腦機(jī)接口技術(shù)對(duì)腦卒中后單側(cè)空間忽略患者康復(fù)治療的研究進(jìn)展

Research Progressof Brain-computerInterface TechnologyinRehabilitation TreatmentofPatients with Unilateral SpatialNeglectafterStroke/SHUXiaorui，CAOGuanbai，HUOJiaxian，XIA Zuwei，YANG Yiping.//Medical Innovation ofChina，2025，22（19）：176-180

[Abstract] Unilateral spatial neglect （USN） is a common cognitive disorder after stroke.Although brain computer-interface （BCI） technology has achieved successin limb motor dysfunction after stroke，theresearch on rehabilitationof USN after stroke is still in the exploratory stage.This article focuses on the mechanismof poststroke USN and the related research on the application of non-invasive BCI technology dedicated to cognitive rehabilitation，withthefocusontheresearchof visualatentiondisorder，hoping toprovidethinkingandreference for the research of BCI on the rehabilitation treatment of post-stroke USN patients.

[Key Words]Brain-computer interfaceUnilateral spatial neglectVirtual realityRehabilitation

First-author's address： Department of Surgery， Jiulongpo District People's Hospital of Chongqing. Chongqing 400050， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2025.19.040

腦卒中是發(fā)病率、死亡率及致殘率均高的腦血管疾病之一，單側(cè)空間忽略（USN）是腦卒中幸存者常見的復(fù)雜的視空間注意障礙及行為異常，所有腦卒中幸存者USN的發(fā)生率為 25%～30% ，而右腦半球卒中幸存者USN的發(fā)生率高達(dá) 50%^[1] ，其特征為患者不能將注意力集中到病灶對(duì)側(cè)，即不能檢測(cè)或響應(yīng)位于病灶對(duì)側(cè)的刺激，也無法有目的地使用這些信息，閱讀時(shí)忽略病灶對(duì)側(cè)的字，不知道穿病灶對(duì)側(cè)衣服、吃病灶對(duì)側(cè)盤中的食物，步行時(shí)病灶對(duì)側(cè)身體碰撞門窗及樹木等，嚴(yán)重影響患者感覺、運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知及日常生活。隨著腦科學(xué)、人工智能和材料學(xué)的發(fā)展，腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)不斷進(jìn)步，已在提高腦卒中患者生活質(zhì)量、促進(jìn)個(gè)性化和精準(zhǔn)化醫(yī)療方面的作用越來越顯示出來[2]。BCI是指人腦與外部設(shè)備，如功能性電刺激、外骨骼、輪椅、服務(wù)機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)等之間的直接互動(dòng)，是目前腦卒中康復(fù)治療的研究熱點(diǎn)，BCI可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充腦卒中患者感覺、運(yùn)動(dòng)及認(rèn)知功能或提升人機(jī)交互能力，有著良好的應(yīng)用前景。自20世紀(jì)90年代中期以來，面向腦卒中患者肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的BCI經(jīng)歷了迅速發(fā)展，能夠使用神經(jīng)集群記錄技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉大腦運(yùn)動(dòng)皮層的復(fù)雜信號(hào)，并用來控制外部設(shè)備，幫助殘疾人恢復(fù)肢體運(yùn)動(dòng)功能[3]。近年來，BCI已應(yīng)用于腦卒中后USN康復(fù)的研究，本文綜述非侵入型BCI應(yīng)用于腦卒中后USN康復(fù)的研究進(jìn)展。

1 USN

USN根據(jù)不同的臨床表現(xiàn)可以分為不同亞型，每個(gè)亞型都與特定的腦卒中部位相關(guān)[4，USN不僅影響視覺空間感知，還影響注意力。由于大腦左側(cè)半球注意力僅來自對(duì)側(cè)的刺激，而大腦右側(cè)半球注意力同時(shí)來自雙側(cè)的刺激，因此，大腦右側(cè)半球是注意力控制的優(yōu)勢(shì)半球。USN主要見于大腦右側(cè)半球病變，其癥狀比大腦左側(cè)半球病變多而嚴(yán)重[。在右側(cè)腦卒中患者中，USN的發(fā)生與額下回、中央前回、中央后回、顳上回、顳中回、腦島及其周圍白質(zhì)及其頂下小葉白質(zhì)的損傷相關(guān)[5]。

