时执行另外任务，如拿起水杯喝水、观察交通信息等。在同时执行两项任务时，不仅脑卒中患者，包括老年人在内的许多身体功能差的人平衡功能都会受到影响[6-7]，对健康受试者的平衡功能和步态也有负面影响[8-9]。传统康复训练并未充分解决脑卒中后双重任务下的平衡功能障碍[10]。Cockburn等[11]强调，有必要进行双重任务训练，以改善脑卒中患者在双重任务下的平衡功能表现。

近些年来，双任务(dual-task)训练开始应用于脑卒中患者的平衡功能训练中[12-13]。双任务训练是指患者同时执行两项或多项任务，通常包括主要运动任务和次要注意力要求任务。许多研究调查不同人群中双任务训练的有效性，包括老年人[14]、帕金森病患者[15]和阿尔茨海默病患者[16]。有学者指出[17-21]，双任务训练也可有效预防脑卒中患者跌倒的发生，改善其平衡功能和步态表现。

1 双任务与脑卒中患者平衡功能

1.1 双任务执行对认知资源的需求

双任务是由场所控制任务和姿势控制元任务组成，而姿势控制元任务又进一步分为认知任务和运动任务[20]。Her等[13]在此基础上将双任务分为认知双任务(cognitive dual-task)和运动双任务(motor dual-task)。适当的姿势反应、运动计划和姿势控制能力是人体平衡不可或缺的因素[8,22-24]。姿势控制受认知因素的影响[25-26]。姿势控制受损由运动、感觉和认知障碍的复杂相互作用引起，是脑卒中患者运动功能障碍的关键特征[27]。认知功能包括注意、计划、记忆、解决问题、使用语言等。包括认知和步态成分在内的双任务训练可以提高神经损伤患者的注意力、注意力分配和运动功能[24,28]。如果注意力和注意力分配没有得到适当诱导，就会导致平衡功能障碍[29]。

1.2 双任务条件下平衡功能受影响的机制

大量研究表明[24,27,29-30]，双任务执行会产生干扰效应：一个任务与另一个任务同时执行时，会出现其中一个任务或所有任务表现下降。双重任务之间相互干扰，改变了以前认为跌倒是纯粹动作失调的认识[10]。这表明中枢神经系统处理信息的认知能力是有限的[20]。注意容量有限理论认为，一个人的注意力有限，而完成各种任务都需要一定的注意力，当所有任务需要的注意总和不超过总注意资源时，会有足够的注意资源供机体使用；如果执行任务需要的注意总和达到或超过总注意资源时，则有一个或多个任务表示下降[31-32]。Haggard等[33]、Mc-Culloch[34]也称其为认知负荷理论。此外，瓶颈理论认为，信息处理存在一个点，一次只能执行一个任务；在双重任务条件下，每个任务表现都会下降[31]。第三种理论是执行控制交互作用理论[35]，即在对两个任务的协调控制过程中，个体会根据不同情境灵活选择不同的优先策略。

认知控制分配资源时，两个任务在认知资源的使用上发生冲突，环境因素和自身认知能力的限制，需要在主要任务和次要任务之间做出认知资源投放的选择，这个任务可以是主要任务，也可以是次要任务。

脑卒中发生后，无论认知资源总量还是注意力分配都存在不同程度损害[36]。脑卒中患者双任务中姿势控制障碍源于运动功能障碍和认知总量-注意力转换功能障碍，姿势控制的运动功能障碍也增加了对有限注意资源的需求[37]。两个任务相互竞争注意力资源，导致一个任务或两个任务的表现下降，出现平衡功能障碍。传统康复能部分改善脑卒中患者的双重任务表现，注意容量有限理论可以提供可能的解释：通过常规肌肉强化、平衡和步态训练等，提高运动能力，可减少执行运动任务时的注意力资源需求，允许更多注意力去执行其他任务。

2 双任务训练在脑卒中患者平衡功能康复中的应用

双任务训练较早应用于老年人预防跌倒。Lundin-Olsson等[38]证实，边走边聊(walking while talking,WWT)测试能有效预测老年人跌倒发生。但Smulders等[39]并没有发现双任务测试表现与跌倒发生之间有联系。越来越多的研究表明特定任务训练在神经康复方面的价值[40-41]，即双任务训练应该针对特定任务，这些任务与患者日常生活习惯相关；需要在各种环境背景的运动过程中实施双任务活动，以提高双任务训练效果。老年人双任务训练已被证明效果显著[42-43]。

Plummer等[22]分析脑卒中后功能性活动期间认知-运动干扰的典型模式：①在以步态为主要任务、注意力任务作为次要任务的双任务训练中，步态表现恶化，认知表现稳定；②双重任务情况下步态表现和认知表现都恶化。这些研究表明，脑卒中患者在康复出院后，与步态相关的双重任务存在相互干扰。他们认为，传统康复并未显著降低卒中后双任务之间相互干扰的情况。也有学者指出[14-15]，认知障碍与步态异常之间存在相互作用。他们认为认知训练可以预防跌倒，并改善行动能力；而步态训练也可以提高认知能力，这种提高表现在患者对有限注意资源的合理分配上。

