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帕金森病(PD)常引发姿势不稳和跌倒风险增加,严重影响患者生活质量。这篇综述系统梳理 79 项研究,发现 PD 患者认知功能与姿势控制存在正相关,且大脑成像研究显示其神经模式有别于健康人,或依赖皮层活动代偿。但研究存在局限,未来需规范流程深入探究。
帕金森病姿势控制的研究背景
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见的神经系统疾病,它的出现就像一场 “身体风暴”,带来运动和非运动症状(non-motor symptoms,NMS)。在众多症状中,姿势控制障碍堪称 “头号麻烦制造者”,它极大地增加了患者跌倒的风险,不仅降低了患者的生活质量,还让医疗成本直线上升。而且,姿势控制问题对多巴胺能药物的反应有限,这给治疗带来了不小的挑战。
姿势控制可是个 “技术活”,它需要视觉、前庭和本体感觉等多个感觉系统,以及认知信息的协同配合。这些信息就像一条条指令,帮助我们维持稳定的站立姿势。而基底神经节在这个过程中发挥着重要作用,可 PD 偏偏会影响它,进而导致姿势不稳定。
近年来,人们逐渐意识到非运动症状,比如焦虑和认知功能障碍,在 PD 患者的姿势控制困难中也扮演着重要角色。而且,认知功能和姿势控制障碍之间的联系,在 PD 的各个疾病严重程度阶段都能观察到。
目前,研究姿势控制相关脑功能的方法有很多。行为学研究关注认知和运动技能之间的关系,但大多聚焦于认知和步态,对认知和平衡的研究相对较少。还有一些新兴的研究,利用便携式脑成像技术,如功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)和移动脑电图(electroencephalography,EEG),来实时观察 PD 患者在进行姿势控制任务时的皮层活动。这些技术就像给大脑 “拍照”,让我们能更直观地了解大脑在姿势控制中的工作情况。
研究方法
为了全面了解 PD 患者姿势控制的神经影像学和认知相关性,研究人员进行了一项系统综述。他们在 Scopus、PubMed 和 ProQuest 这三个数据库中进行搜索,筛选出 1980 年 1 月至 2023 年 9 月 21 日期间,用英文撰写或翻译成英文的完整期刊文章。搜索时使用了精心设计的关键词,涵盖了帕金森病、大脑活动、认知、移动成像、姿势控制等多个方面。
筛选文章的过程十分严谨,就像一场严格的 “选拔”。首先,两位独立的审稿人(PT 和 LG)对文章的标题和摘要进行初步筛选,遇到不清楚是否符合纳入标准的文章,就会进行全文审查。之后,两位审稿人会共同讨论那些最初意见不一致的文章,对于仍然存在争议的研究,会由第三位审稿人(RM)进行评估。最终,共有 79 项研究被纳入分析。
纳入标准明确规定,研究对象必须是确诊为 PD 的患者,且接受过客观的平衡测量,同时还需与神经认知评估、实时脑成像或静息态脑活动中的至少一项相关。平衡测量的方法多种多样,包括评分量表(如 UPDRS 问题 3.12)、可穿戴传感器、力板、3D 运动捕捉和定时测量(如计时起立行走测试,Timed Up and Go,TUG)等。认知功能测试则包括简易精神状态检查表(Mini-Mental State Examination,MMSE)、蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)等。
研究结果
经过筛选,最终纳入的 79 项研究被分为三组:行为学研究(n = 64)、姿势控制任务执行期间的脑成像研究(n = 9)以及脑功能与姿势控制性能的关联研究(n = 7)。
行为学研究的参与者中,PD 组的平均年龄约为 66.31 岁,多数研究使用了健康老年对照组,少数研究还纳入了健康年轻成人或中年成人组。在平衡测量方面,使用了多种方法,如评分量表(如 MDS-UPDRS 项目 3.12、Tinetti 平衡评估测试等)、客观测量(如力平台、可穿戴惯性传感器等)。认知测量则主要集中在全球认知(如 MMSE、MoCA)、执行功能 / 注意力(如 Trail-Making Test,TMT)等领域。
研究结果发现,认知功能与姿势控制任务的表现通常呈正相关,也就是说,认知功能越差,姿势控制能力也越差。例如,执行功能和注意力与姿势控制表现的相关性最为显著。在双重任务(Dual task,DT)研究中,多数结果表明认知负荷会对姿势控制产生负面影响,如增加摇摆幅度、降低平衡任务表现等,但也有部分研究出现了意外结果,如特定认知任务下姿势摇摆减少、动态平衡表现改善等。
