沉浸在虚拟现实中对帕金森病患者上肢功能的影响：随机临床试验

帕金森氏病 (PD) 是一种复杂的神经系统疾病，具有典型的运动症状，主要与神经细胞内路易体的发育和黑质中多巴胺能神经元的丧失有关。 在该疾病最典型的运动症状中，包括震颤、僵硬、运动迟缓、姿势不稳和步态困难。 因此，此类运动合并症直接影响患者的生活，影响生活质量，增加跌倒的风险，并总体上降低独立性。 PD 目前是第二大流行的神经退行性疾病（仅次于阿尔茨海默病），每 100,000 名居民中有 14 人受到影响；考虑到 65 岁以上的人口，该值上升到每 100,000 名居民中有 160 人受影响。 除了已经诊断出的超过一百万例病例之外，美国每年还诊断出大约 60,000 例新的 PD 病例。 在巴西，估计普通人群中有 200,000 人患有 PD，其中 60 至 79 岁的人群患病率较高。 该国每年约有 36,000 起新病例。 在大多数记录的数据中，男女的发病率在 1.3 和 2.0 之间变化。 2012 年，诺伊斯等人。分析了可能与 PD 的发展相关的 30 个环境因素，其中非常重要的因素有：接触杀虫剂、先前颅骨区域受伤、生活在农村地区、使用 β 受体阻滞剂。 、农村地区的工人和井水的消耗。 发现的保护因素包​​括：吸烟、使用非甾体抗炎药、摄入咖啡因、使用钙通道阻滞剂和饮酒。 文献中描述得最好的遗传因素是 SNCA 基因，它编码 α-突触核蛋白； LRRK2 突变； GBA 基因突变，该基因编码 β-葡糖脑苷脂酶，这是迄今为止发现的导致 PD 发展的主要遗传风险因素。

路易体于 1912 年由 Friedrich Henrich Lewy 首次描述，成为 PD 的主要病理标志物。 它们存在于神经元内部，由带有α-突触核蛋白和泛素聚集体的神经丝组成。 2007年，通过若林的研究，他表明路易体与PD的病因没有直接关系，而是与其症状有关。

一般来说，PD的病理生理特点是中脑黑质致密部分神经元进行性丢失，需要丢失60%以上才能出现疾病的主要症状。 然而，除了多巴胺能途径的缺陷外，其他神经递质也可能参与 PD 的病理生理学。 在去甲肾上腺素能系统中，蓝斑除了迷走神经背核和下丘脑视上核和室旁核的神经元减少外，还有 50% 到 80% 的色素神经元丢失，伴随着去甲肾上腺素能投射；在血清素系统中，观察到中缝背核神经元减少了 57.8%；在胆碱能系统中，观察到中缝背核中胆碱能神经元减少了 50% 到 60%。

2003 年，Braak 等人开展的一项研究。显示 PD 始于 Meissner 的胃自主神经丛和嗅觉神经末梢，传播到脑干（中脑），恰好在背侧迷走神经核、舌咽核、嗅觉和中间区域。 从那里，进化又分为 5 个阶段，即： 1 - 中缝核、巨细胞核和蓝斑； 2 - 黑质的致密部分; 3 - 颞中皮层的前脑区域; 4 - 额叶新皮质的关联区域； 5 - 新皮质联合区、运动前区和运动区。

PD 的主要运动症状是运动迟缓、运动功能减退、运动不能、震颤和强直，以及平衡和步态缺陷。 此外，认知障碍、记忆缺陷、与视觉空间功能障碍相关的问题、执行连续和重复运动的困难、冻结和缓慢的心理反应也经常存在。 还可以观察到个人的书写能力下降以及声音和吞咽问题。 PD 的主要临床症状之一是震颤，约 50% 的病例始于四肢远端。 在休息的情况下，这种症状会明显减轻或消失，如果个人保持更长时间的动作或姿势，这种症状就会恢复。 运动迟缓（运动迟缓）是由于抑制系统和兴奋系统之间的不平衡造成的，这是由于纹状体中多巴胺的缺乏导致的，主要影响自动运动，产生普遍的运动贫乏和经常抱怨无力。 患有 PD 的患者很有可能获得重心向前的姿势，从而产生弯曲或屈曲的姿势。 姿势反射也会减少，例如保护性伸展、平衡和翻正反应。 步态表现为缓慢的、拖尾的步态，步幅缩短。

