神經(jīng)義肢技術(shù)在脊髓損傷患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

公維軍

·專題綜述·

神經(jīng)義肢技術(shù)在脊髓損傷患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

公維軍

神經(jīng)義肢技術(shù)基于腦機(jī)接口，通過分析腦電信號(hào)獲得控制命令直接作用于肌肉系統(tǒng)或外部設(shè)備，從而代償腦?脊髓?肌肉傳出通路，恢復(fù)脊髓損傷患者運(yùn)動(dòng)功能。該項(xiàng)技術(shù)涉及腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、信息與通信工程、控制科學(xué)與工程等多學(xué)科。本文擬對近年來神經(jīng)義肢技術(shù)在脊髓損傷患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行概述。

神經(jīng)義肢（非MeSH詞）； 脊髓損傷； 康復(fù)； 綜述

脊髓損傷（SCI）發(fā)生率呈逐年增高趨勢。脊髓損傷是脊柱損傷最嚴(yán)重的并發(fā)癥，系指各種原因引起的脊髓結(jié)構(gòu)和功能損害，導(dǎo)致?lián)p傷平面以下運(yùn)動(dòng)、感覺和自主神經(jīng)功能障礙［1］。胸髓以下?lián)p傷致軀干、下肢和盆腔臟器功能障礙而未累及上肢的截癱患者，可以借助輪椅、截癱專用輔助器具實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移、站立和行走等日常生活和活動(dòng)，功能恢復(fù)和代償較好［2］；頸髓損傷致上肢運(yùn)動(dòng)障礙患者，功能恢復(fù)較差，無法行走，且大部分患者明顯依賴他人，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量［3］，可以通過神經(jīng)義肢技術(shù)恢復(fù)和代償上肢運(yùn)動(dòng)功能。脊髓損傷修復(fù)迄今仍是醫(yī)學(xué)難題，如何規(guī)避損傷的脊髓傳遞神經(jīng)信號(hào)即成為研究焦點(diǎn)。近年來，隨著腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對神經(jīng)義肢技術(shù)進(jìn)行深入研究。神經(jīng)義肢技術(shù)主要基于腦機(jī)接口（BCI），通過采集和分析腦電信號(hào)獲得控制命令直接作用于肌肉系統(tǒng)或外部設(shè)備，代償傳統(tǒng)腦?脊髓?肌肉傳出通路，重塑脊髓損傷患者運(yùn)動(dòng)功能［4］，該項(xiàng)技術(shù)可以有效幫助脊髓損傷患者進(jìn)行康復(fù)治療和功能重塑。本文擬對近年來神經(jīng)義肢技術(shù)在脊髓損傷患者康復(fù)治療中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行簡要概述。

一、腦機(jī)接口技術(shù)

基于腦機(jī)接口的神經(jīng)義肢技術(shù)不依賴正常的神經(jīng)傳導(dǎo)通路，通過記錄和分析腦電信號(hào)［分為有創(chuàng)式和無創(chuàng)式，有創(chuàng)式將微電極植入大腦皮質(zhì)以獲取皮質(zhì)腦電圖（ECoG），無創(chuàng)式則直接從頭皮表面獲取頭皮腦電圖］，將采集到的生物電信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制命令直接對肌肉系統(tǒng)或外部設(shè)備進(jìn)行控制［5］。典型的腦機(jī)接口系統(tǒng)包括四部分，分別為信號(hào)采集、處理單元、外部設(shè)備和反饋部分［6］。通常采用功率譜分析等信號(hào)處理方法提取腦電信號(hào)特征，以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模式識(shí)別方法進(jìn)行分類，最終獲得命令編碼并傳輸至外部設(shè)備以完成控制作用［5］。目前基于腦機(jī)接口的外部設(shè)備控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，且有較高的信息傳輸率和準(zhǔn)確性。

