节奏性听觉刺激对创伤性脑损伤病人步态改善的研究进展

简小霞，邵秀芹，陈 盼，刘洪双

南昌大学第一附属医院，江西 330006

随着经济的发展，交通伤、高处坠落伤、重物砸伤等频发[1]，创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）成为人类致残、致死的主要原因之一[2]。全世界每年有超过5 000 万人发生TBI[3]。TBI 病人存在多种功能障碍，其中步态障碍是该病常见的功能障碍之一[4]，病人主要表现为行走速度降低、节奏改变[5]、步幅变动[6]、膝关节屈曲减少[7]及下肢肌肉异常激活模式[8]。据报道，中重度TBI 的步态障碍发生率为60%～84%[9]，80%病人在受伤后数天内出现平衡障碍，30%病人在受伤后3 个月存在平衡和步态障碍症状[10]。有证据表明，高达53%的病人在TBI 后1 年内甚至4～5 年后仍然出现步态障碍[11]。TBI 病人由于运动和感觉系统的损伤,导致平衡障碍[12]、姿势控制力下降[13]以及执行功能下降，使病人更易跌倒[14]，严重影响病人的康复以及后期的生活质量[15-16]。因此，改善步态是TBI 病人的康复目标之一。目前，TBI 病人的康复措施包括物理治疗、运动治疗、作业治疗、药物、手术治疗以及其他疗法[15-17]。 其 中 神 经 音 乐 治 疗（neurological music therapy,NMT）是临床常用方法之一[18]。节律性听觉刺激（rhythmic auditory stimulation，RAS）作为NMT中的一种，主要通过音乐训练，拉紧或者松弛大脑运动区域的神经回路，使之与节拍器产生的听觉神经模式的节奏和时间同步，改善缓慢多变的步行模式[19]。RAS 作为促进运动障碍病人功能改变的手段，用于脑卒中、偏瘫、帕金森病、脑损伤等疾病康复中[20-21]。现围绕RAS 的概述、作用机制、效果进行综述。

1 RAS 概述

RAS 是一种利用节律性运动暗示生理效应提高康复治疗中运动控制的NMT 技术[22]，以重复的等时脉冲形式呈现听觉节奏线索(如节拍器的滴答声)或用一个嵌入节拍器的节拍强化音乐促进内在节奏运动的听 觉 运 动[23]。Thaut 等[18]研 究 显 示，RAS 主 要 包 括:①评估当前步态参数；②共振频率训练和步态前训练；③频率调至增量5%～10%；④高级步态训练；⑤音乐刺激减弱；⑥步态参数的重新评估。RAS 使用的节拍器或音乐线索可以根据病人的喜好进行节奏调整，在训练的最后部分逐渐减弱甚至消失，最终达到无音乐行走的目的[24]。在运动康复背景下，通过有节奏的听觉刺激改善步态成为一种很有前途的康复干预，在TBI病人步态训练中具有重要意义[25]。

2 RAS 的可能机制

RAS 强调对节奏、节律的感知以及运动的协调反应，其本质是促进具有生物节律性运动的康复[18]。研究发现，当人们听到音乐时，无论有无乐理知识或外在的运动行为，大脑的运动区域都会处于激活状态[26]。相关研究发现，通过功能磁共振成像辅助运动区、背前运动区、基底神经节和小脑等几个运动网络区域已被确定为参与听觉节律感知[26-27]，运动网络区域的活跃程度随着节律的复杂性而增加，表明听觉刺激对运动的积极影响具有重要意义[24]。基于此，一些研究者提出了以下关于RAS 可能的作用机制猜想。

2.1 夹带机制 听觉系统作为一种快速而精确的处理器，能把时间信息投射到大脑的运动结构中，在节律信号和运动反应之间产生夹带[28]。因为音乐的规则和可预测的节奏很容易被听觉系统精确检测到，诱导人体参与节律感知和运动产生的大脑听觉和运动区域的神经元活动的夹带[29]。目前，听觉中枢到运动中枢的神经传递机制尚未得到充分的研究，夹带机制可能是RAS 运用于神经性运动障碍康复中的重要机制之一[30]。节律性夹带是一个系统的运动或信号频率夹带另一个系统的频率[31]。在夹带过程中由于运动周期不同步，运动体之间传递的不同能量造成了负反馈，这种反馈驱动了一个调整过程，在这个调整过程中，不同的能量逐渐消除到零，直到两个运动物体都在共振频率或同步运动。夹带总是由频率或共同周期驱动的[32]，节奏提供了精确的预期时间线索，让大脑提前计划并做好准备，共同期夹带使运动反应的开始与听觉节拍完全同步[27]。研究发现，在RAS 中大脑使用夹带重新编程运动模式执行的能力，使有节奏的夹带成为运动康复的重要工具[32]。

