新型脑康复技术研究进展

白 冰，王大明，俞 莹，赵依帆，陈作兵

(浙江大学医学院附属第一医院 康复医学科，浙江 杭州 310003)

脑康复主要包括脑血管疾病、脑创伤及各类颅脑术后的神经康复。脑部疾病导致的神经系统损伤致残率高，是失能、半失能的主要原因。发表于Lancet杂志的数据[1]表明，神经系统疾病是世界范围内致残的主要疾病，占全球伤残调整生命年的10.2%，预计影响2.5亿人口。神经疾病的高致残率意味着神经康复任务重要而艰巨。脑康复主要是针对各类颅脑疾病及损伤所致的神经系统损害的预防、评定和康复。近年神经康复学发展迅速，康复设备的研发如火如荼，循证医学证据扭转了既往对于神经损伤不可逆的宿命论观点。随着国民生活水平的提高，患者对病后生活质量的要求也进一步提升，这就需要不断精进神经康复手段以满足患者的日常及社交活动需求。

1 脑康复机制研究进展

脑的可塑性、神经可再生是脑康复治疗的理论基础。脑的可塑性是指大脑可以被环境和经验所修饰，能适应环境而具有修改本身结构和功能的能力，分为结构可塑性和功能可塑性。神经再生是脑疾病后功能恢复的基础，存活的神经细胞新生出轴突、突触，与失神经脑区相连，从而恢复其功能[2]。相关基础实验[3-4]证实，早期康复训练能够逆转脑疾病后的神经变性，激发神经系统的代偿能力，通过突触功能重建、轴突发芽、生物活性因子释放、神经干细胞激活、血管再生等方式促进损伤部位的形态结构改变，从而促进新生神经环路形成并修建错误的神经环路。对脑梗死模型大鼠的研究[5-6]发现，康复训练大鼠脑损伤程度减轻，行为学表现改善，相应皮层运动功能区突触明显增加。丰富的环境、社交以及运动训练对脑梗死大鼠的行为改善最显著，提示丰富康复训练与神经可塑性密切相关[7]。动物实验研究还发现移植的神经干细胞具有分化为神经元的潜能，进而修复受损的神经，改善大鼠行为学表现[8]。与此同时，对脑梗死人群的研究表明，康复治疗能够增加患者血清中脑源性营养因子[9]。脑源性神经营养因子能够通过多种途径促进神经细胞生存，增加突触的可塑性。

2 脑康复技术研究的总体思路

现代新型脑康复技术在患者康复治疗中发挥越来越重要的作用，将新型脑康复技术推广应用于临床是大势所趋。脑康复技术研究的总体思路包括利用残损功能和借助外部力量代偿功能两个方向，前者的代表是有创深部电刺激和无创的神经调控技术(磁和电)，后者的代表是外骨骼支架，也称为机器人。随着脑-机接口和信息技术、算法的进步，出现了基于脑电和肌电信号的多模态辅助康复技术。传统康复训练方法需要大量人力成本，且重复、枯燥、难以调动患者主动配合的积极性，虚拟场景训练和机器人辅助训练系统应运而生。本文对新型脑康复技术进行综述，旨在为脑康复患者的临床康复工作提供帮助。

3 新型脑康复技术研究进展

3.1 脑部电生理技术 脑部电生理技术主要包括经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)和经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)两种非侵入性脑刺激技术，此两项技术已经被广泛认可并应用于临床的神经调节。tDCS通过头皮对颅脑施加电刺激，诱导特异性大脑神经功能变化，提高神经可塑性。TMS基于电磁感应与电磁转换原理，通过头皮对颅脑施加磁刺激，改变脑代谢和神经电活动，实现增强大脑皮质兴奋性的作用，调节皮质的可塑性。以上两种非侵入性脑刺激技术具有无创、安全、神经调控作用强、靶向精度高、应用潜能大、价格低廉等优点[10]。临床试验[11]证明，tDCS与TMS主要应用于脑康复患者运动障碍、失语症、认知障碍、情绪行为障碍等治疗[12]，能够加速患者的康复进程，提高患者的生活质量。近年来，将脑部电生理技术与物理疗法、脑-机接口、功能训练等治疗手段共同应用于患者的脑康复，取得了肯定的疗效。电生理技术与其他康复治疗手段相辅相成，共同促进患者的康复[13-14]。但是，tDCS与TMS的生理学、分子生物学机制尚未完全阐明，导致其临床应用相对局限。未来应聚焦于相关机制的研究，以促进其在各类神经精神障碍中的应用，实现非侵入性脑刺激康复技术的最大化运用。

