運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口技術(shù)在腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)中的應(yīng)用

蔣詠春，尹浚驍，趙碧儀，王思晴，區(qū)培琳，李家雯，張燕妮，林強(qiáng)

1 廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院，廣東 廣州 510700；2 中山大學(xué)附屬第七醫(yī)院，廣東 深圳 518107；3 廣州醫(yī)科大學(xué)第五臨床學(xué)院，廣東 廣州 510700；4 廣州中醫(yī)藥大學(xué)針灸康復(fù)臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510006；5 暨南大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510632

運(yùn)動(dòng)想象（motor imagery，MI）是指在不產(chǎn)生實(shí)際動(dòng)作的情況下，通過大腦想象動(dòng)作的發(fā)生，從而激發(fā)與執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作相似的神經(jīng)元活動(dòng)［1-2］。運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口（motor imagery brain-computer interface，MI-BCI）技術(shù)是指通過計(jì)算機(jī)采集想象肢體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的腦電信號(hào)，將獲取到的腦電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、分類，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為對(duì)外部設(shè)備的控制指令，并提供實(shí)時(shí)反饋［3］，實(shí)現(xiàn)人腦與外部設(shè)備之間通信和控制［4］。近年來，MI-BCI技術(shù)在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多，有研究顯示MI-BCI技術(shù)在改善腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能障礙方面取得良好療效［5］，在中、重度肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的康復(fù)中也具有較大潛力［6］。但是，其相關(guān)機(jī)制尚不完全明確，且應(yīng)用過程中還存在一些臨床問題未能解決，極大地限制了MI-BCI技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。本研究從MI-BCI技術(shù)的原理、神經(jīng)調(diào)控機(jī)制、康復(fù)應(yīng)用進(jìn)展、存在的問題和可能的解決途徑等方面進(jìn)行闡述，以期為MI-BCI技術(shù)的臨床應(yīng)用和相關(guān)設(shè)備研發(fā)提供理論支持。

1 MI-BCI技術(shù)的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制

1.1 基于閉環(huán)理論的神經(jīng)重塑機(jī)制

神經(jīng)可塑性是指神經(jīng)連接生成和修改的能力，既可以發(fā)生在功能與結(jié)構(gòu)層面，也可以發(fā)生在突觸、細(xì)胞和大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水平。神經(jīng)可塑性的觸發(fā)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病康復(fù)的基礎(chǔ)。腦卒中患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損會(huì)導(dǎo)致肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙。其康復(fù)治療方案可分為中樞干預(yù)方式和外周干預(yù)方式。其中，中樞干預(yù)方式包括經(jīng)顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）和經(jīng)顱電刺激（transcranial electrical stimulation，TES）；外周干預(yù)方式包括運(yùn)動(dòng)療法（kinesitherapy）、神經(jīng)肌肉電刺激（neuromuscular electrical stimulation，NES）。中樞干預(yù)方式通過直接刺激或激活腦功能區(qū)，增強(qiáng)突觸可塑性，從而促進(jìn)相關(guān)腦區(qū)的功能恢復(fù)，提高肢體運(yùn)動(dòng)能力；外周干預(yù)方式通過強(qiáng)化感覺輸入，將正確的運(yùn)動(dòng)模式反饋于中樞，促進(jìn)功能恢復(fù)。也有研究嘗試將中樞干預(yù)和外周干預(yù)2種方式進(jìn)行整合，可以有效針對(duì)腦損傷后皮質(zhì)功能改變的本質(zhì)問題，以大腦的可塑性以及神經(jīng)通路的重塑為基礎(chǔ)，促進(jìn)中樞重塑和外周控制，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。賈杰［7］提出“中樞-外周-中樞”閉環(huán)理論，闡明了MI-BCI系統(tǒng)是將“中樞-外周”自上而下的中樞刺激模式（運(yùn)動(dòng)想象）與“外周-中樞”自下而上的感覺運(yùn)動(dòng)反饋（外置設(shè)備帶動(dòng)肢體運(yùn)動(dòng)）相結(jié)合。MI-BCI系統(tǒng)借助外置設(shè)備重建中樞到外周的神經(jīng)控制通路［8］，更加符合真實(shí)運(yùn)動(dòng)模式，理論上更有利于腦卒中后神經(jīng)可塑性的觸發(fā)［9-10］，在臨床應(yīng)用方面具有較大潛力。見圖1。

