改善认知功能创伤性脑损伤后：上半沉浸式虚拟现实的潜在用途临床试验

摘要

创伤性脑损伤（TBI）是年轻人之间的长期残疾和死亡的最常见原因，它代表一个巨大的社会经济和医疗负担。我们的目的是评估一个虚拟现实训练与BTS-涅槃（BTS-N）上的认知功能TBI受试者复苏的影响，使用交互式半身临其境的程序。100例TBI的研究对象，并随机分入传统认知康复集团（TCRG： )或虚拟现实训练组（VRTG： )。VRTG接受BTs-N VRT，而TCRG接受标准认知治疗。每次治疗持续60分钟，每周重复三次，共8周。在训练结束前(T0)和训练结束后(T1)，所有的患者都接受了特定的心理测量组的评估。VRTG和TCRG在认知功能和情绪方面有显著改善，但只有VRTG在认知灵活性、转换技能和选择性注意方面有显著提高。综上所述，我们的研究结果提示VR可能是一种有用的和有效的方法来帮助创伤性脑损伤患者的康复，导致更好的认知和行为结果。

1.介绍

Traumatic brain injury (TBI) is a condition caused by a mechanical event that causes skull and/or brain damage due to a strong and violent head blow (i.e., falls and sport injuries), strong rotations of the head (i.e., road accidents), or penetration of objects in the cranium (i.e., bullets) thus causing focal or diffuse damage to multiple brain areas [1]。TBI是年轻人之间的长期残疾和死亡的最常见原因，它代表一个巨大的社会经济和医疗保健负担[2]。据估计，每年约有548万人患有严重的脑外伤(每10万人中有73例)[3.]。在中重度颅脑损伤的幸存者中，31.8%的患者死亡或需要在专门保健中心住院治疗;44%的患者不能重返工作岗位，88%的轻度TBI患者有白质损伤，对功能预后有不良影响[4]。事实上，TBI可能会影响运动，认知，情感和心理功能与随之而来的两个病人的恶化，生活的他/她的照顾者的质量[5]。尤其是，认知功能障碍可能与工作，人际关系，休闲和日常活动的干扰，增加了疾病负担[6,7]。越来越多的证据表明，认知康复(CR)，通过以前学习的技能或新的补偿策略，对TBI患者是有效的，因为它增强了认知和社会心理互动[8- - - - - -12]。近年来，技术创新已经允许的新康复策略，如基于PC的康复或虚拟现实培训（VRT），这已被证明有效的发展神经病患者的CR [13- - - - - -16]。Chen等人[17，研究了基于pc的TBI患者的康复效果，观察到治疗后认知领域的显著改善。此外，已有研究表明PC认知训练可以作为一种潜在的CR策略，优化认知和整体功能恢复[18,19]。使用VR一些研究表明，它增加了认知和行为技能TBI患者[13- - - - - -16]。事实上，它已经证明，VR可以有效地在亚急性期改善患者的执行功能与TBI [20]。在最近的一篇综述，马吉奥等。[9研究发现，VR可能对TBI患者的记忆、注意力、执行功能、行为和情绪产生积极影响。事实上，VR用于TBI认知神经康复的证据非常少，在TBI的康复背景下使用VR还没有足够的共识[13]。

本研究的目的是评估使用BTs-Nirvana (BTs-N)的VRT对TBI患者认知和行为功能恢复的影响。

2.材料和方法

2.1。研究人群

100例TBI（ 年龄: 年份;56％的男性），谁参加了我们的行为和机器人神经康复服务从2016年1月至2018年12月，在研究对象，并以随机被招入无论是传统的CR组（TCRG： )或VRT组（VRTG： )(表1)。Inclusion criteria were (i) neurological diagnosis of mild to moderate TBI in the postacute phase (i.e., 3 to 6 months from the acute event), (ii) ability to sit for at least 20 minutes (including at least one minute without support), and (iii) presence of mild to moderate cognitive impairment (Montreal Cognitive Assessment (MoCA) from 18 to 25 [21]）。排除标准为：（i） 岁，（ii）禁止感官变化和反复癫痫发作频繁（尤其是阳性症状，如音频，视频幻觉），及（iii）伴随医疗和精神疾病可能与VR训练干扰的存在。

2.2。学习规划

所有的患者接受CR相同数量，但使用不同的工具。TCRG经历传统CR，在使用治疗师和患者用纸和笔活动之间的面 - 面相互作用各个会话给予，而VRTG使用的BT-N进行的VRT。VR允许的影响现实生活中与计算机的帮助场景多感官互动模拟。重建后的情况一般是三维的，真实再现物体和事件，改善患者的认知能力。尤其是，BTS-N是一个半身临其境的治疗方案，对运动和认知康复，提供交互式虚拟场景中，病人进行了治疗师的帮助下训练。与虚拟场景，并通过移动视听刺激（病人交互，营造促进的注意力，视觉空间，和执行技能康复全方位的感官参与图1)。所有患者(TCRG和VRTG)共接受24次1小时治疗(每周3次，共8周)。两组接受相同的常规物理治疗方案，旨在改善肌肉力量、协调性和痉挛。两组患者的详细康复方案详见表2。

2.3。结果测量

每个参与者在训练前(T0)和结束后(T1)通过神经心理学评估进行评估。一位熟练的神经心理学家进行了一系列测试，包括蒙特利尔认知评估(MoCA) [21]以评估一般认知状态;汉密尔顿量表抑郁（HRS-d）[22和汉密尔顿焦虑量表(hr - a) [23分别评估情绪和焦虑;正面评估组(FAB) [24和韦格尔试验[25来评估额叶能力;及视觉检索(VS) [26]和试制试验（TMT）[27来衡量注意力过程、注意力转移和视觉研究能力。

