多感官 BCI 向大脑学习联动方式，助中风患者重拾上肢运动力

中风（stroke）是导致成人长期残障的主要原因之一，许多康复措施在急性期有效，但进入慢性期后，很多患者仍旧难以恢复手臂与手的运动功能。即使经过物理治疗、作业治疗等传统手段多年，也常常只恢复到部分能力。

近期，上海交通大学医学院松江研究院“神经调控与脑功能重塑”实验室团队在 BMC Medicine发布一项令人振奋的研究：他们开发了一种多感官反馈脑机接口系统（Multi-FDBK-BCI），将视觉、触觉和本体感觉反馈同时整合进运动想象训练中。研究显示，这种整合方式比传统仅仅做运动想象训练的效果要好很多，并且揭示了大脑如何在高阶网络中整合两侧半球的信息流向来促进功能恢复。这个成果不仅对于中风康复意义重大，也为脑机接口乃至机器人、自主系统模仿大脑网络整合机制提供了重要学习范本。

为什么“感觉 + 想象 + 反馈联动”非常关键？

01.

在人类运动中，感觉反馈（手的位置、触摸、视觉）是运动控制与学习必不可少的组成。中风损伤后，运动路径常常断裂，不仅运动命令难以下达，感觉—运动环路（sensory-motor loop）也被破坏。传统康复训练往往强调物理活动或单纯的运动想象，但感觉信号缺乏或不一致，导致神经可塑性被约束。

这项研究的创新在于，将感觉反馈作为主动成分引入运动想象 + 脑机接口中：当系统检测到患者在想象手腕伸屈动作时，就同时提供三种类型的反馈——视觉（在屏幕上看到虚拟手伸屈动作）、触觉（用刷子轻触手背）、以及本体感觉/被动运动（用被动运动装置帮手腕动起来）。研究者设想，这样做可更好激活感觉与运动皮层之间的互动，也能够激发高阶网络（如注意网络、默认模式网络、前额叶-顶叶网络）参与，从而推动被损害半球与完整半球之间的交互整合与功能补偿。

临床试验

02.

在这项研究中，研究团队共纳入了 39 名慢性中风后上肢严重障碍的患者，这些人已经接受过长期康复治疗，但恢复有限。参与者被随机分为两组：其中 20 人接受了多感官反馈脑机接口（Multi-FDBK-BCI）训练，另外 19 人则进行传统的单纯运动想象训练作为对照。训练周期为四周，每周五次，每次约半小时，总计二十次。在实验组中，当系统检测到患者进行手腕伸屈的运动想象时，会立即触发三重反馈：屏幕上的虚拟手做出相应动作（视觉反馈）、受试者手背被轻刷（触觉反馈），同时佩戴的装置会带动手腕被动运动（本体感觉反馈）。这种“身临其境”的多感官体验被设计用来同步激活感觉和运动环路，帮助重建受损通路。研究团队在训练前后对患者进行了 Fugl-Meyer 运动量表（FMA）、表面肌电（sEMG）、ARAT 等功能性评估，并结合功能性磁共振成像（fMRI）和 Granger 因果分析追踪脑区活动与信息流动的变化。

结果显示，Multi-FDBK-BCI 组在运动功能改善方面明显优于对照组。接受多感官反馈训练的患者在 FMA 分数和肌电信号幅度上提升更大，平均提高幅度几乎是传统组的两倍，甚至有 7 名患者在训练结束后重新获得了主动伸手腕的能力，而对照组只有 2 人达到这一水平。脑成像结果同样令人瞩目：不仅受损半球的运动皮层活动得到增强，对侧半球以及注意网络、默认模式网络、前额叶-顶叶网络等高阶区域也被招募进来。更重要的是，因果分析揭示了训练后大脑并非依赖直接的半球对半球传导，而是通过这些高阶网络作为“中继站”，将运动意图信息重新分配并整合，从而实现跨半球的补偿。换句话说，大脑通过一条更高阶的整合通路找到了弥补损伤的办法，而这种新的信息流模式也与患者的运动恢复程度呈显著正相关。

机器人、脑机接口，从神经网络中学到什么？

03.

学习人脑的网络思路：大脑不仅靠一个运动区域，而依赖于多个高阶网络（注意力网络、默认模式网络、前额叶顶叶网络等）来协同处理感觉、运动与认知。Multi-FDBK-BCI 正是模仿这种网络整合方式，把感觉 + 想象 + 反馈结合起来，激活多个网络进行补偿与再连接。对于机器人系统或脑机接口设备，这提示我们：要取得最好的控制与反馈效果，不应仅聚焦在“运动控制区域”，而应考虑全脑网络的动态协作。

向脑机接口学习“跨半球补偿”机制：在人脑受损（如中风）后，完整那一侧半球不仅仅是旁观者，而是承担了重要补偿功能。BCI 系统若能设计出促进两侧脑区间信息流通的策略，就能借助大脑自身补偿机制来提高恢复效率。就像这项研究中所做的那样，通过多感官反馈系统激发对侧半球的参与。

预测与定制化治疗的标志物：Granger 因果分析中那个跨网络的信息流变化不仅说明机理，也能作为未来康复中预测响应好的标志物。基于这些标志物，未来治疗（包括脑机接口辅助训练）可以更快确定谁最可能受益，谁可能需要不同反馈组合或不同训练强度。

实用临床价值较强：这项研究选入的是慢性期、上肢功能严重受损的中风患者——正是临床上最难恢复的一类。Multi-FDBK-BCI 在这些患者中仍然展现了显著效果，意味着这不只是理论上的可能，而是真正可以为“无望恢复”的群体带来希望。

新闻来源：BMC Medicine

论文参考：DOI:10.1186/s12916-025-04214-8