3.2 生物反馈技术 生物反馈技术利用传感器将人体肌电信号经过计算机处理后再反馈给患者，患者经过特殊训练后，对活动性差的肢体进行有意识的主动调控。生物反馈训练能对患者的大脑皮质进行重复刺激，有利于皮质重塑从而恢复受损神经。相关的随机对照研究[15]表明，肌电图生物反馈训练能显著改善中风患者的上肢Fugl-Meyer量表评分、Wolf运动功能测试量表评分，对脑损伤患者的肢体运动功能恢复有积极的影响。

3.3 脑-机接口技术 脑-计算机接口(brain-machine interface, BMI)简称为脑-机接口，是一种新型人机信息交互方式，不依赖于大脑外周神经肌肉，是大脑和计算机之间的直接联系，能够替代、增强或修复中枢神经系统的正常输出，实现脑-机间的直接通讯，并利用执行器将接收到的大脑信号转换为相应的动作，将“思想”直接转化为“行动”。BMI技术在脑康复中的应用潜力巨大，能够实现肌萎缩性侧索硬化症、脑干梗死及脑瘫等所致的闭锁综合征患者与外界环境的交流[16]。BMI与物理治疗结合能够显著改善肢体的功能障碍[17]。近年的研究表明，BMI还能应用于本体感觉障碍及认知障碍的治疗[18]，海马BMI的应用能够唤醒记忆缺陷大鼠的记忆，在猴子中的应用研究也得到相关证实[19]。随着人工智能的兴起，无创BMI技术有望成为研究神经可塑性的重要工具。对BMI技术的精进研究、扩大生产、降低使用成本及完善相关的循证医学证据，是未来BMI转化为临床应用的挑战。

3.4 康复机器人 大量重复的康复训练已被证实是脑康复治疗的重要手段，但其加重了康复师的工作强度、加大了卫生成本。为了解决这一问题，20世纪90年代康复机器人的研究应运而生。随着近30年的技术探索，康复机器人正在向多功能、智能化、易操作的方向发展。康复机器人主要应用于运动障碍患者的辅助性治疗，还可应用于认知言语障碍的治疗。康复机器人根据功能不同有多种分类，如可穿戴式、不可穿戴式、上肢/下肢康复机器人、部分减重平板运动训练机器人。多项研究均已证实机器人训练可显著减轻急性脑卒中患者的残疾程度并有益于其大脑功能的重组[20-23]。Kosak等[24]的研究表明，部分减重平板运动训练机器人对脑损伤所致的严重瘫痪患者帮助较大，能减少患者康复训练中的耗氧量，同时该技术也适用于合并心血管疾病的患者。神经康复机械手训练可有效改善患者的上肢运动功能[25]。然而，康复机器人也存在很多问题，如安全性、实用性、相关指南缺失，机器故障所致的二次损害的避免、机器人使用感的提升、机器人购买及维修费用的降低、指南的标准化及使用、针对不同脑康复人群个性化康复方案的完善，都对康复机器人的普及至关重要。