圖1 基于“中樞-外周-中樞”閉環(huán)理論的MI-BCI康復(fù)系統(tǒng)Figure 1 MI-BCI rehabilitation system based on the "central-peripheral-central" closed-loop theory

1.2 基于神經(jīng)反饋和赫布理論的腦功能調(diào)控機(jī)制

1.2.1 神經(jīng)反饋訓(xùn)練 神經(jīng)反饋訓(xùn)練是指通過測(cè)量特定功能腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)，將相關(guān)結(jié)果轉(zhuǎn)化為視覺、聽覺、觸覺等形式實(shí)時(shí)反饋給患者［11］，同時(shí)加入獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，有目的地幫助患者調(diào)節(jié)和訓(xùn)練腦神經(jīng)活動(dòng)，以改善對(duì)應(yīng)的腦功能，達(dá)到修復(fù)受損功能的作用［12］。在MI-BCI訓(xùn)練過程中，患者執(zhí)行特定動(dòng)作的想象，采用計(jì)算機(jī)設(shè)備分析獲取的腦電信號(hào)，若達(dá)到系統(tǒng)閾值就會(huì)驅(qū)動(dòng)外置設(shè)備完成該動(dòng)作，并將動(dòng)作相關(guān)的視覺和本體感覺反饋至大腦。系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)患者動(dòng)作的完成程度給予鼓勵(lì)或評(píng)分等信息反饋［13-15］。反復(fù)的神經(jīng)反饋訓(xùn)練可促進(jìn)正常運(yùn)動(dòng)神經(jīng)回路的重復(fù)招募，加強(qiáng)受腦卒中影響的神經(jīng)元連接，從而改善患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能［7，16］。

1.2.2 赫布理論 赫布理論被認(rèn)為是腦機(jī)接口系統(tǒng)在神經(jīng)康復(fù)中的另一重要修復(fù)機(jī)制［13］，是指通過重復(fù)的學(xué)習(xí)或持續(xù)的刺激用以增加相關(guān)突觸前神經(jīng)元向突觸后神經(jīng)元的傳遞效能，從而引發(fā)經(jīng)常同時(shí)放電的神經(jīng)元形成的連接增強(qiáng)，有利于受損神經(jīng)的重塑及功能恢復(fù)［13，17］。基于赫布理論，MI-BCI康復(fù)訓(xùn)練的過程通過計(jì)算機(jī)和外置設(shè)備，替代或彌補(bǔ)了由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷造成中樞與外周神經(jīng)之間的控制中斷，反復(fù)產(chǎn)生的感覺反饋與運(yùn)動(dòng)控制形成閉合的感覺-運(yùn)動(dòng)環(huán)路刺激有利于受損的中樞神經(jīng)與外周神經(jīng)的功能重建［13，18-20］，恢復(fù)受損的神經(jīng)連接，從而促進(jìn)受損功能康復(fù)［21］。

神經(jīng)反饋是將患者產(chǎn)生的視覺、聽覺、觸覺等反饋給大腦，是利用“外周-中樞”自下而上的感覺運(yùn)動(dòng)反饋，從而有目的地幫助患者調(diào)節(jié)和訓(xùn)練腦神經(jīng)活動(dòng)。赫布理論是通過重復(fù)的學(xué)習(xí)或持續(xù)的刺激來增強(qiáng)相關(guān)神經(jīng)元之間的連接，進(jìn)而修復(fù)由于疾病引起的中樞對(duì)外周的控制中斷。閉環(huán)理論是將“中樞-外周”自上而下的中樞刺激模式（運(yùn)動(dòng)想象）與“外周-中樞”自下而上的感覺運(yùn)動(dòng)反饋（外置設(shè)備帶動(dòng)肢體運(yùn)動(dòng)）相結(jié)合，形成一個(gè)完整的閉合鏈。閉環(huán)理論是神經(jīng)反饋和赫布理論的有機(jī)統(tǒng)一。

2 MI-BCI技術(shù)的臨床康復(fù)應(yīng)用

2.1 MI-BCI技術(shù)在腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

既往研究發(fā)現(xiàn)基于MI-BCI技術(shù)的神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練能夠改善腦卒中后患者的運(yùn)動(dòng)功能障礙［22-23］；MI-BCI技術(shù)與外部控制設(shè)備聯(lián)合可改善腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能障礙［23-26］。