二、腦機(jī)接口在康復(fù)工程領(lǐng)域的應(yīng)用

基于腦機(jī)接口的康復(fù)技術(shù)包括以下幾方面：（1）通過腦機(jī)接口直接與外部設(shè)備進(jìn)行通訊，如控制智能輪椅進(jìn)行移動(dòng)［7］、控制家居設(shè)備開關(guān)［8］、控制電腦屏幕上光標(biāo)移動(dòng)［9］等。（2）對于肢體完好但神經(jīng)傳導(dǎo)通路阻斷的患者通過腦機(jī)接口控制肢體肌肉，如控制神經(jīng)義肢手實(shí)現(xiàn)抓握等動(dòng)作［10］、完成日常生活基本動(dòng)作、實(shí)現(xiàn)癱瘓患者運(yùn)動(dòng)功能代償［11］等。此外，從康復(fù)角度看，基于腦機(jī)接口的康復(fù)設(shè)備也在臨床廣泛應(yīng)用，用于多種疾病的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)，如偏癱、截癱、腦癱和截肢，可以通過人機(jī)交互在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）情景中基于腦機(jī)接口的反饋系統(tǒng)進(jìn)行下肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練［12］。對于腦卒中患者，康復(fù)訓(xùn)練可以促進(jìn)神經(jīng)功能重塑，減輕殘疾，提高生活質(zhì)量［13］；對于脊髓損傷患者，神經(jīng)修復(fù)極為困難，通過腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能代償即成為重要治療方法。

三、神經(jīng)義肢技術(shù)在脊髓損傷患者康復(fù)中的應(yīng)用

通過腦機(jī)接口技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)脊髓損傷患者對機(jī)械臂、下肢外骨骼矯形器、步行支具等輔助運(yùn)動(dòng)設(shè)備和自身失神經(jīng)支配肌肉的控制，代償上肢和下肢運(yùn)動(dòng)功能，提高生活自理能力。目前基于腦機(jī)接口應(yīng)用于脊髓損傷患者的治療方法主要有兩種，一種是腦機(jī)接口控制康復(fù)機(jī)器人技術(shù)，另一種是腦機(jī)接口控制失神經(jīng)肌肉技術(shù)［11，14?15］。

1.腦機(jī)接口控制康復(fù)機(jī)器人技術(shù) 康復(fù)機(jī)器人主要分為康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人和輔助型康復(fù)機(jī)器人兩種類型，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人主要幫助患者完成各種訓(xùn)練，輔助型康復(fù)機(jī)器人主要幫助患者完成各種肢體動(dòng)作。控制康復(fù)機(jī)器人以幫助脊髓損傷患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練或功能代償，是腦機(jī)接口技術(shù)的重要應(yīng)用。一方面，使用自動(dòng)輔助型康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)治療，可以減輕康復(fù)治療師工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率；另一方面，自主控制康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以使患者主動(dòng)參與，取得更好療效［16］。