药物治疗包括增加脑内多巴胺浓度或刺激其受体的药物。 一线治疗是左旋多巴，它对应于多巴胺的直接前体，与其不同，多巴胺可以穿过血脑屏障。 Bromocriptine、Lissuride、Pergolide 和Paramixepol 是多巴胺受体(D-2) 激动剂药物，是多巴胺模拟物，可单独使用或与左旋多巴联合使用。 卡多巴通常与左旋多巴联合使用，以促进药物对中枢神经系统的作用，从而减少其副作用，例如恶心、呕吐、食欲不振和心率加快，此外还能提高其治疗效果。 第二线治疗是中枢抗胆碱能药，通过阻断乙酰胆碱的中枢胆碱能传递，恢复与多巴胺的平衡来发挥其治疗作用。 第三线治疗是儿茶酚-o-甲基转移酶 (COMT) 抑制剂，它通过阻断左旋多巴向 3-O-甲基多巴的转化起作用，从而增加血浆半衰期和达到大脑。 在第三线治疗中还有 B 型 MAO 酶的不可逆抑制剂，它也抑制突触空间多巴胺的再摄取。

然而，即使对 PD 进行了充分的药物治疗，患者仍会出现明显的功能丧失，这将直接影响他们的日常生活活动和社会参与。 物理治疗旨在使患有 PD 的个体保持最大水平的活动和活动能力，作为孤立药物治疗的辅助治疗。 应用于 PD 患者的物理治疗最终主要集中在：姿势调整、转移动作、上肢功能、平衡、身体能力、认知能力和步态的改善；始终寻求患者独立并改善他们的生活质量。 在 PD 中已经研究的一些辅助疗法中，我们可以提及：诱导遏制疗法、舞蹈、武术、越野行走、水上疗法和音乐疗法。 帕金森病患者经常出现上肢功能障碍。 在最初的运动迹象中，我们可以突出显微照片和静止性震颤。 静息性震颤定义为在完全静止的肢体中频率为 4 至 6 赫兹的震颤，在运动期间会暂时消失，在情绪紧张的情况下会加剧。 伴随运动迟缓的缓慢和逐渐变小的运动（运动功能减退），以及关节被动运动期间的不自主僵硬（齿轮现象）。 还观察到手的灵巧性大大丧失，这与运动迟缓或震颤的存在无关。 这种现象被称为“肢体运动性失用症”，这是精细运动技能的丧失，无法用基本运动缺陷（例如虚弱或共济失调）来解释。

随着疾病的进展，这些功能障碍最终会影响日常生活任务，例如穿衣、刷牙、吃饭、扣按钮、使用手机，因此，我们认为 PD 患者的生活质量正在恶化。 此外，尽管多巴胺能疗法在治疗 PD 症状方面具有已知的益处，但它在改善手臂和手的协调运动方面显示无效，这会影响个体的功能伸展和抓握动作。

文献中介绍的用于管理 PD 患者上肢缺陷的治疗方法是基于单任务和双任务重复训练的技术；镜子疗法；束缚诱导疗法；和感觉运动训练。 以及近年来的一些出版物一直在描绘 VR 用于治疗 PD 患者上肢缺陷的用途，在该领域显示出有希望的结果。

近年来，人们对虚拟现实 (VR) 的兴趣呈指数级增长，但这项技术已经使用了几十年。 VR 是 Jaron Laurier 于 1989 年提出并推广的一个术语。 VR 由计算机图形处理生成，其中对象、空间和事件的模拟被提供给用户的视野以模仿真实体验。 除了视觉提供之外，还可能存在听觉、触觉甚至嗅觉成分，以保证更大的多感官刺激以及它们之间实时交互的可能性。 计算机生成的提供给用户的感官通道的数量与生成的沉浸感水平之间存在直接关系，这可能会根据所使用的硬件类型而有所不同。 虚拟环境可以通过二维 (2D) 的传统显示器、三维 (3D) 眼镜或称为头戴式显示器 (HMD) 的设备投射给用户。

在 VR 建模的元素中，“交互性”代表用户积极参与 VR 产生的体验的能力。 它受到系统响应能力、图形、声音和在虚拟环境 (AV) 中提供给用户的自由度的影响。 “临场感”是对环境和虚拟对象真实存在并且用户置身于它们之间的感知；其中没有任何东西可以将“我”和 AV 分开。 另一个特征是“感知现实”，其中 AV 在某种程度上类似于现实世界。 最后，当体验过程中存在情绪和/或认知情感成分时，沉浸感也会被放大，这与用户的内在因素有关，包括生理参数，如心率、皮肤电导和心理因素，如性格特征用户。