關(guān)于腦卒中后USN發(fā)病機(jī)制尚不清楚，相關(guān)學(xué)說較多，如感覺輸入障礙學(xué)說、半球抑制學(xué)說和注意力障礙學(xué)說等。注意力障礙學(xué)說認(rèn)為USN的發(fā)病機(jī)制是腦卒中病灶對(duì)側(cè)半空間注意力障礙和病灶同側(cè)半空間注意力病理性過度所致。注意力是人腦對(duì)外界刺激的反應(yīng)，任何復(fù)雜行為都離不開注意力，注意力與認(rèn)知能力相互作用，通過訓(xùn)練和練習(xí)，可以提升注意力，進(jìn)而促進(jìn)認(rèn)知能力。大腦背側(cè)注意力網(wǎng)絡(luò)（DAN）和腹側(cè)注意力網(wǎng)絡(luò)（VAN）作為聚焦人類注意力的兩個(gè)分布式大腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制著注意力的不同組成部分。DAN是雙側(cè)大腦半球網(wǎng)絡(luò)，在枕葉外側(cè)、額上溝背側(cè)、中央前回、頂上小葉和顳中區(qū)等區(qū)域之間表現(xiàn)出高度連接性，其功能是維持注意力穩(wěn)定，常因其他腦網(wǎng)絡(luò)的活躍而連帶被激活，DAN將注意力聚焦在特定時(shí)刻中最重要最相關(guān)的感官輸人信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)注意力轉(zhuǎn)移的協(xié)調(diào)性，DAN并不獨(dú)立運(yùn)作，而是與其他的大腦網(wǎng)絡(luò)合作，協(xié)助大腦對(duì)刺激的反應(yīng)和焦點(diǎn)控制。VAN位于大腦右側(cè)半球，參與刺激驅(qū)動(dòng)，調(diào)節(jié)內(nèi)源性注意力、注意力重新定向和警覺反應(yīng)，主要功能區(qū)位于右側(cè)顳頂交界和腹側(cè)額葉皮層。VAN功能受損可能間接導(dǎo)致雙側(cè)的DAN功能障礙，這可能是大腦右側(cè)半球卒中導(dǎo)致USN癥狀多且更嚴(yán)重的原因。雖然DAN和VAN這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能不同，但在某些注意過程中相互作用，并一起工作。腦卒中時(shí)這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遭到破壞，從而產(chǎn)生復(fù)雜的USN癥狀。

目前臨床評(píng)估腦卒中后USN尚無金標(biāo)準(zhǔn)，常用的評(píng)估方法是行為注意力不集中測(cè)試（BIT），BIT可用于確定USN的存在、程度和性質(zhì)。鑒于BIT對(duì)USN診斷的靈敏度和準(zhǔn)確率有限，以及在檢測(cè)和識(shí)別USN不同類型方面存在局限性[，一些研究探索使用計(jì)算機(jī)化評(píng)估方法，特別是VR技術(shù)，用于解決現(xiàn)有評(píng)估方法的局限性，并且出現(xiàn)了新的USN管理平臺(tái){。腦卒中后USN康復(fù)治療方法較多，如棱鏡適應(yīng)技術(shù)（PA）、視覺掃描訓(xùn)練（VST），以及機(jī)器人輔助康復(fù)等方法[10-1]，但各種方法的療效尚存在爭(zhēng)議。棱鏡適應(yīng)技術(shù)通過光學(xué)原理使忽略側(cè)視野中的物體向?qū)?cè)偏移，患者通過這種過程的適應(yīng)性訓(xùn)練達(dá)到康復(fù)治療的目的。視覺掃描訓(xùn)練可促進(jìn)患者向忽略側(cè)視覺搜索，提高對(duì)忽略側(cè)的注意，激活受損腦區(qū)，促進(jìn)神經(jīng)可塑性和受損注意力網(wǎng)絡(luò)重組，改善USN癥狀。隨著基于計(jì)算機(jī)的康復(fù)治療方法不斷增長(zhǎng)，基于VR技術(shù)的視覺掃描訓(xùn)練現(xiàn)在已成為USN 患者的一種有前途的康復(fù)訓(xùn)練選擇[10，12-13]。盡管USN康復(fù)治療取得了很大進(jìn)展，但BCI在USN康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究在很大程度上仍處于探索階段。

2 BCI與腦卒中后USN康復(fù)治療

2.1 BCI類型

BCI根據(jù)腦信號(hào)獲取方式不同分為非侵人型和侵入型。非侵入型BCI通過腦電圖（EEG），功能性近紅外光譜（fNIRS）、腦磁圖（MEG）、功能性磁共振成像（fMRI）或功能性經(jīng)顱多普勒超聲等獲取腦信號(hào)。侵入型BCI通過大腦皮層腦電圖（ECoG）獲取腦信號(hào)。