孟憲鵬［17］采用事件相關(guān)電位（ERP）P300和運(yùn)動(dòng)想象控制多關(guān)節(jié)（腕、肘、肩、腰關(guān)節(jié)）機(jī)械臂，經(jīng)過一定訓(xùn)練的患者可以較好地控制機(jī)械臂完成各種動(dòng)作和任務(wù)。任宇鵬等［18］通過腦機(jī)接口機(jī)械手閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手握住水杯、倒水、將水杯放回原處和機(jī)械手復(fù)位等動(dòng)作，可以為多自由度假肢、外骨骼矯形器、護(hù)理機(jī)器人等運(yùn)動(dòng)輔助器提供新的技術(shù)和思路。Yahud和Osman［19］研發(fā)了基于腦機(jī)接口并擁有16個(gè)自由度的機(jī)械手，可以完成圓柱體抓取、鑰匙捏取、兩手指夾取紙片、三手指夾取雞蛋等動(dòng)作，但該系統(tǒng)也存在缺陷，如信號(hào)處理速度、識(shí)別率和控制精確率不高，干擾現(xiàn)象嚴(yán)重，且患者需經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練。對于脊髓損傷部位較高導(dǎo)致上肢功能障礙的患者，腦機(jī)接口有助于通過穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（SSVEP）或自發(fā)性運(yùn)動(dòng)想象結(jié)合α波以自主控制光標(biāo)移動(dòng)和單擊實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽［9］，并能夠控制文字輸入［20］，通過 P300［21］、穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位［22］、閉眼放松［23］或雙手運(yùn)動(dòng)想象［24］，實(shí)現(xiàn)對智能輪椅的控制，其優(yōu)點(diǎn)是不通過肢體動(dòng)作即可實(shí)現(xiàn)對輪椅運(yùn)動(dòng)方向的控制，適用于功能障礙嚴(yán)重的脊髓損傷患者，且成本較低、實(shí)用性較強(qiáng)［5］，然而，P300需要必要的外部裝置以刺激視覺，故實(shí)時(shí)性較差，同時(shí)易給受試者帶來視覺疲勞；基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的智能輪椅也同樣存在刺激目標(biāo)數(shù)目少、刺激時(shí)間長、易誘發(fā)疲勞和癲發(fā)作等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性較差、信息傳輸率較低，影響患者對外部真實(shí)環(huán)境做出正確判斷；基于運(yùn)動(dòng)想象的智能輪椅雖然能夠克服視覺長時(shí)間刺激的影響，但在特征提取和信號(hào)識(shí)別率、信號(hào)處理效率方面尚待進(jìn)一步提高。對于不完全性高位脊髓損傷患者，殘留部分腕關(guān)節(jié)功能，可以采用具有輔助功能的操縱桿控制輪椅或應(yīng)用基于手勢識(shí)別控制［25］和表面肌電控制［26］等腦機(jī)接口的智能輪椅，最大限度利用患者殘留功能，在時(shí)效性和識(shí)別率方面較腦機(jī)接口更高。目前，康復(fù)機(jī)器人仍存在較多問題，主要集中于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制精度和速度，機(jī)械設(shè)備靈巧性、響應(yīng)性和實(shí)用性等方面，且缺乏客觀評價(jià)體系，尚待進(jìn)一步研究。

