作者：高占江，郭梦茹，杨健，马帅，长治医学院；王向东，长治医学院附属和济医院神经外科

脑卒中现已成为我国成年人死亡和残疾的首位原因。运动功能恢复对脑卒中患者的日常活动至关重要，传统康复手段（如物理治疗、功能性电刺激）虽有一定效果，但对重度偏瘫患者运动功能恢复仍存在局限性。近年来，脑机接口（brain-computer interface，BCI）技术通过建立大脑与外部设备的直接通信通路，为患者提供了主动参与康复训练的可能性，并展现出显著的临床应用潜力。本文探讨BCI在脑卒中患者偏瘫治疗中的应用价值与挑战。

1.　BCI技术原理与分类

BCI 通过脑动力学的变化在人类大脑与要控制的设备或系统之间提供了一种新的接口，是中枢神经系统通过外周神经系统与计算机之间的直接通信通路。根据这一定义，任何大脑直接与外周设备相互作用的系统都可以称为BCI。完整的BCI主要由三部分装置组成，即信号采集、信号处理与设备控制装置，其中信号采集是BCI 系统的最基本装置。BCI 的核心是通过采集大脑电信号，如脑电图（electroencephalogram，EEG）、皮层电图（electrocorticography，ECoG）或神经元放电信号，经信号处理与解码后转化为控制指令，驱动外部设备（如机械臂、康复机器人）或刺激肌肉/神经组织，实现运动功能重建，其关键在于高精度信号采集与实时解码算法。

1.1　侵入式BCI　

侵入式BCI 将采集电极、芯片或探针植入大脑灰质，其信号采集包括立体定向脑电图、微电极记录和深部脑刺激。侵入式神经电极通过与脑组织神经元紧密接触，能够准确地将细胞外离子电流转换成电信号，具有信号频率范围广、时空分辨率高、易于实现对神经活动和神经回路的精细监测和复杂调控等众多优点，适用于重度瘫痪患者。但侵入式BCI因涉及开颅手术将探针植入灰质等操作存在安全隐患，且不可避免会造成一些神经元坏死，具有一定危害性，所以人类受试者植入BCI时往往涉及伦理问题。另外，虽然植入式电极会采集到最高质量的脑电信号，但随着时间推移，其周围易形成瘢痕组织，导致采集到的信号变弱，甚至采集不到信号。因此，手术风险（如感染、脑组织损伤）和长期生物相容性问题限制了其临床应用。

1.2　非侵入式BCI　

非侵入式BCI 又被称作无创BCI，其测量过程发生在大脑外部。目前，非侵入式BCI 最常用的功能神经成像方式有EEG、功能性近红外光谱技术（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）和脑磁图（magnetoencephalography，MEG）等。EEG是目前最成熟且应用最广泛的BCI功能神经成像技术。非侵入式神经电极成本较低、安全无创，且极易开展大规模阵列式交互。但由于头皮、颅骨和硬脑膜的低通滤波功能，其时空分辨率较低，信号容易发生扭曲失真，难以对神经活动和神经回路进行精细监测和复杂调控。

1.3　半侵入式BCI　

半侵入式BCI 指将传感器植入硬膜上/ 硬膜下，或植入到大脑皮质表面但不侵入神经元，其信号采集主要是基于皮质EEG。所测得的脑电信号比非侵入式测量的信号更清晰，具有更好的精度和灵敏度。相较于侵入式手术，其手术风险更低，患者接受度更高。

2.　BCI在脑卒中患者偏瘫治疗中的临床应用

2.1　运动功能恢复　

目前大多数BCI 系统都是基于运动想象的，这意味着在不执行实际行动的情况下，输出类似于完成任务的皮质活动。BCI通过运动想象训练和闭环反馈机制，促进大脑运动皮层的神经可塑性，从而改善患者偏瘫肢体运动功能。研究表明，BCI 技术有助于优化运动成像效果，并且两者结合在脑卒中后上肢功能恢复中是可行且有效的。有学者在绵羊身上进行实验，成功实现了长期脑电信号采集和运动分类，验证了侵入式BCI的有效性和长期稳定性，并完成了侵入式BCI辅助人体患肢运动功能康复试验，成功帮助1例偏瘫患者实现运动功能康复。