2.1.1 MI-BCI技術(shù)在改善腦卒中上肢運(yùn)動(dòng)功能方面的應(yīng)用 FROLOV等［27］采用多中心、隨機(jī)對(duì)照研究，共納入74例亞慢性期腦卒中患者，隨機(jī)分為對(duì)照組和MI-BCI訓(xùn)練組，對(duì)照組接受常規(guī)物理治療和上肢外骨骼設(shè)備驅(qū)動(dòng)的手部運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，MI-BCI訓(xùn)練組接受常規(guī)物理治療和基于上肢外骨骼驅(qū)動(dòng)的MI-BCI系統(tǒng)訓(xùn)練。與對(duì)照組比較，MI-BCI訓(xùn)練組干預(yù)后Fugl-Meyer上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表（Fugl-Meyer assessment upper extremity scale，F(xiàn)MA-UE）、手臂動(dòng)作調(diào)查測(cè)試（action research arm test，ARAT）評(píng)分明顯更高，研究結(jié)果表明基于上肢外骨骼驅(qū)動(dòng)的MI-BCI系統(tǒng)對(duì)治療腦卒中后患者的運(yùn)動(dòng)功能障礙具有積極作用。為探究MI-BCI訓(xùn)練能否促進(jìn)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，VOURVOPOULOS等［28］納入4例慢性期腦卒中患者，接受8次基于虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）系統(tǒng)的MI-BCI上肢運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練，90 min/次，研究結(jié)果顯示，與治療前比較，所有患者治療后FMA-UE評(píng)分明顯提高，表明基于BCIVR系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)于上肢運(yùn)動(dòng)功能的改善可能是有效的，但仍需要進(jìn)行更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)，以確定其安全性和有效性。

2.1.2 MI-BCI技術(shù)在改善腦卒中下肢運(yùn)動(dòng)功能方面的應(yīng)用 足下垂是導(dǎo)致腦卒中患者步態(tài)功能障礙的重要因素之一［29-30］。MCCRIMMON等［31］納入9例慢性腦卒中下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者進(jìn)行為期4周的MI-BCI聯(lián)合功能性電刺激（functional electrical stimulation，F(xiàn)ES）足背屈訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)，5例患者治療后十分鐘步行測(cè)試（10-minute walking test，10MWT）和六分鐘步行試驗(yàn)（6-minute walking test，6MWT）均明顯提高，3例患者Fugl-Meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表（Fugl-Meyer assessment lower extremity scale，F(xiàn)MA-LE）評(píng)分明顯提高。

目前針對(duì)腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的MIBCI訓(xùn)練研究大多采用FMA-UE、ARAT等功能量表評(píng)估作為主要結(jié)局指標(biāo)；而針對(duì)腦卒中后下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的MI-BCI訓(xùn)練研究，大多采用FMA-LE、6MWT、10MWT等功能量表評(píng)估作為主要結(jié)局指標(biāo)。與下肢運(yùn)動(dòng)功能研究比較，應(yīng)用MI-BCI技術(shù)改善上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的研究更加成熟。可能的主要原因如下：① 大腦皮層中支配上肢運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)域面積較大且位于中部，而支配下肢運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)域面積較小且位于頂部及大腦皮層的內(nèi)側(cè)面，使上肢運(yùn)動(dòng)功能腦區(qū)的腦電信號(hào)采集較下肢更為容易；② 現(xiàn)有技術(shù)難以通過無創(chuàng)的方法對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)采集及解碼［32］；③ 由于行走涉及多個(gè)肌肉運(yùn)動(dòng)的精確協(xié)調(diào)，致使為下肢運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)姆答仚C(jī)制非常困難［33］。