2.腦機(jī)接口控制失神經(jīng)肌肉技術(shù) 功能性電刺激術(shù)（FES）在脊髓損傷患者的康復(fù)中業(yè)已得到廣泛應(yīng)用［27］，但該項(xiàng)技術(shù)主要是局部刺激患者末端神經(jīng)，不能根據(jù)患者主觀運(yùn)動(dòng)意愿活動(dòng)，基于腦機(jī)接口?功能性電刺激（BCI?FES）技術(shù)系指在腦與失神經(jīng)肌肉之間建立直接聯(lián)系，不依賴腦?外周神經(jīng)?肌肉這一正常神經(jīng)傳導(dǎo)通路［28］，同時(shí)能夠克服單純功能性電刺激適應(yīng)性差、難以控制等不足，從而達(dá)到理想康復(fù)治療效果。Vidaurre等［14］采用無創(chuàng)式運(yùn)動(dòng)想象聯(lián)合腦機(jī)接口，通過功能性電刺激使健康成年人模擬并控制上肢活動(dòng)，首次證實(shí)腦機(jī)接口?功能性電刺激線性實(shí)時(shí)控制的可行性，準(zhǔn)確率達(dá)（82.50±3.16）%。Vuckovic等［15］首次將腦機(jī)接口?功能性電刺激用于2例頸髓（C5）損傷致四肢癱患者，使其實(shí)現(xiàn)手的張開和閉合，準(zhǔn)確率達(dá)83.5%和83.8%。Bouton等［11］將這種技術(shù)稱為神經(jīng)旁路系統(tǒng)（NBS），并將微電極植入頸髓（C5～6）損傷患者大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)內(nèi)部，手臂穿戴定制的裝有130個(gè)電極的柔性前臂套筒，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)患者意識(shí)實(shí)時(shí)做出動(dòng)作，如抓握、握住水杯移動(dòng)、倒水、捏住勺子并攪拌等，經(jīng)過15個(gè)月的康復(fù)訓(xùn)練，相當(dāng)于C7～T1損傷患者的運(yùn)動(dòng)功能，顯著改善日常生活活動(dòng)能力。Rohm等［29］基于腦機(jī)接口設(shè)計(jì)一款混合功能性電刺激的上肢外動(dòng)力矯形器，并成功用于C4完全性損傷患者，通過運(yùn)動(dòng)想象聯(lián)合腦機(jī)接口?功能性電刺激完成物品抓握、釋放、移動(dòng)，借助腦機(jī)接口控制的上肢外動(dòng)力矯形器完成肘關(guān)節(jié)屈伸動(dòng)作，以及文件簽署、吃冰激凌和餅干等日常生活和活動(dòng)。周鵬等［30］研發(fā)一種可供癱瘓患者根據(jù)自身運(yùn)動(dòng)意愿控制其殘肢運(yùn)動(dòng)的智能康復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采集并分析患者左右手運(yùn)動(dòng)想象動(dòng)作電位信號(hào)，以95%以上正確率分析運(yùn)動(dòng)意愿，控制功能性電刺激儀完成手掌伸展、四肢彎曲同時(shí)拇指伸展、彎曲拇指側(cè)捏等動(dòng)作。手部運(yùn)動(dòng)功能的重建對于脊髓損傷致癱瘓患者，特別是C5或C6損傷患者具有重要意義，能夠使其恢復(fù)基本日常生活活動(dòng)能力，促進(jìn)癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)。Osuagwu等［31］將腦機(jī)接口?功能性電刺激與傳統(tǒng)功能性電刺激比較，12例亞急性期四肢癱患者分為兩組，測量患者嘗試運(yùn)動(dòng)時(shí)尺神經(jīng)和正中神經(jīng)事件相關(guān)電位、體感誘發(fā)電位（SEP）、腕關(guān)節(jié)和指間關(guān)節(jié)活動(dòng)度，結(jié)果顯示，腦機(jī)接口?功能性電刺激更有利于脊髓損傷患者神經(jīng)修復(fù)和肌力恢復(fù)，建議將該項(xiàng)技術(shù)用于脊髓損傷患者的康復(fù)治療。Do等［32］首次證實(shí)，將腦機(jī)接口?功能性電刺激用于下肢功能重塑是可行的，利用腦電信號(hào)成功驅(qū)動(dòng)健康人脛前肌收縮，實(shí)現(xiàn)足背屈動(dòng)作，然而該項(xiàng)技術(shù)尚存在諸多局限性，例如，所使用的腦電信號(hào)是一條腿運(yùn)動(dòng)引起的腦電變化，通過控制功能性電刺激系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)另一條腿（脛前?。┻\(yùn)動(dòng)，對偏癱患者具有重要意義。姚林等［33］采用基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦機(jī)接口技術(shù)對2位健康受試者進(jìn)行腦機(jī)接口?功能性電刺激控制小腿擺動(dòng)與行走試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對5種運(yùn)動(dòng)意愿的識(shí)別以及小腿擺動(dòng)和行走，但仍存在一些問題，例如，驅(qū)動(dòng)下肢運(yùn)動(dòng)所需的電刺激強(qiáng)度較大，可能產(chǎn)生輕微疼痛；行走過程中受試者難以全神貫注地注視電腦屏幕中的刺激信號(hào)，識(shí)別率低于70%，尚待進(jìn)一步改善。King等［34］首次證實(shí)基于運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)接口?功能性電刺激用于胸髓（T6）損傷患者的可行性，囑患者先在跑步機(jī)懸吊支撐和外骨骼矯形器輔助下于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中訓(xùn)練19周，訓(xùn)練完成后可在助行器輔助下獨(dú)立行走3.66米。