因此，术语虚拟现实与用户体验的关系比与设备本身的关系更大。

1997 年，Mel Slater 和 Sylvia Wilbur 还提出了构建虚拟环境 (VE) 的五个特征：(a) 包容性；指的是一种 AV，它消除了表明存在与虚拟世界分开的物理世界的信号（例如外部噪音、操纵杆重量）； (b) 广泛的；指刺激的感觉方式的数量（例如，触觉、听觉）； (c) 周围环境；指AV的视觉呈现，包括眼部视野（CVO）和排除现实世界的程度（如头戴式显示器、电脑屏幕）。 (d) 生动；指设备生成的图像的分辨率和保真度（例如视觉信息）； (e) 通讯员；指的是 VE 如何根据用户的观点和行为进行修改。 VR的使用已被用于多个领域，包括娱乐、专业培训、军事领域等最多样化的应用。 它在医学领域的首次使用记录可以追溯到 20 世纪 90 年代初，目前它已广泛用于健康领域的教学和临床实践，在身体和智力康复领域取得了可喜的成果。

运动康复过程受三个主要因素的影响：(a) 早期干预； (b) 面向任务的培训； (c) 强度和重复性。 包括各种感官过程（听觉、本体感觉、视觉、触觉）的任务对于促进功能的改善是必要的。 治疗成功的另一个重要因素是基于患者对面向他的任务的参与度，以及他执行这些任务的动机。 然而，患者对传统神经康复计划的参与度似乎很低，而且通常在疗程中使用的强度剂量似乎不足以产生最大可能的临床改善。 不坚持治疗，除了产生低效能外，还会造成高昂的经济成本。

在这种情况下，使用 VR 的康复疗法被证明是神经系统人群的可行替代方案，在某些情况下比当今广泛使用的传统疗法更有效。 VR 作为推荐的技术方法脱颖而出，通过视觉、听觉或触觉反馈来改善运动学习，用户能够在具有挑战性和激励性的环境中同时处理运动和认知过程。 . VR 的优势之一是能够针对真实患者情况修改 VE，并个性化治疗需求。 此外，外部观察者可以激活活动并记录向用户建议的任务的全部执行情况，从而分析他们的进度。 同样在过去十年中，VR 已成功应用于远程康复领域，这是近年来需求不断增长的一种方式。

在 Head-Mounted Display 中设计的设计系统最初是在 1960 年代由 Ivan Sutherland 的第一个图形转换在犹他州转换中构思出来的。 它被定义为头盔，其中使用两个镜头，佩戴者可以看到图像，从而可以将它们用于 VR 中的沉浸式电动汽车。 在过去的几十年里，凭借廉价的技术，用于 VR 的 HMD 在普通大众、教育、娱乐和医疗领域都有多种应用。 在可供大众使用的 HMD 型号中，我们可以提到 HTC VIVE（台湾 HTC 公司）； Valve Index（Valve Corporation¦ 美国华盛顿）；和 Meta Quest 2（Meta 公司，美国加利福尼亚州）。 由于传感器的便携性和低成本，LMC 适用于在治疗和家庭环境中进行锻炼，无需广泛监督。 目前许多关注康复的文献一直在使用非沉浸式 VR 设备，该领域的评论指出，在使用更沉浸式设备治疗此类疾病的研究中存在很大差距。 通过 HMD 使用更身临其境的 LV 进行治疗，可以比在平面屏幕上投影的环境中更直观地进行交互，并在上肢康复方面产生更好的效果，减少外部干扰，增加沉浸式个人的注意力，并产生更大的用户动机。 由于缺乏该领域的研究，相关研究旨在调查基于不同程度 VR 沉浸的暴露方案的疗法对 PD 患者上肢功能方面的影响。

PD 目前是世界上第二大流行的神经退行性疾病，尽管疾病控制取得了进展，但上肢运动障碍似乎对药物治疗几乎没有反应。 近年来，随着技术的进步及其越来越容易进入普通人群，基于 VR 的神经康复的使用越来越受到关注。 在康复中使用 VR 已被证明是一种可行、安全的替代方法，其结果与物理治疗师和/或职业治疗师采用的传统疗法相似或更优。 文献已经证明其用途的 VR 的特征包括治疗的个性化、修改它以模仿日常任务的能力、远程康复的使用以及向患者和治疗师提供即时反馈的能力，这些特征必不可少以提高康复方案的有效性。

尽管研究取得了越来越大的进展，但仍然缺乏该领域具有良好方法学质量的研究。 此外，关于该主题的几篇评论指出缺乏比较不同类型的沉浸在神经系统疾病治疗中的研究。 此外，还需要更多质量研究来制定使用 VR 的临床实践指南，从而提高患者安全性并提高治疗成本和有效性。

该研究的总体目标是验证使用非沉浸式虚拟现实设备（Leap Motion 控制器和平面显示器）和沉浸式虚拟现实（Leap Motion 控制器和 HMD）的干预协议对上肢功能的影响个人以帕金森病。