在臨床研究中，已經(jīng)開發(fā)出輔助性BCI和康復(fù)性BCI兩種類型。輔助性BCI旨在繞過受損的腦通路，通過個(gè)人與環(huán)境互動(dòng)，為患者提供替代手段來補(bǔ)償缺陷?？祻?fù)性BCI依托BCI解碼患者腦信號(hào)，在訓(xùn)練過程中實(shí)時(shí)反饋給患者，旨在刺激促進(jìn)大腦內(nèi)受損神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，重新學(xué)習(xí)失去的功能，從而促進(jìn)康復(fù)[3。兩種類型的BCI根據(jù)是否要求用戶做特定的心理活動(dòng)或提供特定的外部刺激，可分為主動(dòng)性、被動(dòng)性和反應(yīng)性BCI三種范式，臨床研究主要涉及主動(dòng)性和反應(yīng)性范式。主動(dòng)性BCI范式涉及大腦活動(dòng)的有意調(diào)節(jié)，常用范式主要有運(yùn)動(dòng)想象BCI（MI-BCI）范式和神經(jīng)反饋BCI（NF-BCI）范式。反應(yīng)性BCI范式依賴于大腦對(duì)外部特定刺激的反應(yīng)，如視覺誘發(fā)電位（VEP）BCI、事件相關(guān)電位BCI等。

2.2 BCI在腦卒中后USN的研究

在腦卒中康復(fù)治療中，通常將重點(diǎn)關(guān)注肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的康復(fù)。為此，已經(jīng)成功開發(fā)出許多BCI范式，如運(yùn)動(dòng)想象BCI能刺激神經(jīng)可塑性和加強(qiáng)相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來控制假肢運(yùn)動(dòng)。直到最近，BCI才被應(yīng)用于腦卒中后注意力及認(rèn)知功能障礙的康復(fù)[3，14]。BCI對(duì)腦卒中后USN 康復(fù)治療的機(jī)制可能為：（1）由于腦區(qū)激活對(duì)注意力及認(rèn)知功能非常重要，通過加強(qiáng)神經(jīng)元的功能性募集，可促進(jìn)殘余神經(jīng)通路重塑；（2）大腦具有一定可塑性，依托BCI對(duì)大腦進(jìn)行直接中樞干預(yù)，可進(jìn)一步激活大腦神經(jīng)可塑性，促進(jìn)皮層重塑；（3）腦卒中后USN存在雙側(cè)大腦半球功能不對(duì)稱，不對(duì)稱性越大，對(duì)腦功能影響越大，康復(fù)效果越差，通過BCI干預(yù)，大腦功能不對(duì)稱性能得到一定程度改善，可促進(jìn)雙側(cè)大腦半球間功能平衡。

神經(jīng)反饋BCI是用戶通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練獲得實(shí)時(shí)反饋來優(yōu)化大腦功能，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)大腦活動(dòng)，改善注意力、處理速度及執(zhí)行功能。神經(jīng)反饋BCI通過訓(xùn)練內(nèi)源性自上而下的注意力控制及對(duì)感覺處理的調(diào)節(jié)，可能會(huì)在神經(jīng)和行為水平上誘導(dǎo)持續(xù)性變化。USN常見于右側(cè)腦卒中后，其特征是對(duì)左側(cè)視覺空間刺激的認(rèn)知障礙，由于自上而下的注意力信號(hào)丟失，右側(cè)視覺皮層的神經(jīng)活動(dòng)受到抑制。Saj等[15]報(bào)告針對(duì)USN康復(fù)治療，使用兩種神經(jīng)反饋BCI技術(shù)：（1）實(shí)時(shí)功能磁共振神經(jīng)反饋BCI，能夠上調(diào)慢性USN患者右側(cè)視覺皮層活動(dòng)。（2）實(shí)時(shí)腦電圖神經(jīng)反饋BCI，對(duì)急性或慢性USN患者已展示出受損腦半球節(jié)律動(dòng)力學(xué)的部分調(diào)節(jié)成功。使用實(shí)時(shí)功能磁共振神經(jīng)反饋BCI和實(shí)時(shí)腦電圖神經(jīng)反饋BCI兩種神經(jīng)反饋BCI技術(shù)之后，USN癥狀都有輕微但令人鼓舞的改善，證明其康復(fù)治療潛力。然而，需要進(jìn)行更有力的臨床研究和更長(zhǎng)的隨訪時(shí)間，以充分確定技術(shù)的有效性，并確定最合適的患者。