四、展望

隨著神經(jīng)義肢技術(shù)和腦機(jī)接口技術(shù)的迅速崛起以及臨床試驗(yàn)的成功，神經(jīng)義肢技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的重要分支，在臨床工作中將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用［35］。目前已有很多國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行基于腦機(jī)接口技術(shù)的機(jī)械臂應(yīng)用于上肢運(yùn)動(dòng)功能重塑的研究，可能由于控制下肢行走的大腦皮質(zhì)位置較深、腦電信號(hào)較弱，而且，輪椅、截癱矯形器作為癱瘓患者廣泛應(yīng)用的穩(wěn)定可靠的移動(dòng)、步行工具，均在一定程度上限制腦機(jī)接口?功能性電刺激在下肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)中的研究。目前已有較多基于腦機(jī)接口控制外部設(shè)備的系統(tǒng)研究，但采用腦機(jī)接口?功能性電刺激控制脊髓損傷患者的失神經(jīng)肌肉以恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)功能方面，尚待進(jìn)一步深入研究。相信隨著腦機(jī)接口精度和速度的不斷提高以及相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，脊髓損傷患者運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的實(shí)現(xiàn)指日可待。

［1］Lei DQ,Zhao HY,Liu RE,Deng XL.Progress in treatment of spinal cord injury.Zhongguo Xian Dai Shen Jing Ji Bing Za Zhi,2008,8:71?74［.雷德強(qiáng),趙洪洋,劉如恩,鄧興力.脊髓損傷的治療進(jìn)展.中國現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志,2008,8:71?74.］

［2］Jiang JL.Treatment of spinal cord injury.Zhongguo Xian Dai Shen Jing Ji Bing Za Zhi,2004,4:280?281［.姜金利.脊髓損傷的治療.中國現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志,2004,4:280?281.］

［3］Feng YP.Early treatment of spinal cord injury.Zhongguo Xian Dai Shen Jing Ji Bing Za Zhi,2016,16:118?122［.封亞平.脊髓損傷早期處理.中國現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志,2016,16:118?122.］

［4］Wang W,Collinger JL,Perez MA,Tyler?Kabara EC,Cohen LG,Birbaumer N,Brose SW,Schwartz AB,Boninger ML,Weber DJ.Neural interface technology for rehabilitation:exploiting and promoting neuroplasticity.Phys Med Rehabil Clin N Am,2010,21:157?178.

［5］Abdulkader SN,Atia A, Mostafa MM. Brain computer interfacing:applications and challenges.Egypt Inf J,2015,16:213?230.

［6］Schwartz AB,Cui XT,Weber DJ,Moran DW.Brain?controlled interfaces: movement restoration with neural prosthetics.Neuron,2006,52:205?220.

［7］Chen ZC,Pang XY,Sun TL,Li HZ,Yu S,Yin SM.Intelligent wheelchair control system.Dian Zi Ji Shu Ying Yong,2014,40:126?129［.陳真誠,龐雪燕,孫統(tǒng)雷,李宏周,喻雙,殷世民.腦控智能輪椅控制系統(tǒng).電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40:126?129.］

［8］Xing X.Research on the control system of smart home based on portable brain computer interface.Tianjin:Tianjin University of Technology and Education,2014［.邢瀟.基于便攜式腦?機(jī)接口的智能家電控制系統(tǒng)研究.天津:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),2014.］

［9］Dong YL.Brain?computer interface of website browsing system based on EEG signals. Tianjin: Tianjin University of Technology and Education,2014［.董燕麗.基于腦電信號(hào)的網(wǎng)頁瀏覽腦?機(jī)接口系統(tǒng).天津:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),2014.］

［10］Li YN,Zhang XD,Wang YX.Development of a control system of neural prosthesis hand driven by BCI.Zhongguo Yi Liao She Bei,2011,26:5?8［.李耀楠,張小棟,王云霞.腦?機(jī)接口驅(qū)動(dòng)神經(jīng)義肢手系統(tǒng)的研究.中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26:5?8.］

［11］Bouton CE,ShaikhouniA,Annetta NV,BockbraderMA,Friedenberg DA,Nielson DM,Sharma G,Sederberg PB,Glenn BC,Mysiw WJ,Morgan AG,DeogaonkarM,RezaiAR.Restoring cortical control of functional movement in a human with quadriplegia.Nature,2016,533:247?250.

