脑卒中是目前世界范围内发病率高、致残率高、完全治愈率较低的常见脑血管疾病，往往给患者、家庭及社会带来人力、物力与财力各方面的严重负担，并降低患者日常生活活动能力与生活质量。运动功能障碍是脑卒中后遗症中康复的一大关键问题，其中手功能障碍的康复成为治疗的重难点。随着康复医学及其相关领域的发展，从周围干预方法发展到中枢干预方法，其中脑机接口作为一种新式中枢干预方法被应用于脑卒中功能康复当中，特别是手功能的康复；同时中枢干预这一方法也顺应了“精准康复”的新时代理念，为精准医疗提供新的有效途径，值得研究与推广。
一脑机接口的定义
脑机接口BCI(BrainComputerInterface，或说是BMI,BrainMachine
Interface)，通俗的说就是大脑与计算机或外界设备之间的一种联系或通路。单向脑机接口情况下，计算机或其它外界设备接受来自大脑的信号或者向大脑发送信息；而双向脑机接口则能实现大脑与外界之间的双向信息交流，即起到反馈作用。
在临床上，最早的辅助性脑机接口是被用于患有闭锁综合征的病人身上，这类病人在清醒以及对他们所处环境认知清楚的情况下，却不能移动或者讲话。利用这台基于EEG的脑机接口，将患者大脑的SCP信号有目的性地转换成二进制选择，进而在屏幕上生成字幕或者单词，借此表达患者的需求。
二脑机接口的原理
脑机接口运作原理(如图1)：通过对来自大脑信号的采集(包括采集、放大、滤波、A/D转换等)，然后进行数字信号的特征提取，得到最具有代表性(如代表某一功能活动)的特征量，然后经分类后形成控制外部设备的指令；另外，计算机或外界设备也能产生相应的信息反馈回大脑，以此实现大脑与计算机(外界设备)之间的交互作用。
图1脑机接口运作原理图
三脑机接口的康复机制
针对最热门的脑机接口在脑卒中患者中的研究，其将大脑活动转换翻译成对计算机或其它外界设备的信号主要依托两大主要机制(如图2)：
图2脑机接口两种康复机制
1、BCI通过建立一种连续性高维度的对机器人设备或功能性电刺激(FES,
FunctionalElectricalStimulation)的有效大脑控制来辅助患者，让患者实现肢体如上肢手进行相关生活活动时的正确动作，实现他们的日常生活活动，这一方面起到了辅助性脑机接口(assistiveBCI)的作用；
2、在BCI的作用下，通过解码患者的脑电波，并根据解码的结果为患者提供一个实时反馈，大脑神经可塑性得到进一步激活，从而能有效提高患者运动学习以及运动恢复的速度与能力，这一方面则起到康复性脑机接口(rehabilitativeBCI)的作用。
四脑机接口的分类
脑机接口分非侵入性脑机接口与侵入性脑机接口两种，二者具有一定的差别。
在非侵入性脑机接口设备中，有6种典型的大脑信号已经被测试出来：(1)感觉-运动节律(SMR,SensorimotorRhythm,8–15Hz,或说是中央区α节律或μ节律)；(2)慢皮层电位(SCP,SlowCorticalPotential)；(3)事件相关电位(ERPs,Event-relatedPotentials)；(4)稳态视觉/听觉诱发电位；(5)血氧水平依赖的功能磁共振成像；(6)有氧/无氧血红蛋白的集中变化的功能近红外光学成像。
而侵入性脑机接口则需要通过外科手术，在硬膜外、硬膜下或皮质内植入电极阵列。为使得辅助性脑机接口在日常生活环境中更加可靠地被使用，精确、稳定地对大脑活动进行解码进而控制一个高自由度的外界设备输出是很必要的。而侵入性脑机接口则能达到这一目标，它已经成功的在皮质或表面应用局部场电位(LFPs,LocalFieldPotentials)和动作电位(AP,ActionPotential)。
五脑机接口的相关研究
在很长时间内，脑机接口在临床上多以恢复交流功能为主要目的，而无论是非侵入性还是侵入性脑机接口，在恢复运动功能上的影响却显得微不足道。自年来，国外学者用BCI对脑卒中患者上肢及手功能的康复进行了相关研究，受试者数量从1个到16个不等，BCI的信号来源形式有EEG,SMR,MI,ME,fNIRS，所给予的反馈刺激形式包括视觉反馈、本体感觉反馈、触觉输入、功能性电刺激等。另外，近年来有研究报道，四肢瘫患者(如脑干卒中)在经过皮质内电极阵列植入后形成的脑机接口能较可靠地实现对机器手的控制。但外科的计算机硬件植入让患者需要承担注射以及出血的风险，因此大量的脑卒中患者都不愿意接受。
多反馈结合BCI系统将EEG与其他生物信号结合，如眼电图(EOG,Electro-oculogram)、肌电图(EMG,Electromyography)等，形成大脑/神经计算机交互系统(BNCI,Brain/NerveComputerInterface)，实现了运动功能较显著地恢复。通过该系统能实现在佩戴可穿戴式外骨骼下进行手与手指的打开闭合动作，从而也就得以进行日常生活活动(ADL,ActivitiesofDailyLife)。