2.2　语言功能替代　

BCI是一种在大脑和外部设备之间建立通信及交流路径的设备，可绕过周围神经系统为严重运动障碍疾病患者或慢性意识障碍患者提供一种交流替代方式。fNIRS 可越过患者行为反应性，通过监测大脑皮层的血流动力学表现评估其残余的大脑意识，并进一步与BCI相结合探究实现床边简单交流。偏瘫患者可能完全丧失肌肉控制能力，但通过BCI 仍可对通信设备或计算机进行控制，完成基本沟通和互联网浏览。

2.3　多模态融合与个体化治疗　

除了获取大脑神经元活动外，BCI 技术还可以将多模态信号数据与眼动、肌电图、心电图、皮电和呼吸等其他生理信号进行融合，以进一步提高机器通过多模态BCI 技术理解人类意图的准确性。多模态信息融合不仅提供更为全面的数据支持，还能够应对复杂应用场景，推动BCI技术向更加智能化方向发展。

例如，EEG时间分辨率高但空间分辨率差，fNIRS 空间分辨率较好但时间分辨率较差，fMRI 空间分辨率极高但设备庞大且时间分辨率差，进行多模态融合后可以克服单一模态弱点，提供更精确、更稳定的意图解码、状态识别（如注意力、疲劳、情绪）或神经活动映射，这对于复杂任务（如精细假肢控制）或状态监测至关重要。 

融合与个体化结合使BCI 能应用于更复杂、要求更高的场景。例如，在偏瘫患者康复中，结合运动意图（ EEG/ECoG）、实际肌肉活动（ 肌电图）和运动学数据，提供高度个体化的闭环神经肌肉刺激；在精神疾病治疗中，结合情绪状态（EEG/fNIRS+生理）、认知负荷和行为反应，提供定制化的认知行为疗法或神经调控。

3.　BCI 治疗偏瘫的作用机制

3.1　运动想象与皮层可塑性　

运动想象BCI通过EEG与计算机系统交互，实现大脑与外部设备的直接通信，为神经系统疾病的康复提供了新的思路和方法。患者通过想象瘫痪肢体的运动，激活与实际运动类似的大脑区域（如初级运动皮层、辅助运动区），促进皮层可塑性重构。研究表明，BCI 训练对于脑卒中患者上肢运动功能有明确改善作用。Caria等报道1 例慢性期脑卒中手部严重瘫痪患者，经过4 周基于MEG的BCI 结合手指屈伸支具及4 周EEG-BCI- 机械臂训练后，上肢功能明显改善。相比其他康复手段，如上肢机器人、强制性使用运动疗法等，BCI对脑卒中后上肢重度瘫痪的患者上肢运动功能促进更为有效。

3.2　闭环反馈与神经重塑　

BCI 作为一个闭环系统，可以检测患者大脑皮层神经活动，并将其转换为外部设备的控制信号，从而实现运动输出和感觉反馈。BCI 基于脑电信号的双向信息交换，绕过受损的神经肌肉通路，直接干预中枢神经系统，激活患者体感皮层并促进神经可塑性，从而帮助运动功能恢复。与传统治疗方案相比，采用BCI技术使大脑运动神经元能够更多地参与康复训练，从而更有效促进患者大脑运动区域的神经功能重塑。