Robineau等[評(píng)估USN患者是否能夠通過使用聽覺實(shí)時(shí)功能磁共振成像神經(jīng)反饋BCI，上調(diào)右側(cè)枕葉視覺皮層活動(dòng)，以及對(duì)USN癥狀的影響。兩組USN患者使用不同的神經(jīng)反饋方法，第一組6例患者接受右側(cè)視覺皮層活動(dòng)上調(diào)訓(xùn)練；第二組3例患者接受控制左右腦半球間視覺皮層之間平衡訓(xùn)練。經(jīng)過3個(gè)療程，第一組成功學(xué)會(huì)了控制視覺皮層活動(dòng)，并顯示出USN癥狀輕度降低；第二組不能控制反饋，沒有顯示出任何益處。進(jìn)一步分析表明，右側(cè)視覺皮層活動(dòng)成功上調(diào)與雙側(cè)額頂區(qū)神經(jīng)元的功能性募集加強(qiáng)有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)證明實(shí)時(shí)功能磁共振成像神經(jīng)反饋BCI可能為USN康復(fù)治療提供一種新技術(shù)，但需要進(jìn)一步研究來確定減輕臨床癥狀的有效性及可靠性。

Ros等[17]為研究大腦皮層振蕩的變化在多大程度上有助于USN病理生理學(xué)改變的恢復(fù)，利用腦電圖神經(jīng)反饋BCI，操控5例右腦半球卒中患者的腦電 ∝ 振蕩，以探討其在視覺空間忽略中的作用。

患者接受訓(xùn)練，在6d內(nèi)每天減少右后頂葉皮層 ∝ 振蕩 20min ?；颊咴谟?xùn)練課程之間表現(xiàn)出右后頂葉皮層對(duì) ∝ 振蕩的調(diào)節(jié)得到改善，并觀察到視覺空間搜索缺陷與自發(fā) α 節(jié)律動(dòng)態(tài)范圍的重建之間存在顯著的負(fù)相關(guān)。研究結(jié)果支持腦電圖神經(jīng)反饋BCI作為研究腦卒中后神經(jīng)可塑性的工具，恢復(fù)完整的頂葉 ∝ 振蕩可作為逆轉(zhuǎn)注意力障礙的一個(gè)有希望的靶點(diǎn)，靶向 ∝ 振蕩變異性可能是臨床癥狀和自我調(diào)節(jié)有價(jià)值的標(biāo)志。

Mak等[18]使用腦電圖BCI聯(lián)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)能夠識(shí)別USN的存在，并繪制被忽略視野圖。使用腦電圖BCI能很好地檢測(cè)腦卒中后USN的視覺空間特征，這些特征是患者對(duì)同側(cè)和對(duì)側(cè)視覺刺激的腦電圖反應(yīng)，額葉中央δ和 ∝ 、額葉頂葉θ、Fp1β 和左額葉 γ 被發(fā)現(xiàn)是檢測(cè)USN的重要特征。此外，對(duì)反應(yīng)時(shí)間分析表明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出可能被忽略的目標(biāo)，使用常見空間模式作為特征提取算法預(yù)測(cè)這些目標(biāo)，并使用正則化判別分析結(jié)合核密度估計(jì)進(jìn)行分類。根據(jù)初步研究結(jié)果，該系統(tǒng)有望可靠地檢測(cè)USN的存在，并預(yù)測(cè)腦卒中后USN的視覺目標(biāo)反應(yīng)。

在反應(yīng)性BCI范式中，針對(duì)腦卒中后USN，近年來有關(guān)視覺誘發(fā)電位（VEP）BCI研究較多，在不同的視覺刺激模式下，如閃光、圖像的出現(xiàn)、顏色或圖案的突然改變，視覺皮層產(chǎn)生的視覺誘發(fā)電位不同，視覺誘發(fā)電位可以可靠地應(yīng)用于BCI系統(tǒng)，并顯示出較低的BCI文盲率和更好的魯棒性[19-20]，而且視覺誘發(fā)電位BCI在監(jiān)測(cè)量注意力方面表現(xiàn)出良好的效果[2]。通過腦電圖記錄不同類型USN的視覺誘發(fā)電位具有枕部特別顯著的特征[22；實(shí)施基于視覺誘發(fā)電位BCI的視覺掃描訓(xùn)練混合范式將有效地結(jié)合自下而上和自上而下的康復(fù)策略，鼓勵(lì)患者尋找目標(biāo)，將注意力重新定向到對(duì)側(cè)半空間，加以持續(xù)注意，從而刺激被中斷的注意網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)USN康復(fù)治療效果。