2.2 听觉-运动机制 研究显示，听觉皮层在运动控制通路中具有丰富的神经连通性[26]，从脊髓一直延伸到脑干、皮层和皮层下结构[33]。规律的节奏刺激可以激发和提高由网状脊髓水平的听觉运动电路介导的脊髓运动神经元的兴奋性，使运动系统处于准备状态，缩短神经肌肉的反应时间[34]，从而引发听觉和运动系统产生听觉-运动同步模式[35]。在此过程中，RAS 除了激活听觉区域外，还激活了由感知驱动的特定运动学习区域，为运动学习提供一个更丰富的环境，刺激听觉和运动区域之间的连接，导致一种不同类型的运动学习过程[24]。研究发现，通过对TBI 病人进行有规律节奏的听觉刺激重复练习，有节奏的听觉刺激促进程序感知运动学习[36]。此外，有研究显示，RAS 干预产生的效果可能与病人的积极情绪有关[37]。众所周知，愉快的音乐调节大脑网络中的活动并刺激纹状体系统中的多巴胺释放[38]，引发了与情绪相关的生理愉悦感，创造了一种积极的训练氛围，从而增加康复训练动力[33]。RAS 能够作为一种基于奖励的动机学习，积极参与音乐促进结构和功能的神经可塑性变化，提升病人的兴趣，进而增加病人的学习频率[39]。

3 RAS 对TBI 病人步态的改善作用

3.1 TBI 病人的步态特点 步态是由一个复杂的皮层和皮层下神经网络系统支撑的，任何涉及神经网络的特定元素损伤都可能导致步态障碍。与健康人群相比，TBI 病人的步态分析经常发现步态异常，如不对称、步频降低、速度降低和步幅缩短等[40]。TBI 后儿童和成人的步行速度较慢，站立负荷时骨盆异常和膝关节屈曲姿势延长是常见的运动学偏差，平衡调节受损表现为随着感觉的改变而增加的摇摆和重心轨迹的倾斜，内侧-外侧平面的不稳定性尤为明显，姿势不稳定的原因主要是中枢和外周前庭神经受累[41]。

3.2 RAS 可以改善TBI 病人的步态时空参数 目前，RAS 还未被广泛用于TBI 病人中，但已有学者证实RAS 的疗效。Hurt 等[42]最早开始进行RAS 与TBI研究，发现随着时间的推移，RAS 训练可以导致步行速度、步频和步幅显著增加。该研究选择8 例25～35 岁且创伤后4～24 个月的病人进行4 次行走实验：第1 次以正常步伐行走，计算病人基线步幅；第2 次在伴有节奏性的刺激中行走，RAS 由嵌入节奏性音乐中的节拍器脉冲序列呈现，音乐的节拍器设置为第1 次步行的节奏；第3 次在没有RAS 的情况下尽可能快地行走；第4 次在使用节拍器脉冲序列和节奏突出的音乐设置RAS，其节奏比没有音乐的快速步行快5%。发现有RAS 的正常步行期间，步频增加了8%、步幅增加了7%、平均步速提高了18%，摆动对称性增加了18%。在其后的第2 个实验中，对其中符合标准的5 例TBI 病人进行为期5 周的家庭RAS 步态训练计划，无论是正常步行还是快速步行期间，均显著改善了首选步态的速度、步频和步幅，平均分别提高了50%、16%和29%。与Wilfong 等[43]的研究结果一致,对长期在康复医院中的7 例成年TBI 病人实施3 周的RAS 步态训练计划，结果显示病人步速提高了13%、步频增加了6.6%，步幅增加了11%，提高了运动速度、节奏、步幅长度和对称性。Sheridan 等[44]对符合纳入标准的2 例社区TBI 病人进行每周3 次、每次30 min 的RAS 步态训练，持续3 周，接着随访4 周。第1 天对参与者的步态功能性进行评估，并与参与者共同制定适合参与者的训练目标。30 min 的训练被分成4 个部分，包括10 min 的步态前训练、10 min 的特定任务训练(即步行)、5 min 的高级步态训练(如不同的地面行走、楼梯、跨越物体，根据参与者的功能和需求量身定制)以及5 min 的活动（由治疗师自行决定，并根据参与者的功能水平和目标进行调整）。参与者1 在RAS 干预后显示步行速度、步频和步幅增加；参与者2 在最初具有较高的步频和较短的步长，但在干预过程中，表现步行速度降低和步频略微降低，步态模式符合使步行风险降低的治疗目标。Thompson 等[5]针对RAS 干预是否对创伤后1～20 年的TBI 病人的步态有所改善的问题进行一项单臂临床试验，对符合纳排标准的10 例参与者进行每周5 天，每次30 min 的干预，持续2 周。结果显示，治疗期间步速、步频、步长均有所改善，效应量分别为0.60，0.69，0.46。研究结果还表明，RAS 可以提高病人的步态功能评分，该评分主要用于行走时测量各种任务的姿势稳定性，预测病人跌倒的可能性。由此可见，RAS 有助于减少跌倒的风险。