Yang等[44]发现，与无干预组相比，接受双任务训练的患者单任务和双任务步行期间的步态表现显著提高。但由于对照组是空白对照，不清楚患者平衡功能和步态表现的改善是由于步态自动化还是双任务相互协调的作用。Plummer-D'Amato等[45]将参与者随机分配到单任务和双任务组，单任务训练涉及结合运动再学习原则的步态训练，双任务训练在步态训练同时执行75%重复认知任务，采用双任务干预的可变优先级训练策略(variable priority,VP)，使参与者在训练中可交替关注注意力，以观察双任务干预是否影响双任务行走期间注意力资源的自愿分配。他们还调查了认知双任务训练对跨越障碍物的影响。虽然对脑卒中患者进行过跨越障碍物训练[46-47]，但没有观察过在注意力要求很高的任务中进行训练是否可以改善跨越障碍物期间的运动控制。结果发现，经过可变优先级的双任务训练后，患者平衡功能明显提高，这种提高源自于患者有限注意力资源在不同的任务中转换的协调能力；相比固定优先级(fixed priority,FP)训练，VP是双任务训练更佳的方法。Seo等[48]证实，经过4周VP条件双任务训练，脑卒中偏瘫患者的平衡功能和行走能力改善。Lee[49]发现，与其他训练相比，VP条件双任务训练后，患者处理主要任务和次要任务协调能力得到改善，主要任务对注意资源的需求减少，有更多注意资源分配给次要任务，从而提高脑卒中患者的平衡功能和步态表现。

感觉刺激作为一种有效的干预方法已表现出明显效果[50]，如听觉干扰[51]。Choi等[52]对脑卒中患者在听觉干扰情况下，在步行时进行平衡功能训练，结果表明，使用听觉干扰双任务训练可改善慢性脑卒中患者的平衡功能。Ju等[53]将本体感觉作为次要任务对脑卒中患者的平衡功能进行锻炼，他让患者将脚放置在增加姿势不稳定的支撑表面上以增加其本体感觉输入，结果表明，患侧本体感觉输入增加有利于提高脑卒中患者的姿势控制能力。Kim等[54]在进行双任务训练时，增加视觉限制和不稳定支持面两个额外因素，结果显示，患者平衡功能和注意力等方面都有明显改善。Kim等[55]观察到，与在地面上进行的运动相比，在水中进行双任务训练可以帮助患者更持续地运动，对脑卒中患者平衡和步态均有积极作用。

不同外部感觉双任务训练都可以改善多数步态时空参数和单任务条件下的平衡功能。积极探索不同类型的双任务训练，对改善脑卒中患者的平衡功能非常必要。

双任务训练获得的能力可能转移到未经训练的任务中。双任务训练对整体认知功能有一定的改善效果[46,50,56]，对某些特定的认知功能，如注意总量、注意资源协调分配和执行功能，会产生更加显著的作用。而单任务训练仅限于提高与干预相同或相似的任务[40]。但Plummer等[22]发现，双任务训练在脑卒中患者的转移效果较低。这可能是采取的次要任务干扰不同，评价指标不同。值得进一步探究。

双任务训练对其他疾病患者也有效。系统评价证实[57]，帕金森病患者接受双任务训练后，步速、步幅和Berg平衡量表评分显著提高。另一项系统评价发现[58]，双任务运动训练可改善帕金森病患者和阿尔茨海默病患者单任务和双任务条件下的步速和步幅，改善脑损伤患者双重任务条件下的步速和步长；双任务训练对帕金森病和阿尔茨海默病患者的平衡和认知功能有中度影响。但对照仅限于无干预。

双任务训练对脑卒中患者平衡功能的影响大致可归为三个方面：①双任务平衡功能训练较单任务训练能更好提高脑卒中患者的平衡功能，VP条件比FP条件效果更好，表现为患者对有限制注意力资源的管理和分配能力提高，这也可以解释双任务训练效果的转移；②单任务平衡功能训练可以使脑卒中患者双任务条件下平衡功能部分提高，而双任务条件下平衡功能训练不仅能改善单任务条件下的平衡功能，还能改善患者执行双任务时的平衡表现；③双任务训练能获得更长的疗效持续时间[45,59]。

3 不同次要任务对脑卒中患者平衡功能的影响

双任务干扰的程度根据所使用的认知任务或运动任务的类型而有所不同[8,22]。优先注意资源的限制和环境需求导致机体在面对不同难度次要任务时，出现不同的应对策略。研究表明[60-61]，两个同时进行的不同节奏活动相互干扰很大。Al-Yahya等[8]证明次要任务难易程度的重要性。

