癌癥、糖尿病、高血壓、高血脂……在這些疾病中，有一種疾病或許很少被人提及，卻排在了我國中老年人致死、致殘疾病的首位，它就是腦卒中。
腦卒中俗稱腦中風(fēng)，主要因為腦內(nèi)動脈狹窄，或者出現(xiàn)閉塞和破裂等情況，引起腦血液循環(huán)發(fā)生了障礙，進而導(dǎo)致大腦功能障礙。據(jù)《中國腦卒中防治報告2019》數(shù)據(jù)顯示，2018年，中國腦卒中死亡率占我國居民總死亡率的22.3%。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，每21秒就有一人死于腦卒中。
“在世界范圍內(nèi)，我國是腦卒中的高發(fā)區(qū)，這意味著除了死亡病例，我們還有大量病人在腦卒中后，需要進行康復(fù)性治療。而如何能夠更有效地恢復(fù)腦卒中患者的身體機能，這是我們必須面對的一個問題。”日前，在北京航空航天大學(xué)舉行的第22期零壹科學(xué)沙龍暨北京大學(xué)第三醫(yī)院—北航醫(yī)工交叉專題研討會上，北航生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)院副教授劉笑宇表示。
對此問題，劉笑宇和同事想到的方法是將腦卒中治療與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合。
更適合的治療技術(shù)
由于腦卒中會對人體的神經(jīng)系統(tǒng)造成損傷，進而造成患者的某些機體功能的損傷，這意味著腦卒中的恢復(fù)也要針對人體的神經(jīng)系統(tǒng)展開。而在這方面，一些前人的實驗?zāi)軒砗艽蟮膯⑹尽?/p>
“早在1992年，科研人員就曾在實驗中，對比恒河猴在看到實驗者進行某一行為和它自己做同樣行為時，其腦部的激活情況，最終發(fā)現(xiàn)兩者的情況是非常類似的。”在接受《中國科學(xué)報》采訪時，劉笑宇說，正是這個實驗為實現(xiàn)腦卒中康復(fù)醫(yī)學(xué)治療提供了研究基礎(chǔ)。“簡單地說，我們可以通過一些視覺或其他感覺的提示，促進大腦對某些運動功能的重構(gòu)。”
在這方面，一個比較經(jīng)典的治療方式是鏡像療法，即偏癱患者運動機能相對健全的一側(cè)肢體，通過鏡子的反射，使其大腦產(chǎn)生另一側(cè)也在運動的錯覺，從而鍛煉其相應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)。
“這種方式當(dāng)然比較簡單，相比于一塊鏡子，目前正在蓬勃發(fā)展的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，顯然更適合這種療法。”劉笑宇表示，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點包括了沉浸感、交互性、共享性以及智能性，而這些特點恰恰與目前腦卒中病人康復(fù)所面臨的挑戰(zhàn)相對應(yīng)。
比如，腦卒中病人的恢復(fù)過程十分枯燥，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)所帶來的沉浸感和交互性，卻可以大大提升恢復(fù)過程中的趣味性，增加病人進行康復(fù)治療的主動性。“要知道，目前我國能夠幫助腦卒中病人恢復(fù)的康復(fù)師數(shù)量十分有限?？梢灶A(yù)見，如果能通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，提升康復(fù)病人主動訓(xùn)練的動機，則可以在一定程度上緩解目前康復(fù)人才缺乏的現(xiàn)狀。”
多感官的刺激
虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于腦卒中患者的恢復(fù)作用，并不限于為其提供一個真實的虛擬場景。
“我們還在探索另一種方式，即為腦卒中患者設(shè)計一些在虛擬環(huán)境中需要完成的任務(wù)。通過對患者在做任務(wù)時所產(chǎn)生的運動參數(shù)的記錄和分析，便可以精準判斷該患者存在哪些運動功能障礙。“劉笑宇說。
比如，研究人員要求患者在虛擬環(huán)境中完成某種“導(dǎo)航”行為，而如果其頻繁與此前規(guī)劃的某段導(dǎo)航曲線發(fā)生碰撞的話，便可以判斷其究竟是知覺能力受損，還是運動控制能力受損，甚至可以精準判斷這種損傷是發(fā)生在與哪塊運動關(guān)節(jié)或肌肉相關(guān)的神經(jīng)組織上。
針對后續(xù)的治療工作，劉笑宇團隊也設(shè)計了一套有針對性的上肢康復(fù)機器人系統(tǒng)。“這套系統(tǒng)最主要特點是可以提供多種感覺刺激和反饋，包括視覺和聽覺刺激、運動學(xué)和位置學(xué)刺激，以及手柄上的觸覺和震動刺激。”他告訴記者，他們希望通過這樣一個多重協(xié)調(diào)刺激，使腦卒中患者的大腦快速恢復(fù)。
值得一提的是，該套系統(tǒng)還可以實現(xiàn)一個比較新穎的本體感覺評估策略。
“這套系統(tǒng)的一個主要理論依據(jù)，是當(dāng)一個人的視覺與運動感覺相匹配時，人體更依賴視覺;而當(dāng)運動感覺與視覺相互沖突時，人體便更多地依賴本體感覺。”劉笑宇說，通過虛擬現(xiàn)實手段，研究者可以為受試者創(chuàng)造一個“非正常環(huán)境”——在該環(huán)境中，受試者看見的手部運動與自己感知的手部運動并不一致。
“也就是說，受試者的視覺和觸覺是相互分離的，由此增加患者的本體感知能力。”劉笑宇說。
家庭化的需求
在交談中，劉笑宇告訴記者，腦卒中的治療與恢復(fù)對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工程化要求并不算高。“通俗點說，一個人看到虛擬手的時候，即使這只‘手’看起來并不是十分逼真，大腦也能相信它是真的。”他說，目前相關(guān)研究的難點還在于基礎(chǔ)研究層面，即什么樣的刺激或者什么樣的刺激組合，更有利于患者某項特定功能的恢復(fù)。
受訪時，北京大學(xué)第三醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科主任醫(yī)師周謀望表示，針對不同種類的腦卒中癥狀所進行的細化，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在腦卒中治療與恢復(fù)中的重要研究方向。“這非常重要，畢竟腦卒中由于腦部受損情況不同，所造成的身體機能損傷也各種各樣，‘對癥下藥’才能精準地解決問題。”
與此同時，周謀望也坦言，針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)與腦卒中結(jié)合治療的研究，此前科研人員已經(jīng)有所嘗試，一些成果也已經(jīng)進行了實際的應(yīng)用。而除了對相關(guān)功能的細化外，該技術(shù)的另一個發(fā)展方向，是如何實現(xiàn)設(shè)備的小型化和家用化。
對此，劉笑宇表示認同。
“一個很現(xiàn)實的問題是，腦卒中患者的機能損傷康復(fù)需要一個很長的周期，但一般而言，在治療6個月后，患者的醫(yī)保就已經(jīng)不再給報銷了。”劉笑宇說，此時，很多患者由于無法支付高昂的治療費用，即使沒有恢復(fù)到可以出院的水平，依然會選擇出院，對于這些患者來說，如何在家中繼續(xù)治療就成為了一個迫切需要解決的問題。
“虛擬現(xiàn)實設(shè)備如何針對患者的家庭使用需求進行家庭化的改進?這是一個系統(tǒng)化的命題，既包括設(shè)備本身的小型化，也包括設(shè)備成本的降低，乃至于如何將設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)回傳至醫(yī)院，以便醫(yī)生遠程監(jiān)督和指導(dǎo)。這些問題未來須進一步加以解決。”劉笑宇說。