2.2 MI-BCI技術(shù)在腦功能調(diào)控方面的應(yīng)用

既往研究表明，MI-BCI運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的靶點(diǎn)腦區(qū)主要包括初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（primary motor cortex，M1）、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（supplementary motor area，SMA）、運(yùn)動(dòng)前區(qū)（premotor area，PMA）和初級(jí)軀體感覺皮層（primary somatosensory cortex，S1）等。MI-BCI訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)想象階段能夠誘發(fā)mu節(jié)律和beta節(jié)律的事件相關(guān)去同步化（event-related desynchronization，ERD）［3，34-35］，MI-BCI系統(tǒng)正是通過放置在關(guān)鍵腦區(qū)的電極采集、獲取相應(yīng)的腦電信號(hào)，在上述的頻域（mu/beta）中控制外部設(shè)備，完成外周肢體的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。在健康人群的研究中，已有研究顯示基于MIBCI技術(shù)的運(yùn)動(dòng)想象過程能夠激活M1皮層。LIN等［36］通過功能性近紅外光譜技術(shù)（functional nearinfrared spectroscopy，fNIRS）研究發(fā)現(xiàn)健康受試者非利手經(jīng)過10次MI-BCI訓(xùn)練后對(duì)側(cè)大腦M1區(qū)激活較訓(xùn)練前明顯增加。腦卒中患者經(jīng)過MI-BCI訓(xùn)練后，健側(cè)SMA和中央前回（包括M1和PMA）的低頻波動(dòng)振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）較訓(xùn)練前明顯升高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)ALFF指標(biāo)越高，運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)越好［37］。

大腦執(zhí)行運(yùn)動(dòng)或認(rèn)知任務(wù)需要多個(gè)皮層區(qū)域的參與，這些區(qū)域相互連接并交換信息。有研究顯示，MI-BCI訓(xùn)練可使大腦活動(dòng)和連接重新正常化［37］，增強(qiáng)腦區(qū)連通性，從而促進(jìn)腦卒中后功能恢復(fù)［37-39］。VáRKUTI等［40］研究發(fā)現(xiàn)腦卒中患者接受MI-BCI治療后，額頂葉區(qū)域間的功能連接較治療前有較大程度的增強(qiáng)；此外，SMA、患側(cè)M1以及相關(guān)的視覺空間系統(tǒng)部分功能連接增加與個(gè)體上肢功能的改善相關(guān)。

綜上，MI-BCI訓(xùn)練可能通過改善大腦功能網(wǎng)絡(luò)變化，從而促進(jìn)肢體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。但目前該領(lǐng)域的研究對(duì)象多為健康人群，而對(duì)腦卒中患者的研究較少。雖然MI-BCI技術(shù)在健康人群中的應(yīng)用研究結(jié)果可為腦卒中患者提供參考依據(jù)，但由于腦卒中患者大腦的異質(zhì)性高［41-42］、腦結(jié)構(gòu)受損導(dǎo)致腦激活模式改變［43-45］，未來MI-BCI研究需要更多地關(guān)注腦卒中患者，深入探索MI-BCI訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者大腦功能網(wǎng)絡(luò)變化的影響。

3 MI-BCI技術(shù)臨床康復(fù)應(yīng)用中存在的問題及其解決途徑

3.1 MI-BCI表現(xiàn)力不佳

既往研究發(fā)現(xiàn)，部分受試者雖然接受了BCI培訓(xùn)，但仍無法有效控制MI-BCI系統(tǒng)［46-47］，常被稱為BCI非響應(yīng)者［48］。造成BCI非響應(yīng)的原因有很多，多數(shù)研究從工科的角度分析認(rèn)為是BCI信號(hào)采集方式的問題，從臨床角度的歸納總結(jié)還不深入。有研究認(rèn)為，造成BCI非響應(yīng)的主要臨床因素之一為受損腦區(qū)致運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)本身激活不足和受損腦區(qū)致感覺皮層對(duì)運(yùn)動(dòng)皮層的易化作用減退。① 雖然MIBCI訓(xùn)練可以促進(jìn)損傷腦區(qū)激活，但由于神經(jīng)元活動(dòng)與腦損傷程度、運(yùn)動(dòng)任務(wù)的復(fù)雜性有關(guān)［49］，當(dāng)腦區(qū)嚴(yán)重受損時(shí)，由于病灶本身和癱瘓肢體廢用［50］，患側(cè)腦區(qū)皮層激活不足或激活閾值較高，導(dǎo)致BCI設(shè)備對(duì)腦電信號(hào)和運(yùn)動(dòng)意圖的識(shí)別率降低，無法有效控制外接設(shè)備［51］。② 根據(jù)半球間抑制（interhemispheric inhibition，IHI）理論，健側(cè)腦區(qū)對(duì)于受損嚴(yán)重的患側(cè)腦區(qū)抑制作用會(huì)進(jìn)一步限制患側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)興奮性促發(fā)［52-54］，使得神經(jīng)元募集差，難以控制BCI外置設(shè)備，最終導(dǎo)致訓(xùn)練效力不佳［55］。③ 患者腦損傷后多伴有不同程度的感知覺功能減退和神經(jīng)通路改變，導(dǎo)致其外周感覺輸入減少，感覺皮層的激活減少，對(duì)于運(yùn)動(dòng)皮層的易化作用減退［56-57］，導(dǎo)致MI-BCI訓(xùn)練后運(yùn)動(dòng)功能的重塑效果不理想。④ 此外，運(yùn)動(dòng)想象能力［58-60］、認(rèn)知功能、運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)的復(fù)雜程度［60］等因素可能也會(huì)影響MI-BCI的表現(xiàn)力。

