
卒中是全球成人长期残疾的主要原因之一。即使患者在早期接受了密集的物理治疗,仍有大量幸存者长期面临上肢功能障碍,表现为手部精细运动能力严重受损、感觉迟钝以及身体图式(body ownership)扭曲。传统康复方案虽然能缓慢改善基本的肌肉运动,但往往过度侧重于纯粹的运动训练,而对潜在的感觉缺陷和身体意识改变关注不足,这在全面的神经康复策略中构成了一个关键的结构性空白。
为弥补这一治疗空白,一个国际工程研究团队开发了名为“MultiSensy”的个性化康复平台。该平台无缝融合了沉浸式虚拟现实(VR)与实时经皮电神经刺激(TENS)技术。MultiSensy并非孤立地进行运动训练,而是将有针对性的数字任务(如伸手、抓握和捏取)与同步的皮肤电极相结合,以物理方式再现触摸虚拟物体的触觉感受。
MultiSensy系统的核心在于其混合式设计:它将一个基于任务的沉浸式VR环境与实时刺激外周神经的皮肤电极相结合,使卒中幸存者能够物理感知虚拟数字物体的形状、位置和纹理。该系统将康复练习转化为交互式虚拟任务,旨在训练特定的手臂和手部功能,包括伸展、抓握、捏合和前臂旋转。同时,附着在患者皮肤上的电极实时刺激神经,让他们感觉虚拟物体仿佛真实触碰。受职业疗法原则启发,这些游戏可根据每位参与者的损伤程度进行调整,确保训练既有针对性又具吸引力。
该系统在由Stanisa Raspopovic教授(维也纳医科大学医学物理与生物医学工程中心)领导的研究团队中进行了测试。研究招募了34名在卒中发生三个月以上的慢性期患者。部分参与者使用MultiSensy平台进行训练:他们佩戴VR眼镜,在模拟日常任务的数字训练环境中进行手臂和手部练习。对照组则接受包括物理治疗和职业治疗在内的传统康复。两组都完成了为期三周、共十二次训练的康复方案。贝尔格莱德医学院的一个团队为临床检查提供了支持。
研究结果显示,MultiSensy组患者的上肢和手部功能恢复程度显著优于接受传统康复的患者。在评估卒中后上肢运动功能恢复的全球临床“金标准”——Fugl-Meyer上肢评估(FMA-UE)中,MultiSensy组表现出近两倍于传统对照组的结构性改善。在评估患者在日常功能活动中手臂和手部使用情况的“动作研究手臂测试”(ARAT)中,使用该感觉-VR平台的参与者也取得了巨大的功能性飞跃,证明这种组合训练能够直接转化为前臂旋转和捏取等日常活动。
“我们的目标是超越单纯的运动训练,”研究负责人Stanisa Raspopovic表示,“卒中后,患者不仅在移动受影响肢体方面存在困难,在感知和正确识别它方面也常有障碍。MultiSensy的开发旨在康复过程中重新连接运动、感觉和身体意识。”
更重要的是,MultiSensy不仅恢复了运动控制,其实时电刺激反馈还成功修复了触觉缺陷,并减少了身体图式扭曲,例如患者感知其瘫痪手臂在大小、形状或空间上发生变形。“卒中后,一些患者难以感受到受影响手部的触觉,甚至可能将手臂感知为大小、形状或位置扭曲。通过新系统治疗的参与者,其触觉和对受影响手臂的感知均有所改善,”主要作者Valerio Aurucci(苏黎世联邦理工学院)补充道。
该平台还具备诊断工具功能,在训练过程中持续采集精确的运动和轨迹数据,为临床医生提供自动化、客观的恢复指标,从而更精确地监测患者表现和恢复进度,并针对个体调整治疗方案。
这项临床试验证实,即使在卒中急性事件(卒中后超过三个月)很久之后,感觉运动整合仍能成功触发慢性卒中患者的神经可塑性恢复,为未来居家、分散式治疗开辟了道路。
“这些结果提供了早期临床证据,表明沉浸式虚拟现实结合感觉神经刺激可以支持卒中后的恢复,即使在事件发生数月之后,”Stanisa Raspopovic说。“这项技术仍处于研究阶段,需要更大规模的临床试验来证实其益处。然而,这项研究为未来个性化且可能基于家庭的卒中康复开辟了充满希望的前景。”
MultiSensy如何使运动恢复速度翻倍?当卒中损害大脑的运动网络时,它不仅中断了传向肌肉的信号,也切断了返回的感觉通路。传统疗法侧重于移动肢体,但缺乏感觉反馈,大脑难以绘制和重新连接受损回路。MultiSensy通过闭合感觉-运动环路来解决这个问题。当患者在VR中伸手抓住一个数字杯子时,电极会立即刺激其皮肤神经,模拟物理触感。这种视觉意图和触觉现实的结合,迫使大脑剩余通路进行加速的神经可塑性,从而有效地使运动恢复速度翻倍。
MultiSensy如何修复身体图式障碍?卒中后,大脑可能失去其内部的身体地图,这种状况被称为身体图式扭曲。由于大脑不再接收来自受影响肢体的健康基线信号,患者常将手臂视为死重,甚至将其想象成扭曲、肿胀或在大小和位置上发生结构性改变。通过让患者沉浸在一个虚拟环境中,他们看到一个健康的数字手臂与他们真实的尝试完美同步移动,同时感受到准确的触觉爆发,MultiSensy将大脑重新锚定到现实。这种多感官同步重新校准了大脑的内部地图,恢复了准确的触觉和肢体归属感。
MultiSensy目前的商业化进展如何?目前,MultiSensy仍处于高级研究和临床验证阶段,尚未准备好进行商业购买或在家中部署。虽然这项初步的34名患者临床试验提供了非凡的概念验证证据,但仍需要更大规模、更多样化的临床试验来完全通过安全和监管障碍。然而,由于该系统依赖便携式VR头显和标准经皮皮肤电极,而非大型、固定在医院的机器人外骨骼,研究团队的最终目标是将其扩展为一个经济实惠、基于家庭的个性化远程康复系统。