执行功能是指机体对大脑思想和身体运动进行有意识控制的心理过程[62]，是大脑认知工作的中心环节。言语流畅性任务主要依赖于语义记忆，而后向计数任务依赖于工作记忆，工作记忆与执行功能更直接相关，常被认为是执行功能的一部分[63]。一些理论模型也将工作记忆作为执行系统的核心组成部分[64]。以这些记忆任务作为次要任务会对平衡功能产生较大影响。

视觉干扰作为次要任务作用于脑卒中患者时，由于没有认知功能的主动参与，对机体产生的影响较小[65]。田亮等[66]的研究显示，听觉刺激作为生活中常见的双重任务，不及计算对平衡功能的影响显著。Baetens等[67]发现，以自发性言语作为次要任务，对步态干扰比工作记忆或视觉空间任务更强。有研究表明[68-69]，双任务训练中最容易受到干扰的认知功能是注意力和工作记忆。所以次要任务并不会占用同样的注意资源，同等影响平衡功能。治疗师应该意识到，有必要对所有非卧床患者进行双任务平衡训练，甚至可能有必要进行不同认知负荷的双任务训练，以降低脑卒中患者跌倒的风险[67]。

姿势优先策略是指通过牺牲次要任务的表现来使平衡功能最优化。脑卒中患者在执行不同次要任务时，会优先考虑次要任务，牺牲步态表现[56]。但脑卒中患者的姿势第二策略并非一成不变，会随着次要任务的难易程度和自身姿势控制能力的恢复动态调整。有学者认为[69]，平衡功能与认知资源的分配之间是非单调关系，当次要任务所需的注意力资源较低时，有利于姿势任务完成；而当次要任务对认知的需求增高后，保持姿势的资源达不到所需水平，会干扰姿势任务完成。右侧偏瘫与左侧偏瘫的脑卒中患者，在双任务相互影响上没有明显差异[26]。

另一方面，脑卒中患者平衡功能恢复是动态的，双任务条件下压力中心(center of pressure,COP)面积的变化不完全是随机的。这表明脑卒中患者在积极调动注意力资源以应对脑卒中后姿势控制能力下降，如调用额外的控制过程或加强现有的控制结构等。随着病情恢复，COP规律性下降，表示姿势控制过程中注意力资源参与降低，姿势控制只需要较少的注意资源即可完成[26]。Plummer等[22]发现双重任务下平衡和姿势控制的典型模式：运动表现改善/认知表现稳定，运动表现恶化/认知表现恶化，运动表现恶化/认知表现稳定。

不同人群使用不同的优先级策略。如老年人更倾向于将注意力资源分配给主要任务，即姿势优先策略。帕金森病患者更倾向于将注意力资源优先分配给次要任务[3]，但目前存在争议。田亮等[66]则表示，帕金森病患者在认知负荷下，会为了增加步行稳定性而自动实施姿势优先策略。值得进一步研究。

4 双任务训练改善脑卒中患者平衡功能的作用机制

虽然越来越多的文献证明了双任务训练对脑卒中患者的平衡功能改善的有效性，但其作用的神经生理学基础目前尚无定论，代表性的理论可归纳为4种。①根据脑的可塑性理论和运动再学习理论，中枢神经损伤后的功能恢复依赖于大量重复性针对性运动训练，这为大脑皮层进行复杂运动行为的综合分析创造条件，促进运动皮层功能重组，提高脑卒中患者双重任务条件维持平衡的自动化水平；当主要任务对注意资源的需求减少时，就有更多的注意资源分配给次要任务[31]。②通过双任务训练使认知分配策略重组而优化，改善认知资源的切换速度，增加主要任务和次要任务之间的协调性，即缩短了瓶颈现象的持续时间。最终使认知资源优化分配，并允许在资源分配和设置优先级方面有更大的灵活性[29,70]。③有学者指出[71]，丰富的外界刺激可诱导内源性神经修复机制，促进神经发生，促使轴突和树突分支增加，诱导血管发生，增加大脑皮层神经元突触数量，加快信息处理速度。④双任务训练可以激活大脑右侧基底核，且随着次要任务难度增加，基底核区激活点重新分布，或激活点数量增加，脑卒中患者注意总量增加，注意分配能力得以优化[20]。

5 小结

脑卒中后遗症给患者及其家庭带来沉重的经济负担和精神压力，应通过积极的康复减轻患者对他人的依赖，使其重返家庭和社会。但目前的康复训练主要集中于重复的肢体功能训练。在社区生活中，由于患者处在复杂环境中，患者平衡能力立刻受到严重影响。对平衡能力障碍，康复医师和治疗师的关注程度还远远不够，对双任务训练的方案还需要进一步探究，并积极推广。应积极探讨与患者实际生活环境相适应的锻炼方式，让患者走出治疗大厅，回归社会，重获较高生活质量，获得应有的活动能力、社会参与能力和人格尊严。