聯(lián)合其他中樞干預(yù)方式，可能為改善MI-BCI表現(xiàn)力不佳提供新思路。HONG等［61］研究發(fā)現(xiàn)，與單純MI-BCI訓(xùn)練比較，腦卒中患者進(jìn)行MI-BCI訓(xùn)練前先給予經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）（將tDCS陽極放置在大腦患側(cè)M1區(qū)，陰極放置在健側(cè)M1區(qū)），其同側(cè)皮質(zhì)脊髓束和雙側(cè)胼胝體的白質(zhì)完整性明顯增加，提示tDCS聯(lián)合MI-BCI訓(xùn)練可更好地促進(jìn)神經(jīng)可塑性。TUCHAN等［62］研究發(fā)現(xiàn)，感覺閾值體感電刺激（sensory threshold somatosensory electrical stimulation，st-SES）可以調(diào)節(jié)感覺運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)，激活感覺軸突以傳遞本體感覺信號(hào)，促進(jìn)手部運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。MI結(jié)合st-SES訓(xùn)練可增強(qiáng)低BCI表現(xiàn)受試者感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)域的激活和額頂網(wǎng)絡(luò)之間的皮質(zhì)連接，不同MI任務(wù)之間的分類精度也顯著提高［63-64］。但是MI-BCI技術(shù)最佳的中樞干預(yù)方式、干預(yù)時(shí)間、干預(yù)靶點(diǎn)腦區(qū)、干預(yù)效果尚無定論，仍需進(jìn)一步研究。

3.2 MI-BCI技術(shù)的治療劑量不明確

MI-BCI技術(shù)的治療劑量包括治療療程、治療頻率、治療持續(xù)時(shí)間、治療強(qiáng)度等。YOUNG等［65］研究發(fā)現(xiàn)，MI-BCI療程和強(qiáng)度會(huì)影響神經(jīng)系統(tǒng)的改善。MI-BCI訓(xùn)練時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)引起患者疲勞和情緒的變化［66-67］。部分研究以健康人為受試對(duì)象，對(duì)腦卒中患者選擇合適的治療劑量有一定借鑒意義。LIN等［36］研究發(fā)現(xiàn)，與低頻MI-BCI訓(xùn)練組（30 min/次，1次/2 d）比較，高頻MI-BCI訓(xùn)練組（30 min/次，1次/d）在5次MI-BCI訓(xùn)練后可見更加明顯的M1皮質(zhì)響應(yīng)。明確MI-BCI訓(xùn)練的持續(xù)時(shí)間、頻率和強(qiáng)度如何影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性和臨床功能，對(duì)于制定MI-BCI康復(fù)計(jì)劃至關(guān)重要。未來還需要更多有關(guān)腦卒中患者M(jìn)I-BCI訓(xùn)練強(qiáng)度、療程的臨床研究，以進(jìn)一步提高M(jìn)I-BCI技術(shù)治療的有效性。

