2024年10月23日至27日，中国康复医学会综合学术年会暨国际康复医疗产业博览会在福建厦门成功举办。在10月26日下午的会议中，上海中医药大学的徐建光教授进行了题为“脑机接口的神经科学原理内涵——信号到功能、现实与梦想”的主题报告。该报告主要分为三个核心部分：

1. 脑机接口的背景与最新应用成果：详细阐述了脑机接口技术的发展背景和其在各个领域的最新应用成果，展示了这一技术如何从理论走向实践，以及它在医疗、康复等领域的潜力和前景。
2. 脑机接口在康复方面的应用及关键问题：深入探讨了脑机接口技术在康复医学中的应用现状，包括其在帮助患者恢复运动功能方面的作用，以及在实际应用中遇到的关键问题和挑战。
3. “脑-肌电联合解码的‘意图识别-运动辅助’重建脑卒中后瘫痪肢体功能”：徐建光教授团队提出了一种创新的康复策略，即通过脑-肌电联合解码技术来识别患者的意图，并辅助运动，以帮助脑卒中后瘫痪患者重建肢体功能。这一策略不仅提高了康复的效率，也为患者提供了更为个性化的治疗方案。

一、脑机接口的背景与最新应用成果

徐建光教授首先从国内外脑机接口最新的应用开始讲起，再简洁介绍了脑机接口的定义、发展历程，进而引出了本次报告的主题：脑机接口与康复。人口老龄化，这种在全球普遍出现的现象是脑机接口应用于康复治疗的一个重要背景。当下老龄化导致的神经系统疾病患者数量急剧增多，这类患者的康复已经成为了社会健康的一个重大难题。

图 1 脑机接口最新应用

二、脑机接口在康复方面的应用及关键问题

同时，徐教授也提出当前脑功能障碍康复疗效瓶颈亟需突破。即使患者积极康复干预治疗，因为大脑自发重塑的能力有限，仍存在部分患者遗留明显的功能障碍。因此，对于脑机接口与康复，亟需一些理念上、技术上的创新，对此，徐教授提出了几个关键问题：

1、脑康复进入瓶颈的原因是什么？

首先，徐教授先从临床上的难题开始探讨，中枢神经损伤导致的疾病主要分为两大类：阳性征与阴性征，其主要的症状如下图3所示。在这两大类中，往往阴性征是康复治疗的一大难点。

图 2 中枢损伤导致的阳/阴性征

再者，徐教授下引用了一篇关于脑卒中康复的综述[1]中提到的观点——造成残疾失能最重要的原因就是肌力和运动控制减弱，而非肌张力增高。而我们现在康复治疗所采用的方法往往只能解决痉挛等阳性症状,解决这些症状后同时可能导致肌无力,反而导致主动运动能力的下降。而肌力恢复，则是运动控制恢复的前提，也是难点。

因此，治疗上运动神经元“阴性征”是神经康复的突破口。阴性征的本质，则是大脑的一种代偿能力。而神经环路重塑则是神经康复的一种重要机制。特别是在大脑损伤以后，肢体运动的恢复需要神经环路的代偿性重塑。损伤范围较小的可以通过损伤半球健存的一些脑功能区域进行代偿。损伤范围大的则需要进行跨半球的重塑来进行代偿。在这方面，如何有效地重建大脑代偿地环路是关键。

图 3 神经环路重塑

对于功能康复，不同的功能涉及不同的环路。但是大脑的代偿功能有限，简单功能如肩肘动作与复杂功能如手部的精细动作的受损代偿的难易程度也相应不同。徐教授结合其四十多年的经验谈到，传统的康复手段如PT、OT对上肢功能及手部的精细功能的恢复起到的效果极其有限。很多患者遗留着长期的功能障碍。

图 4 简单/复杂功能康复

1. 如何治疗“阴性征”改变康复结局？

徐教授首先强调在功能康复中，肌力恢复的重要性。肌力恢复是运动控制的基础。有效肌力的恢复是感觉反馈和运动控制训练的基础和前提。现在传统的肌电驱动的外骨骼主要用于手部功能的替代，是治疗“阴性征”的一个重要技术。但是传统的肌电外骨骼还存在比较多的问题：

图 5 传统肌电外骨骼的缺陷

1. 如何控制智能辅具，增强功能替代？

徐教授认为，通过脑电信号控制智能辅具或许是一个重要的突破点。近年来徐教授团队已经在这方面做了一些探索，他们已经能通过脑电控制外部设备来替代患者的一些功能。基于脑机接口的脑卒中康复训练也取得一定疗效。