本研究根据1964年赫尔辛基宣言进行，并得到研究所伦理委员会的批准(ID 25/2015);获得所有参与者的书面知情同意。

2.4。数据分析

使用SPSS 16.0版本的数据进行了分析，考虑 统计学显著。使用SPSS，我们为了进行方差分析（ANOVA）进行分析，以评估治疗的类型是否影响了临床结果，独立地从在基线得分差异。因变量包括在不同的认知功能试验中获得的性能;the categorical variable was the “Group” (1 = VRTG; 2 = TCRG); instead, the variable was “Time” (factor within the subject with two levels: T0 and T1). Finally, the independent variable consisted of scales/tests to evaluate neuropsychological functions and mood. Student’s -使用Bonferroni校正的测试用于时间和性能上的组间差异的事后测试。

3.结果

所有的患者都完成了训练项目，没有出现任何不良事件，包括网络病。年龄并无显著差异( ),性( ),和教育（ )VRTG和TCRG之间。在基线，没有显著差异，两组的测试成绩之间出现了。方差分析表明之间的三重互动 ( , )。特别地，ANOVA分解（表3.)强调了两种治疗方法的效果有显著差异，影响所有测试/量表的得分。事后分析结果(表)4结果显示，VRTG和TCRG在各种认知功能和情绪方面都有显著改善。然而，我们观察到认知灵活性和转换技能(TMT B-A)显著提高，选择性注意/视觉研究(VS)仅在VRTG中有显著提高。此外，在T1时，我们发现VRTG和TCRG在所有测试成绩上都有显著差异，除了焦虑(hr - a)， VRTG有更大的改善，两组的改善情况相似。

4。讨论

我们的资料证实VRT可能对创伤性脑损伤患者的康复有效。事实上，尽管两组患者在不同的认知和情绪领域都取得了显著的改善，但VRT患者获得了更好的结果。此外，VRTG只有在特定的认知领域有所改善，如认知灵活性、注意力转移、视觉搜索、执行和视觉空间功能，这些都是规划和管理日常生活所必需的。因此，VR可以被认为是TBI患者的一个有用工具，在以往的各种神经障碍研究中都有证明[28- - - - - -33]。事实上，已经表明，VRT是有效提高注意力，视觉空间能力，运动功能脑卒中患者[28,29]。Doniger等。表明VR是在患者的认知和运动康复的有效工具与阿尔茨海默病[三十]。这些积极的结果也在多发性硬化患者中得到证实，2D VR可以进一步增强神经可塑性，从而促进功能恢复[31]。与帕金森氏症对个人完成的最新初步研究发现，VR改善认知功能，对于行政和视觉空间域，除了情绪[32]。最后，马雷斯卡等人。在不同的认知和运动结构域观察到的改进显著以及在焦虑和抑郁症状的影响脊髓损伤的降低在患者中[33]。我们的数据证实了这些结果，证明VRT对TBI患者也是有效的。在我们的研究中，我们使用了BTs-N，它创建了一个三维计算机环境，可以使用计算机设备进行探索，把用户投射到一个真实的场景中。这种体验促进了患者的整体参与，因为反馈的增加可能导致神经元可塑性的重大变化，而神经元可塑性负责恢复运动活动和/或认知功能，这要归功于所谓的“强化学习”[28]。这使我们相信，VRTG注册更好的结果，因为VR可能推动神经可塑性过程，因此功能恢复，比传统的疗法。事实上，这是众所周知的是身体和认知运动可以增加损伤后脑修复和可塑性的过程中，回收是更好，更密集，反复，和面向任务的[34,35]。大脑区域最经常参与TBI是额叶和颞叶，特别是在基础领域和皮质下白质，导致注意力不集中，学习和记忆，情感和表达，解决问题的能力，并配有显著影响执行功能对患者的生活质量和他/她的家人[5,6]。因此，由于多感觉方式的存在，VRT可以刺激和增强自发的创伤性脑损伤后再生过程，否则可能是短暂的，不足以对抗损伤的恶化[36]。In fact, the exercises performed in a virtual environment help the patient to develop the knowledge of the results of the movements (knowledge of the results) and the knowledge of the quality of the movements (knowledge of the performances), which positively affect patient’s functional recovery, including the cognitive one [28]。因此，虚拟现实可以比纸笔练习产生更大的效果，通过全球刺激和双认知和运动任务，这允许更多的患者参与。事实上，Dahdah等人认为[20，我们的数据首次表明，半沉浸式VR可能在改善TBI患者的执行功能和信息处理速度方面有效。此外，Dvorkin等人也观察到，VR增强了患者的积极性和享受性(康复成功的重要因素)，进一步有利于行为和认知的恢复[37]。

本研究的主要局限在于缺少一个没有接受认知治疗的对照组，排除了患者的情绪、焦虑和某些认知方面因独立于干预而恢复的情况。但是，由于CR逐渐成为神经系统患者的标准治疗方法，本研究设计难度较大。

5。结论

这项研究表明，使用BTs-N的半沉浸式虚拟现实可能是TBI患者康复的一种有效方法，可能导致更好的认知和行为结果。我们还需要进一步的研究来证实我们有希望的结果，并评估VR认知训练是否和在多大程度上可以改善TBI患者的整体功能恢复和生活质量。

数据可用性

支持本研究结果的数据可从通讯作者处获得。

利益冲突

作者声明有利益有关这篇文章的发表没有冲突。

作者的贡献

Rosaria De Luca和Maria Grazia Maggio为这项工作做出了同样的贡献。

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