［12］Ma Y,Wang YJ,Gao XR,Gao SK.Virtual reality rehabilitation training platform based on brain computerinterface (BCI).Zhongguo Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Bao,2007,26:373?378［.馬贇,王毅軍,高小榕,高上凱.基于腦?機(jī)接口技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練平臺(tái).中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),2007,26:373?378.］

［13］Daly JJ,Wolpaw JR.Brain?computer interfaces in neurological rehabilitation.Lancet Neurol,2008,7:1032?1043.

［14］Vidaurre C,Klauer C,Schauer T,Ramos?Murguialday A,Müller KR.EEG?based BCI for the linear control of an upper?limb neuroprosthesis.Med Eng Phys,2016,38:1195?1204.

［15］Vuckovic A,Wallace L,Allan DB.Hybrid brain?computer interface and functional electrical stimulation for sensorimotor training in participants with tetraplegia:a proof?of?concept study.J Neurol Phys Ther,2015,39:3?14.

［16］Cheng M,Ren YP,Gao XR,Wang GZ,Ji LH,Gao SK.A rehabilitation robot control technique based on brain?computer interface(BCI).Ji Qi Ren Ji Shu Yu Ying Yong,2003,4:45?48.［程明,任宇鵬,高小榕,王廣志,季林紅,高上凱.腦電信號(hào)控制康復(fù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù).機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2003,4:45?48.］

［17］Meng XP.An exploration of brain?computer control method of multi?joint robot arm.Changsha:National University of Defense Technology,2011［.孟憲鵬.多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的腦機(jī)控制方法探索.長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2011.］

［18］Ren YP,Wang GZ,Cheng M,Gao XR,Ji LH.The control on the artificial limb based on brain?computer interface.Zhongguo Kang Fu Yi Xue Za Zhi,2004,19:330?333［.任宇鵬,王廣志,程明,高小榕,季林紅.基于腦?機(jī)接口的康復(fù)輔助機(jī)械手控制.中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2004,19:330?333.］

［19］Yahud S,Osman NA.Prosthetic hand for the brain?computer interface system.IFMBE Proceedings,2007,15:643?646.

［20］Farwell LA,Donchin E.Talking off the top of your head:toward a mental prosthesis utilizing event?related brain potentials.Electroencephalogr Clin Neurophysiol,1988,70:510?523.

［21］Liu Y.The research of technology of multi?pattern recognition on signal of brain?computer interface.Chongqing:Chongqing University of Technology,2015［.劉楊.腦機(jī)接口信號(hào)的多模式識(shí)別融合技術(shù)研究.重慶:重慶理工大學(xué),2015.］

［22］Xu GH,Zhang F,Wang J,Xie J,Li YP,Zhang SC.Research on key technology on time series combination coding?based high?frequency SSVEP in intelligent wheelchair BCI navigation.Ji Xie Gong Cheng Xue Bao,2013,49:21?29［.徐光華,張鋒,王晶,謝俊,李葉平,張四聰.面向智能輪椅腦機(jī)導(dǎo)航的高頻組合編碼穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位技術(shù)研究.機(jī)械工程學(xué)報(bào),2013,49:21?29.］

［23］Zhou GS.EEG power wheelchair control method of multiple motion based on combination of imagination. Hangzhou:Hangzhou Dianzi University,2014［.周光省.基于多種運(yùn)動(dòng)想象組合的腦電控制電動(dòng)輪椅方法研究.杭州:杭州電子科技大學(xué),2014.］

［24］Huang XY.The research and FPGA implementation of brain?computer interface technology of intelligent wheelchair.Quanzhou:Huaqiao University,2014［.黃學(xué)業(yè).智能輪椅中腦?機(jī)接口技術(shù)的研究及FPGA實(shí)現(xiàn).泉州:華僑大學(xué),2014.］

［25］Luo Y,Xie Y,Zhang Y.Design and implementation of a gesture?driven system for intelligent wheelchairs based on the Kinect sensor.Ji Qi Ren,2012,34:110?113［.羅元,謝彧,張毅.基于Kinect傳感器的智能輪椅手勢控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).機(jī)器人,2012,34:110?113.］

［26］Li LW.SEMG signal action recognition of intelligent wheelchair man?machine interface.Jiaozuo:He'nan Polytechnic University,2015［.李林偉.智能輪椅人機(jī)接口中表面肌電信號(hào)動(dòng)作識(shí)別.焦作:河南理工大學(xué),2015.］

［27］Gorman PH,Wuolle KS,Peckham PH,Heydrick D.Patient selection for an upper extremity neuroprosthesis in tetraplegic individuals.Spinal Cord,1997,35:569?573.