图 6 基于脑机接口的应用

那么，如何将脑机接口用于临床的神经康复，要考虑2个问题^[2]。

1. 需要有稳定的大脑神经活动活动信号用于控制可穿戴设备。
2. 需要有智能的运动辅助设备，对上肢功能（尤其是手功能）的恢复/辅助尤其重要。

现有的非侵入式脑机接口主要用到的是运动想象的电位，其本质是运动学习，同时也要有足够的健全的大脑结构为基础。运动想象电位有以下特点：

图 7 运动想象电位

非侵入式脑机接口安全性较高，但其信噪比低，信号识别难度较大，目前解码的准确率65%-80%（用于脑控过低），主要用于轻度的脑卒中康复训练，而且个体差异比较明显。侵入式脑机接口直接将芯片植入大脑，解码准确率高，可直接用于脑控，但容易感染，存在较大风险。

图 8 侵入式脑机接口

1. 对智能运动辅助装置的无创、有效、精准、实时控制？

徐教授团队基于这个问题，提出了一种创新的想法，从而规避掉脑机接口是否侵入性的问题——把脑机接口转变成脑-肌-机接口。建立两级接口，即先建立脑部到肌肉的接口（通过医学方式），再建立肌肉到外骨骼之间的连接（通过工程方式）。将肌电作为脑电的一个外在表达，再通过肌电耦联进行解码来大大提高准确率。通过皮质-肌电耦联（CMC）来拓展脑机接口应用的范畴。

图 9 创新想法

图 10 皮质-肌肉耦联（CMC）

图 11 促进CMC恢复的方法

严重的脑卒中患者其CMC受到损伤，上肢总是不自主运动。有研究^[3]通过本体感觉反馈增加同侧前运动皮质中的运动想象相关的β频段CMC 来显著地促进运动功能的恢复。因此，可以通过适当的康复训练来增强CMC和加快运动功能的恢复。

1. 从信号到功能

徐教授提出，实现信号到功能的连接需要经过四个关键步骤：首先，通过肌电信号唤醒来激活肌肉的电活动；其次，进行脑电和肌电的同步训练，利用脑机接口结合功能性电刺激、无创神经调控以及功能训练，以增强患者运动意图的表达和识别能力；接着，构建一个完整的脑-肌-机接口系统，让穿戴外骨骼的患者能够在医疗人员的指导下，从简单的动作开始进行控制训练；最后，通过持续的反馈训练和视觉反馈来提升患者的运动控制功能，进而改善手部的精细动作能力。这一过程中，基于皮质-肌电耦联（CMC）的脑-肌-机接口技术相较于传统肌电外骨骼，能更准确地采集和解读信号，更稳定地执行患者的运动意图，为康复治疗带来了新的突破。

三、“脑-肌电联合解码的'意图识别-运动辅助，重建脑卒中后瘫痪肢体功能。

徐教授认为，通过脑电信号控制智能辅具可能是一个重要的突破点。他的团队已经在这方面进行了探索，能够通过脑电控制外部设备来替代患者的一些功能，基于脑机接口的脑卒中康复训练也取得了一定的疗效。徐教授团队提出了一种创新的想法，将脑机接口转变成脑-肌-机接口，建立两级接口，即先建立脑部到肌肉的接口，再建立肌肉到外骨骼之间的连接。这种方法通过皮质-肌电耦联（CMC）来拓展脑机接口应用的范畴，提高准确率。

徐教授团队还研发了一系列基于CMC的脑-肌-机外骨骼产品，如NeuCir-Max、NerCir-E和NeuCir-Lite，这些产品旨在提高非侵入性脑机接口技术的有效性，通过脑-肌电联合解码实现“意图识别-运动辅助”，以重建脑卒中后瘫痪肢体功能。

图 12 脑-肌-机外骨骼

不同于以往的以恢复肌肉关节的活动为目标的康复体系，他们提出了以恢复信号为主要目标的全新康复体系。下面是徐教授团队研发的一系列产品：

图 13 NeuCir-Max

图 14NerCir-E

图 15 NeuCir-Lite

徐建光，1985年毕业于上海医科大学医学系，1985年9月参加工作，在职研究生学历，医学博士，教授，博士生导师。徐教授师承中国工程院院士顾玉东教授，长期从事神经损伤后瘫痪肢体功能重建研究。完成改良健侧颈7 移位术和膈神经移位术等多项首创性工作，主持科技部国家重点研发计划1项、国自然面上项目5 项、省部级课题10 余项，发表论文300余篇，在神经外科、修复重建外科国际权威期刊发表SCI论文多篇；研究成果多次获得国家科技进步二等奖、教育部科技进步奖一等奖，上海市科技进步一等奖、中华医学奖一等奖等。