3.3 MI-BCI信號(hào)質(zhì)量亟待提高

MI-BCI作為一種非侵入式的腦機(jī)接口技術(shù)，雖然具備安全、無創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)，但其通過固定在頭皮上的穿戴設(shè)備對(duì)大腦信息進(jìn)行提取和解碼，腦電信號(hào)的強(qiáng)度和空間分辨率會(huì)由于顱骨和顱內(nèi)容物對(duì)信號(hào)傳輸?shù)南魅踝饔枚兴档停乙资芗‰娦盘?hào)、高頻噪聲等因素干擾，難以精準(zhǔn)確定發(fā)出信號(hào)的腦區(qū)或者相應(yīng)神經(jīng)元活動(dòng)，采集的信號(hào)質(zhì)量不高，從而影響MI-BCI技術(shù)治療效果。因此，準(zhǔn)確讀取大腦信號(hào)，提高信號(hào)采集質(zhì)量是MI-BCI技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問題。與單一模態(tài)MI-BCI系統(tǒng)比較，聯(lián)合其他神經(jīng)成像方式的多模態(tài)腦機(jī)接口系統(tǒng)，能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以獲得更加精準(zhǔn)的腦電信號(hào)，如功能性磁共振成像技術(shù)（functional magnetic resonance imaging，fMRI）以其高空間分辨率，與MI-BCI系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用可提高M(jìn)I-BCI信號(hào)讀取度；ZICH等［58］將運(yùn)動(dòng)想象期間的腦電圖（electroencephalogram，EEG）與fMRI聯(lián)合，從干擾心電圖（electrocardiogram，ECG）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）梯度的偽影中校正EEG信號(hào)，對(duì)腦電圖進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，可有效提高EEG的讀取度和時(shí)空分辨率。此外，fNIRS-BCI系統(tǒng)因其時(shí)空分辨率適中、不受電磁干擾的影響、操作簡(jiǎn)單方便、受試者頭部運(yùn)動(dòng)對(duì)其影響較小等優(yōu)點(diǎn)，在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。YIN等［68］研究發(fā)現(xiàn)使用EEG-fNIRS結(jié)合的多模態(tài)BCI可以解決單一模態(tài)的信號(hào)質(zhì)量低的局限性，有效識(shí)別受試者的運(yùn)動(dòng)意圖，提高M(jìn)I-BCI信號(hào)采集質(zhì)量。

聯(lián)合fMRI或fNIRS等其他神經(jīng)成像方式的多模態(tài)腦機(jī)接口系統(tǒng)能夠提高信號(hào)采集質(zhì)量，可在一定程度上緩解MI-BCI系統(tǒng)無法精準(zhǔn)定位患者運(yùn)動(dòng)想象過程中所激活腦區(qū)位置的困境，提高系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)MI-BCI技術(shù)的治療效果。但目前該領(lǐng)域的研究尚不完善，如何提高M(jìn)I-BCI信號(hào)采集質(zhì)量以提高腦卒中患者M(jìn)I-BCI治療效果仍需進(jìn)一步探討。

3.4 MI-BCI運(yùn)動(dòng)想象模式的類別較少

目前，基于腦電圖的運(yùn)動(dòng)想象模式類別較少，臨床領(lǐng)域的研究主要集中在雙手或手與腳之間的二分類運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)，致使指令集的數(shù)量較為受限。運(yùn)動(dòng)想象是通過對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)的心理模擬，從而誘發(fā)感覺運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)元活動(dòng)，不同于基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（steady-state visual evoked potential，SSVEP）和P300范式的腦機(jī)接口系統(tǒng)，能夠通過給予受試者不同刺激實(shí)現(xiàn)各種不同類型的指令。MIBCI系統(tǒng)需要受試者自行調(diào)節(jié)感覺運(yùn)動(dòng)節(jié)律（sensorimotor rhythms，SMR）中的mu節(jié)律和beta節(jié)律完成想象任務(wù)，故靈活轉(zhuǎn)換各種運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)對(duì)于受試者而言較為困難。不同BCI范式相結(jié)合的串行混合腦機(jī)接口系統(tǒng)可能是增加運(yùn)動(dòng)想象指令集數(shù)量的新方法。如SSVEP和MI信號(hào)串聯(lián)融合的多模態(tài)腦機(jī)接口系統(tǒng)，能夠通過調(diào)整簡(jiǎn)單指令的執(zhí)行順序完成復(fù)雜操作。在該類BCI系統(tǒng)中，受試者每個(gè)時(shí)刻只需進(jìn)行一個(gè)任務(wù)，豐富指令集不會(huì)增加受試者的訓(xùn)練負(fù)擔(dān)［69］。因此，基于串聯(lián)融合策略的多模態(tài)腦機(jī)接口系統(tǒng)可能有助于彌補(bǔ)MI-BCI系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)想象目標(biāo)指令受限的缺陷。