［28］McFarland DJ,Wolpaw JR.Brain?computerinterfacesfor communication and control.Commun ACM,2011,54:60?66.

［29］Rohm M,Schneiders M,Müller C,Kreilinger A,Kaiser V,Müller?Putz GR,Rupp R.Hybrid brain?computer interfaces and hybrid neuroprostheses for restoration of upper limb functions in individuals with high?level spinal cord injury.Artif Intell Med,2013,59:133?142.

［30］Zhou P,Cao HB,Xiong Y,Ge JY,Zhang S,Wang MS.Design of intelligent rehabilitation system based on brain?computer interface.Ji Suan Ji Gong Cheng Yu Ying Yong,2007,43:1?4.［周鵬,曹紅寶,熊屹,葛家怡,張爽,王明時(shí).基于腦機(jī)接口的智能康復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2007,43:1?4.］

［31］Osuagwu BC,Wallace L,Fraser M,Vuckovic A.Rehabilitation of hand in subacute tetraplegic patients based on brain computerinterface and functionalelectricalstimulation:a randomised pilot study.J Neural Eng,2016,13:E065002.

［32］Do AH,Wang PT,King CE,Abiri A,Nenadic Z.Brain?computer interface controlled functional electrical stimulation system for ankle movement.J Neuroeng Rehabil,2011,26:49.

［33］Yao L,Zhang DG,Wang Y.Study on brain?computer interface controlled functionalelectricalstimulation system forlower limbs.Zhongguo Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Bao,2012,31:690?696［.姚林,張定國,王穎.腦機(jī)接口控制的下肢功能性電刺激系統(tǒng)研究.中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),2012,31:690?696.］

［34］KingCE,WangPT,McCrimmonCM,ChouCC,DoAH,Nenadic Z.The feasibility ofa brain?computerinterface functional electrical stimulation system for the restoration of overground walking after paraplegia.J Neuroeng Rehabil,2015,24:80.

［35］Huang MK,Wang GS,Zhang XQ,Wang YC.The role of 5?lipoxygenase in ischemic brain tissue and spinal cord injury and Alzheimer's disease.Zhongguo Nao Xue Guan Bing Za Zhi,2016,13:213?215［.黃茂葵,汪根樹,張相強(qiáng),王躍春.5?脂氧合酶在缺血腦組織和腦脊髓損傷及阿爾茨海默病中的作用.中國腦血管病雜志,2016,13:213?215.］

Application progress of neural prosthesis in rehabilitation of patients with spinal cord injury

GONG Wei?jun
Neurological Disease Rehabilitation Center,Beijing Rehabilitation Hospital,Capital Medical University,Beijing 100144,China(Email:gwj1971@163.com)

Neural prosthesis is based on brain?computer interface(BCI),which directly acts on the muscle system or an external device by analyzing EEG control commands,so as to compensate the efferent pathway of brain?spinal cord?muscle and recover motor function of patients with spinal cord injury.The technology involves comprehensive research of multiple disciplines such as brain science,cognitive neuroscience,biomedical engineering,information and communication engineering,control science and engineering.This paper reviews recent advances of neural prosthesis in the rehabilitation treatment of patients with spinal cord injury.

Neural prosthesis(not inMeSH); Spinal cord injuries; Rehabilitation; Review

10.3969/j.issn.1672?6731.2017.06.002

100144首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京康復(fù)醫(yī)院神經(jīng)疾病康復(fù)中心，Email：gwj1971@163.com

2017?03?24）