3.3　运动神经元激活与通路重建　

运动神经元激活是指通过外部技术手段，解读并利用大脑中负责规划和产生运动意图的神经元电活动信号，以驱动外部设备（如机械臂、光标）或刺激肌肉/ 神经，产生预期的运动输出。BCI控制用于康复训练功能重塑的外围设备，并通过重复训练间接促进神经通路重建，恢复运动能力和运动控制，并与康复机器人相结合，使机电一体化的被动训练被转化为人机一体化的主动训练模式，提高患者参与度。

4.　技术挑战与未来发展方向

4.1　技术挑战

4.1.1　信号质量与稳定性　

信号获取与处理的精度和稳定性是BCI 面临的一个重要挑战。BCI 依赖于从大脑获取高质量的信号，然而现有的EEG系统和用于脑电极传导的侵入式系统在信号质量方面存在不稳定性，特别是非侵入式BCI 易受噪声影响。因此，复杂的大脑信号难以准确解读，信号的质量和稳定性直接影响着BCI系统的性能和效率。

4.1.2　设备便携性与易用性　

现有BCI系统多依赖大型设备，需接线缆或凝胶电极，操作复杂且依赖专业人员校准维护，限制了居家康复的应用。未来需开发无线、轻量化的穿戴式设备。

4.2　伦理与社会问题

4.2.1　手术风险与长期安全性　

首先，侵入式BCI需要手术干预才能将设备植入大脑，这个过程本身不可避免会对人体造成伤害，并破坏大脑原始生理屏障，可能导致出血、过敏、感染、炎症或其他并发症。其次，手术操作失误可能导致不可逆的大脑损伤。再次，植入物生物相容性和长期稳定性问题可能导致周围神经组织损伤或排斥反应，本身存在安全风险。此外，植入物长期存在于大脑中也可能导致身体损伤。

4.2.2　隐私与精神安全　

BCI技术的开发和应用使解码人类思维成为可能。BCI 面临着比传统隐私侵犯更严重的数据丢失风险，这些损失不仅包括生理隐私（ 如外貌、身体特征、住址和坐标） 的侵犯，还包括深度个人信息（ 如性格、偏好、情绪状态，甚至思想） 的披露，甚至可能披露用户不知道或无法访问的独特信息，而现有隐私保护法规尚未覆盖此类数据。

4.3　未来发展方向

4.3.1　个体化治疗方案　

患者的脑结构和神经信号传递方式都有所不同，而目前用于大脑与计算机之间连接的技术通常难以进行个性化定制。根据患者的神经影像学特征和运动功能评估，制定个体化的BCI训练计划能够直接针对个体大脑的独特活动模式进行实时监测和干预。个性化治疗不仅能提供更有效的治疗，还能减少副作用，并通过闭环系统和神经反馈提高治疗的智能化水平和患者参与度。目前，这项技术仍处于快速发展阶段，面临着成本、长期稳定性、伦理、大规模临床应用验证等挑战。

4.3.2　多学科协作与技术整合　

BCI涉及神经科学、工程学、人工智能、临床医学、心理学和康复科学等学科，只有这些学科紧密协作、深度沟通、相互理解彼此的语言和需求，才能克服BCI发展道路上的重重障碍，实现其在医疗康复、功能增强和人机融合方面的巨大潜力。

综上所述，BCI 技术为脑卒中偏瘫患者的康复治疗提供了革命性的解决方案。侵入式与非侵入式BCI在运动功能恢复、语言沟通重建等方面均展现出显著潜力，其作用机制涉及运动想象、皮层可塑性、闭环反馈等多维度神经重塑。尽管面临技术、伦理等挑战，BCI 与人工智能、多模态融合等技术的结合为未来偏瘫治疗带来了新的希望。随着技术的不断进步和临床研究的深入，BCI 有望成为脑卒中偏瘫康复的重要手段，为患者带来更高的生活质量。

来源：高占江,王向东,郭梦茹,等.脑机接口在脑卒中患者偏瘫治疗中的研究进展[J].中国临床神经外科杂志,2025,30(12):743-746.DOI:10.13798/j.issn.1009-153X.2025.12.009.