3.5 MI-BCI訓(xùn)練周期長(zhǎng)

為使受試者更好地控制MI-BCI系統(tǒng)，受試者在信號(hào)校準(zhǔn)階段需要學(xué)習(xí)如何通過轉(zhuǎn)換MI任務(wù)模式對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行調(diào)整［70］。運(yùn)動(dòng)想象訓(xùn)練有助于在執(zhí)行不同運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)時(shí)產(chǎn)生獨(dú)特且穩(wěn)定的腦電信號(hào)，增強(qiáng)MI-EEG的特異性。因此，受試者在訓(xùn)練前期需要耗費(fèi)大量時(shí)間學(xué)習(xí)如何控制大腦節(jié)律。由于時(shí)間、環(huán)境、自身狀態(tài)等因素對(duì)腦電信號(hào)的影響較大［71］，因此初學(xué)受試者在不同時(shí)間執(zhí)行同一運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)的信號(hào)存在差異性，提供準(zhǔn)確的EEG特征將受影響，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤反饋。為實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)分類的高精準(zhǔn)性，需要獲取足夠的腦電數(shù)據(jù)以形成個(gè)性化的信號(hào)分類器。但長(zhǎng)時(shí)間的校準(zhǔn)訓(xùn)練及頻繁發(fā)生的錯(cuò)誤反饋易使受試者感到疲勞和沮喪，從而產(chǎn)生抵觸情緒，無法獲得良好的訓(xùn)練體驗(yàn)［72-73］。因此，縮短運(yùn)動(dòng)想象階段的訓(xùn)練時(shí)間是MI-BCI系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。有學(xué)者認(rèn)為基于不同EEG范式相結(jié)合的多模態(tài)腦機(jī)接口系統(tǒng)可為提高運(yùn)動(dòng)想象訓(xùn)練效果提供新思路。YU等［74］提出了一種聯(lián)合MI和SSVEP的多模態(tài)腦機(jī)接口系統(tǒng)，可提取受試者基于MI和SSVEP混合特征的相關(guān)腦電信號(hào)，結(jié)果表明同時(shí)執(zhí)行視覺反饋任務(wù)和運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)能夠有效提高M(jìn)I-BCI系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，為運(yùn)動(dòng)想象訓(xùn)練提供連續(xù)的正向反饋，有利于維持受試者對(duì)當(dāng)下任務(wù)的興趣和注意力，提高訓(xùn)練效果，縮短訓(xùn)練時(shí)間。但目前針對(duì)該領(lǐng)域的研究較為缺乏，未來研究仍需要開發(fā)更多MI-BCI系統(tǒng)的優(yōu)化治療方案以滿足腦卒中患者的訓(xùn)練需求。

4 小 結(jié)

基于“中樞-外周-中樞”閉環(huán)理論的MI-BCI訓(xùn)練通過自上而下的中樞刺激模式與自下而上的感覺運(yùn)動(dòng)反饋相結(jié)合，形成感覺-運(yùn)動(dòng)閉環(huán)。此外，患者通過反復(fù)訓(xùn)練并給予鼓勵(lì)等信息反饋，增強(qiáng)神經(jīng)元間的連接，可誘導(dǎo)大腦重塑性。因此，MI-BCI訓(xùn)練理論上更有利于患者的肢體功能重建，臨床應(yīng)用更具潛力。但是，MI-BCI技術(shù)在臨床康復(fù)中的應(yīng)用仍存在一些困難。首先，腦卒中患者由于腦損傷致患側(cè)腦區(qū)皮層激活不足或激活閾值調(diào)高，BCI設(shè)備對(duì)于腦電信號(hào)和運(yùn)動(dòng)意圖的識(shí)別率降低，無法有效控制外接設(shè)備，導(dǎo)致中樞到外周的通路薄弱。其次，腦卒中患者感知覺功能減退，其外周感覺輸入和感覺皮層的激活減少，對(duì)于運(yùn)動(dòng)皮層的易化作用減退，導(dǎo)致外周到中樞通路薄弱。MI-BCI技術(shù)聯(lián)合其他中樞神經(jīng)干預(yù)方式，增加運(yùn)動(dòng)想象模式類別方式可改善其康復(fù)效果。但未來仍需要更多相關(guān)臨床研究，開發(fā)適用于各個(gè)時(shí)期腦卒中患者M(jìn)I-BCI訓(xùn)練方案，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的肢體運(yùn)動(dòng)康復(fù)提供新方向。