脑成像研究(任务执行期间)中,PD 患者的平均年龄约为 66.69 岁,多数研究设置了健康对照组。在脑成像设备方面,研究使用了 fNIRS、功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、EEG 等多种技术。平衡测量则主要借助力板、加速度计等设备。
不同的脑成像研究结果各有特点。fNIRS 研究发现,PD 患者在 TUG 任务中,额叶皮层的血流动力学发生变化,高风险跌倒者的左额叶皮层 HbO2水平高于右侧,且额叶皮层 HbR 浓度与疾病持续时间呈负相关。fMRI 研究显示,PD 患者在平衡相关任务中,大脑的功能连接发生改变,如与运动控制和顶叶区域的连接增加,与脑干和皮层下区域的连接减少等。EEG 研究则发现,PD 患者与健康对照组在神经活动和姿势表现上存在差异,如 PD 患者在姿势控制任务中,某些脑区的 theta 波段功率降低等。
脑成像研究(静息态与姿势控制的关联)中,PD 患者的平均年龄约为 64.64 岁,多数研究使用了年龄匹配的对照组。成像技术包括 fMRI、EEG、正电子发射断层扫描(positron emission tomography,PET)、单光子发射计算机断层扫描(single-photon emission computed tomography,SPECT)等。
研究结果表明,不同的脑成像技术揭示了不同的神经机制。例如,fMRI 研究发现,TUG 持续时间与感觉运动网络的功能连接呈负相关;PET 研究发现,姿势控制与右半球胆碱能网络相关;SPECT 研究则发现,多巴胺能摄取与姿势控制存在关联,不同 Hoehn and Yahr(H&Y)分期的 PD 患者,其多巴胺能摄取和姿势稳定性存在差异。
讨论
综合来看,这些研究表明 PD 患者的认知功能与姿势控制之间存在正相关关系,尽管研究方案存在差异,但脑成像研究普遍发现 PD 患者与健康老年人在挑战平衡系统的任务中,神经模式存在差异。PD 患者在这些任务中皮层活动增加,通常被认为是对皮层下损伤的一种代偿机制。
不过,目前的研究存在一些问题。研究方案的高度可变性是一个突出问题,行为学研究中,疾病持续时间、严重程度、姿势控制测试方法、试验条件、参与者测试状态、认知领域的探索、认知测试的选择、样本大小以及 PD 患者的临床特征等因素各不相同,这些因素都会影响研究结果。而且,所有测量脑功能相关性的 fMRI 研究都缺乏生态效度,因为传统的 fMRI 测量要求参与者保持仰卧和静止状态,这与实际的姿势控制场景相差甚远。
在结果测量方面,平衡和神经相关性的测量方法存在差异。一些研究使用客观的平衡测量方法,而另一些则使用更主观的评估方法,这使得研究结果难以统一比较。此外,行为学研究中 DT 的结果也不一致,部分研究没有发现单任务和 DT 之间的显著差异,而另一些研究则有不同的发现。
尽管存在这些问题,但研究也有一些重要发现。PD 患者在站立 / 姿势控制任务中,确实需要比健康老年人更多的皮层活动,认知功能障碍与姿势控制受损密切相关。这表明,PD 患者皮层下多巴胺能神经元的退化,可能导致他们更多地依赖皮层 / 认知资源来维持姿势控制。
临床和未来研究建议
目前,我们对 PD 患者姿势控制的潜在神经机制了解还不够深入,未来的研究需要考虑多个变量。在研究设计上,应尽量采用标准化的程序和协议,尤其是在脑成像研究中。例如,现有的 fNIRS 研究大多只测量了前额叶皮层(prefrontal cortex,PFC)的活动,未来应尝试评估多个皮层区域的活动,因为姿势控制涉及多个感觉和运动系统。
此外,很少有研究将认知行为测量和脑成像结合起来,未来可以采用综合的方法,深入探究认知功能和姿势控制之间的复杂关系。同时,由于 PD 具有高度的异质性,未来的研究应注重对 PD 亚型(如姿势不稳和步态困难型,postural impairment and gait difficulty,PIGD;震颤为主型,tremor dominant,TD)的分类研究。而且,虽然在本综述中认知领域被视为独立的特征,但实际上它们之间存在一定的重叠,这可能会影响研究结果的解释,未来研究也应关注这一点。
提高对平衡神经相关性的理解,有助于开发更有针对性的干预措施,改善 PD 患者的生活质量,减轻与跌倒相关的医疗负担。