目前临床上几乎所有用于脑卒中后康复治疗的脑机接口都是非侵入性的。然而已经有显著的结果表明，非侵入性的方法具有很大的局限性。这种限制来源于电极片或感受器到信号源之间的距离，这距离大大增加了采集器采集小幅度、高频率大脑信号的难度。而低频率的比如SMR却显示了与有目的运动较低的相关性以及具有偶然性，高γ带和动作电位(单/多单元)的解码能够支配高自由度的假肢或功能性电刺激FES。
脑机接口BCI多结合其他刺激进行疾病的治疗，其刺激形式包括外周刺激与中枢刺激，而中枢刺激又可分为侵入性刺激与非侵入性刺激。
目前，用脑机接口结合功能性电刺激(FES)(图3)(外周刺激的一种)治疗脑卒中后手功能障碍的一大热点。这一结合形成了一种中枢干预与外周干预的新模式，促进神经通路的接合。BCI在直接激活脑区的同时，输出信号配合外周功能性电刺激，再从外周进行刺激，两种刺激直接可能形成一种对接，促进患者功能更快地恢复。另外，FES也在行使一种弥补患者残损功能的作用，以实现患者的日常生活活动。
图3BCI结合FES
有研究显示，通过一个慢性脑卒中手指肌肉瘫痪的患者应用脑机接口结合FES进行治疗，发现在9个疗程的治疗之后，个别的手指伸展功能得到一定程度的恢复(通过测量手指伸展活动度得出)。
大脑侵入性刺激具有很大风险，技术要求高，且跟伦理道德相关联，该领域正处于研究当中。除了侵入性刺激技术，深部脑刺激(DBS,DeepBrainStimulation)或运动皮层刺激、非侵入性大脑刺激(NIBS,NoninvasiveBrainStimulation)如经颅直流电刺激(tDCS,TranscranialDirectCurrentStimulation)或经颅磁刺激(TMS,TranscranialMagneticStimulation)正渐渐不断地被应用，它们所产生的大脑生理效应正在研究当中。例如，有研究证明，利用1~2mA的弱直流电(DC,DirectCurrent)通过用生理盐水浸泡过的海绵或者电极，进行经颅刺激，发现其能改善学习能力与巩固残留能力。另有研究提示，当在对慢性脑卒中患者的健侧运动皮层进行tDCS后，患手的反应时间与捏力都得到提高。
有新研究(如图4)证明tDCS能增强学习如何控制基于SMR的脑机接口的能力。在这个研究中，健康受试者先接受长达20分钟的阳极或阴极的经颅直流电刺激，刺激部位为他们的初级运动皮层(M1)，紧接着就进行基于SMR脑机接口的控制训练。在经过一周的日常训练后，对于BCI的控制能力，接受阳极tDCS的受试者要比接受阴极tDCS者或假刺激者提高得多。直到训练结束前的一个月，接受阳极tDCS的受试者仍然在学习新技能的方面具有超前优势。
图4BCI结合tDCS
有学者通过研究指出定时的tDCS与训练进行结合，会对刺激效果产生影响。因此，在对脑卒中患者进行BCI治疗时，为达到BCI训练的可用性与有效性，应用新的战略如实时或状态相关脑刺激不妨是很值得推广的方法。最近的新研究成功地将tDCS与基于EEG的脑机接口进行了结合。
而研究发现，重复经颅磁刺激(rTMS)也与tDCS有相似作用。激活剂量的rTMS作用于健侧半球或者抑制剂量的rTMS作用于对侧半球或者两种方式的结合在脑卒中运动功能障碍的恢复中具有一定疗效，但仍需要更大的样本量来证实。
另外，一种更为前沿的技术(图5)是通过中枢神经信号，也就是EEG信号，直接控制外部设备对大脑皮层进行刺激。研究人员在一名正常人和一名中风患者身上同时实现了该技术。在这项研究中，被试根据要求静坐在一台计算机前，并根据屏幕上的提示完成相应的想象运动，同时记录EEG信号。研究人员通过分析被试的EEG信号判断被试是否在执行规定的想象运动，一旦这种意识任务被检测到，系统就会自动在被试的健侧运动功能区施加一次TMS刺激，每次刺激的间隔不少于ms。同时，这种检测到的大脑意识也用于控制一台机械手臂辅助患者进行被动运动。脑卒中患者经过干预后，其MEP信号幅值和脑区激活面积均有了很大提高，这在一定程度上证明了该方案对于中风康复具有实际作用。
图5基于EEG信号的中枢干预
六总结
脑机接口是让脑卒中遗留功能障碍患者重获运动功能的重要工具。尽管仍然需要更多的临床研究来探索脑机接口在脑卒中患者功能障碍的恢复与治疗机制，治疗的初步效果预测，随着植入性系统可靠性与安全性的提高，对于那些找不到更好的康复治疗手段的脑卒中患者，脑机接口将是康复领域中具有重大潜能并有广泛应用前景的新兴治疗方法。将侵入性与非侵入性脑刺激与脑机接口结合，在脑卒中“精准康复”方面，能起到增强潜在性大脑功能恢复的疗效。
参考文献：略
《世界康复工程与器械》·6
（如需转载，请注明出处）
1.陈树耿先生
医院康复医学科
硕士研究生
2.贾杰女士
医院康复医学科
教授
山东白癜风医院白癜风的最初症状
转载请注明地址:
http://www.ohdqi.com/zcmbyf/10120.html
当前时间：