3.5 虚拟现实技术 虚拟现实技术(virtual reality, VR)是通过计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感的技术。患者在VR技术提供的与现实生活相关的虚拟环境中进行有目的的主动训练，通过与计算机的互动训练运动技能。沉浸、交互、想象是VR技术的特征，VR技术辅助的康复治疗使患者处于主动状态，训练过程有情景代入，大大增加了训练的趣味性。治疗师通过VR反馈信息了解患者的训练成效，及时调整疗法；临床医师通过监测患者的运动可塑性参数，及时调整训练计划[26]。目前VR技术在脑康复领域主要用于改善手功能、运动功能、平衡功能、认知功能和空间障碍等[27-28]。VR技术配合神经康复机械手训练对脑康复患者也大有益处[29]。Aida等[30]对11项脑损伤的VR康复试验进行汇总研究，其中10项研究均表明VR技术有益于脑创伤患者的康复，但11项研究中仅有2项临床试验为高证据水平的随机对照试验。目前VR技术的实际应用还缺乏更多高证据水平的大样本多中心临床数据支持，亦缺乏相应的治疗和评估标准。另外有报道指出，脑康复患者在VR训练中会出现晕动症等不良反应，如何减少此类不适症状的发生也至关重要。另外，VR技术的设备开发和投入费用较高，尚无法大范围推广应用。同时，简化操作系统、开发多用户系统、将VR技术与远程康复相结合等均是脑康复领域VR技术的未来发展方向。

3.6 5G技术 5G技术与康复治疗相结合的技术尚处于起步阶段。鉴于5G技术的逐渐普及，康复诊疗模式正发生着改变，远程康复是未来新趋势。5G技术促进康复诊疗由传统的“医-患”二维模式向“医-保-网-患”的多维互动模式转变，患者有望从网络终端获得更多的医疗信息，使患者的需求获得更大的满足。同时，5G技术将计算机、通信、信息技术结合，实现了治疗师对康复设备的远程操控[31]。但由于远程控制对仪器的精细程度要求高，相配套的操控软件、康复机器人、人机交互技术等还处于试验阶段，最终临床应用的转化还需要不断地探索。5G技术以其低延迟的特性极大地推动了人机交互的发展，通过5G技术、人工智能、康复机器人、VR技术的相辅相成，未来康复诊疗模式将发生重大转变[32]。5G技术还能促进康复大数据的发展，使未来的康复信息更加便捷化、数字化，康复医生通过应用诊疗大数据，能够对患者的疾病进行更加科学明确的评估，促进诊疗的科学与规范。5G技术在康复诊疗中的应用需要医、工、康等多学科的合作，5G技术对康复医学发展的影响已初见端倪。

4 脑康复技术未来研究展望

4.1 基础研究 首先，目前可供研究的动物模型有限，需积极构建功能障碍动物模型，通过动物模型发现并验证神经康复技术的作用机制；其次，神经干细胞移植是神经康复研究的热点，但研究仍处于早期阶段，通过神经干细胞或神经组织工程学技术修复或取代坏死区域实现功能恢复在未来有望成为可能；再者，开发更贴近临床需求的新程序、新技术，并确保其应用的安全性，需要医、工多学科交叉。

4.2 临床研究 首先，新型脑康复技术的开始时间、持续时间及治疗强度还需大样本多中心的临床研究提供循证医学证据；其次，需统一临床研究选用的结局指标，避免使用患者主观性强的量表作为评价标准，实现对疗效的客观事实分析，提升临床研究的真实性和客观性；再者，需有效整合神经影像新技术、脑电生理、肌电图和诱发电位等技术，将其运用到康复功能评定、康复干预有效性指导、预后早期判断中，并与神经调控技术相结合，在常规治疗基础上，实现神经康复的精准可控。

总之，我国康复医学起步晚，但得到了国家和政府的大力扶持，发展迅速。康复不仅是医学的一部分，也是社会服务/支持体系的一部分，由于脑康复特有的复杂性、长期性、患者群庞大等特点，提高国民康复意识、提升社会认可度、完善康复医疗体系建设是非常重要的。实现康复诊疗一体化，促进康复服务社区化、家庭化，防-治-康三方面相结合并补齐康复医疗短板，不断开发精进康复新技术，配备完备的康复治疗室及培养具备应用新型脑康复技术能力的专业康复人才是未来康复诊疗的发展方向。