3.3 RAS 可以改善脑损伤病人下肢关节活动度 神经肌肉受累的TBI 病人由于运动能力和瘫痪肢体感觉减退难以执行运动行为，导致非节律性和不对称的感觉运动控制反馈，限制了关节活动度[45]。关节活动度是影响病人步态参数的重要因素。Kim 等[46]将12 例脑损伤青少年病人随机分为试验组（RAS）和对照组（常规步态训练），试验组进行RAS 步态训练，每周3 次，每次30 min，持续4 周；训练开始前，病人在没有RAS 的情况下以自己的速度沿着10 m 长的人行道行走4 次；根据测量的步行节奏，设定RAS 节奏，然后指示病人按照音乐治疗师提供的RAS 行走10 m，该步骤重复10～20 次，每次步行之间休息1～3 min；结果显示，与对照组相比，RAS 组矢状面髋关节和膝关节运动显著增加，同时增加的髋关节屈曲和膝关节屈曲有助于身体向前，提高步行速度。下肢随着节奏调整关节活动范围，从而促进步态的运动学变化。除此之外，Goldshtrom 等[45]描述1 例TBI 9 年后的病人实施具有听觉线索的节律性锻炼计划，经过1 年的练习，改善了病人的运动功能、感知意识、认知和心理功能。该案例取得的效果与病人的长期坚持或者个体功能有关，但也在一定程度上表明节奏性听觉训练的方法值得借鉴。

4 RAS 干预的不确定因素

RAS 的节奏频率、干预强度和时长以及干预的最佳阶段尚无标准化的统一方案。应用RAS 干预时，开始设定的节奏频率一般为病人的步频，并在每次干预的最后阶段比开始时的节奏频率快5%[5,42]。有研究表明，RAS 的节奏越快，越可以调动更多额叶和枕叶的神经元[47]，提高节奏频率是否对TBI病人的步态有所改善值得深入研究。RAS 通常干预3～6 周，每周3～7 次，每次30 min[18]，尚未检索到针对TBI 病人干预强度和每次干预时长进行对照研究，而其中更有效地干预强度和时长还需不断探索。Walker 等[48]一项纵向研究发现，TBI 幸存者在受伤后的前6 个月运动功能改善最大，但在1 年后没有明显改善。因此，Thompson 等[5]对创伤后1～20 年的TBI 病人进行干预，得出有效的结果。Hurt 等[42]纳入创伤后4～24 个月、在患病期间参加了常规物理治疗并且步态表现不再显示明显改善的病人，也得出积极的效果。因此，何时介入RAS 干预也是一件值得思考的事。研究显示，尚无高质量的证据表明，不同严重程度TBI 病人步态的不同，是否存在随着TBI 严重程度增加而步态情况变得更糟[48]。针对不同损伤程度、不同年龄阶段的TBI 病人应该提供怎样的RAS 干预计划，需要开展多中心临床研究，获取实践数据支撑，值得深入探讨。

5 小结

RAS 结合步行训练对TBI 病人的步态改善产生积极的康复作用，且无创、操作性强，可在社区和家庭中应用，还可结合跑步机[49]、机器人[50]进行步态训练。但尚不清楚RAS 对TBI 病人的长期有效性，缺乏大样本、多中心、高质量、更长干预时间的随机对照研究，未来需拓展该领域的研究，以期为TBI 病人步态改善临床研究提供参考。