將BCI整合到基于VR的認(rèn)知康復(fù)中，通過提供精確和適應(yīng)性干預(yù)，似乎有希望減輕USN癥狀，這些干預(yù)將動(dòng)態(tài)地解決USN患者的個(gè)人需求。VR技術(shù)提供豐富的多模態(tài)刺激、沉浸感、生態(tài)訓(xùn)練條件和實(shí)施各種康復(fù)策略的可能性[12，23-24]。VR 技術(shù)結(jié)合視覺誘發(fā)電位BCI（VR-VEP-BCI）的視覺掃描訓(xùn)練應(yīng)用程序，將利用VR技術(shù)和視覺誘發(fā)電位BCI技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，訓(xùn)練USN患者廣泛的注意力障礙，USN患者沉浸在一個(gè)有趣的虛擬環(huán)境中，VR的多模態(tài)刺激，允許通過使用多感官線索將注意力重新定向到病灶對(duì)側(cè)半空間，加強(qiáng)USN患者的空間意識(shí)，提高視覺掃描訓(xùn)練效果，有利于USN患者視空間意識(shí)障礙康復(fù)。Fordell等[25]使用一種新型康復(fù)訓(xùn)練方法“RehAtt”，目的是確定RehAtt是否能改善腦卒中后慢性USN的空間注意力，RehAtt由一臺(tái)帶顯示器的計(jì)算機(jī)、3D眼鏡和機(jī)器人筆組成，可激活病灶對(duì)側(cè)手臂的感覺運(yùn)動(dòng)。該軟件將視覺掃描訓(xùn)練與3DVR游戲環(huán)境中的多感官刺激相結(jié)合。通過對(duì)15例腦卒中后慢性USN（癥狀持續(xù)時(shí)間 gt;6 個(gè)月）患者接受 15h （ 3×1h ，持續(xù)5周）的RehAtt訓(xùn)練。經(jīng)過RehAtt訓(xùn)練后，使用忽視測(cè)試和凱瑟琳-波哥量表（Catherine Bergego scale，CBS）評(píng)估行為結(jié)果。在6個(gè)月的隨訪中，使用CBS重復(fù)測(cè)量分析發(fā)現(xiàn)，星星刪除測(cè)驗(yàn)（ P=0.006 ）、烤盤任務(wù)（ Plt;0.001 ）和消光測(cè)驗(yàn)（ P=0.05 ）均有所改善。在Posner任務(wù)中，未擊中自標(biāo)的次數(shù)有所減少（ P=0.024 ）。在訓(xùn)練后CBS立即顯示出日常生活活動(dòng)的改善（ Plt;0.01 ），而且患者6個(gè)月后CBS仍有所改善。RehAtt是USN康復(fù)新概念，通過訓(xùn)練可提高空間注意力，并顯示出在慢性USN患者的日常生活中空間注意力提高。但BCI技術(shù)對(duì)USN康復(fù)的研究仍需要繼續(xù)探索，并確定如何在康復(fù)環(huán)境中優(yōu)化單一BCI范式或在單一范式的基礎(chǔ)上，建立其技術(shù)更加復(fù)雜，功能更強(qiáng)大實(shí)用，可應(yīng)用的領(lǐng)域更廣泛，對(duì)腦信號(hào)的采集也更加精確的混合范式。盡管VR-VEP-BCI范式有可能用于USN康復(fù)，但在克服硬件限制和確保有效的BCI，同時(shí)保持沉浸感和舒適的VR體驗(yàn)方面仍然存在挑戰(zhàn)。

3小結(jié)

將先進(jìn)的BCI技術(shù)與傳統(tǒng)的康復(fù)治療方案相結(jié)合可能是腦卒中后USN康復(fù)治療的未來，BCI的聯(lián)合應(yīng)用方案，如VR技術(shù)結(jié)合BCI技術(shù)，可能會(huì)極大地促進(jìn)康復(fù)的發(fā)展，BCI干預(yù)在腦卒中患者中是一個(gè)很有前景的康復(fù)方法。但BCI技術(shù)仍存在許多問題，如在硬件和軟件開發(fā)方面還存在很多技術(shù)瓶頸，需減少混雜因素對(duì)研究結(jié)果的干擾；人機(jī)交互需要經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練才能獲得理想交互效果，增加了康復(fù)訓(xùn)練時(shí)間成本。這些都需要進(jìn)一步研究，以便對(duì)這一新興技術(shù)的臨床療效得出明確結(jié)論。

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（收稿日期：2024-10-12）（本文編輯：張明瀾）