许多中风患者即使在接受了最好的专家的治疗后，仍然难以移动。创新的中风治疗方法可以帮助人们更有效地康复。一些研究小组已经开发了脑机介面（BCI）系统，该系统可以透过记录脑电波去测量中风患者想象手部运动的时间。我们开发了一种BCI，可以在治疗过程中使用每位患者的大脑活动来控制肌肉刺激器和显示器。患者在治疗期间，当他们正确想象一个动作时，会得到奖励性反馈。我们对51名患者进行了测试，其中一些人多年前曾患过中风。根据标准化测试的结果，49名患者在治疗后有所改善。研究显示，BCI的治疗可以帮助中风患者改善活动能力。我们认为在未来几年BCI会有再进一步的进展，将有更多使用BCI的有效治疗方法。
中风是一种脑损伤，由于人们的寿命越来越长，这种情况越来越常见。当大脑中的血管被堵塞或开始出血时，就会发生中风。在这两种情况下，大脑的某些部分得不到它们所需要的血液供应，这可能导致严重的脑损伤。中风发生后，重要的是病人要立即到医院就诊。医生有时可以帮助病人在中风后的几天内恢复部分脑损伤。然而，即使在医院治疗，许多病人也有严重、持久的脑损伤，需要长期的治疗。
大脑由两半组成，称为左脑和右脑。通常情况下，中风只影响其中一边脑，所以一些中风幸存者在移动身体的左侧或右侧时有困难。在严重的情况下，病人的左侧或右侧的胳膊和腿可能完全瘫痪。在许多较轻的病例中，病人只有一只胳膊或一条腿有困难（不是两只），几乎可以正常完成所有动作。中风可以引起痉挛。这意味着一些肌肉过于紧张。患者可能会有疼痛、移动困难、不受控制的动作和其他问题。
运动困难会导致许多挑战。脑中风幸存者可能无法工作或享受他们喜爱的运动或爱好。他们可能需要朋友和家人的帮助，他们可能因失去工作和治疗及护理费用而出现经济困难。一些中风幸存者在公众场合感到不舒服，因为他们认为人们会嘲笑他们的残疾。这些只是其中一些原因，我们需要用最好的方法和技术来帮助中风患者恢复行动能力。
想象一个中风病人不能够移动一只手。治疗中风病人过程中，治疗师会要求病人想象或尝试某些类型的手部动作。重复几十次治疗有助于大脑重新学习如何控制受影响的手。脑电图（EEG）测量已经使用了很多年，用来测量大脑的电能活动[4]。这种技术使用称为电极的小金属盘，放在头上。脑电图可以告诉我们大脑的哪些区域在活动。例如，通过将电极放在负责运动和感觉的大脑区域上，我们可以研究当一个人移动或感到有感觉时产生的大脑活动。
脑电图可与脑机介面（BCI）结合，以创造一种全新的中风疗法。BCI疗法能够给接受治疗的人提供有关大脑活动的实时反馈的系统。当BCI系统检测到患者想象正确的手部动作时，系统可以反馈给患者知道动作做得正确与否。例如，如果患者想象的是左手的动作，那么显示器上的卡通手会模仿该动作，而肌肉刺激器则帮助左手移动。这样，病人只有在正确完成想象中的动作时才能从系统中获得奖励性反馈。在看到卡通手移动的同时也感觉到自己的手在移动，可以帮助激励病人，鼓励他们的大脑重新学习运动功能。
我们邀请了51名患者参加我们的研究。这些病人平均年龄为61岁，平均在研究前37个月中了风。有些人认为，超过12个月前发生中风的病人可能不会有改善，但我们的假设并非如此。
患者在治疗前参加了两次疗前评估。在疗前评估中，我们进行了一些测试，测试每个病人的运动技能和其他因素。疗前评估在两个不同的日子进行，两个日子相隔一个月，以确保我们在治疗前对患者的能力有充分的了解。评估完成后，患者参加了25至31次BCI治疗，由一名持证治疗师执行治疗。每次治疗需时约1小时，大多数患者每周接受2次治疗（图1）。完成BCI治疗后，我们做了三次疗后评估，以研究每位患者的变化情况。第一次疗后评估是在最后一次治疗后立即进行的，其他疗后评估在治疗一个月和六个月后进行。
我们通过测量三个独立的因素来探索BCI治疗的效果。BCI准确性，大脑活动和肢体运动。
BCI准确性是一种衡量每个患者参与运动想象任务的方式。高BCI准确性表明患者正在关注任务并正确想象运动。如果患者不想象任何运动，那么BCI准确性将为50%左右。低准确性可能表示患者没有参与或没有正确想象动作。治疗师会指导患者，以帮助其提高BCI准确性（图2A）。
图2-（A）一位患者的第1至31个疗程的BCI准确性。起初，在对左手和右手运动进行分类时，BCI准确性为65%。随着治疗次数的增加，准确性有所提高，在第25次治疗中更达到100%。(B）BCI治疗31个疗程前后的大脑激活情况。治疗前的白色表示没有产生手和手指运动的大脑激活，而治疗后的红色表示有更多的大脑激活。C3是负责右手运动的大脑区域上方的电极位置名称。
整个BCI治疗过程中都会测量大脑活动。通常，在早期的治疗过程中，大脑的运动区域未能有效地协同工作。经过几周的治疗，我们通常看到大脑中的运动区域变得更加活跃（图2B）。图2B中的颜色表示在对运动很重要的区域上不同频率的大脑激活情况。X轴表示每次试验的时间；越靠右的区域表示试验的后期。Y轴反映了不同的频率。图中较低的区域是较低的频率（用希腊字母mu表示），图中较高的区域是较高的频率（用希腊字母beta表示）。
BCI治疗的最重要效果是帮助患者恢复运动。图3A是治疗师和科学家用来测试手腕和手部运动的工具，称为九孔钉测试。九孔钉测试中，患者需要拿起九个小钉子并将其放入九个小孔。在整个治疗过程中，我们要求患者用双手多次进行这一项测试，并计算他们完成该测试的时间。 如果BCI治疗能帮助患者恢复运动，我们会看到该患者在治疗过程中完成该测试的时间有所减少（图3B）。
图3-（A）九孔钉测试可用于测试手腕和手部运动。(B)结果显示BCI治疗期间一名患者的手部运动有所改善。受影响（右）手完成任务的时间从治疗开始时的7分26秒减少到28次治疗后的1分14秒。(C)所有研究的患者的所有运动功能测试的总结。如果条形图高于零，说明治疗后运动得到了改善。49名患者的情况有所改善，而只有2名患者的运动能力有所下降（一名患者再次中风，另一名患者没有专注治疗）。
除了九孔钉测试外，我们还使用了许多测试来测量疼痛、痉挛、注意力、记忆以及病人在有帮助和没有帮助的情况下完成不同动作的程度。有些测试只是询问日常活动的问卷，例如病人是否能在没有帮助的情况下穿上T恤。我们对每位患者进行了18次测试，综合测试得分越高，表明这些测试的改善程度越大（图3C）。我们的结果显示，BCI疗法帮助大多数患者恢复运动和/或减少手和手臂的痉挛。我们发现，该疗法中能够达到80%以上准确率的患者效果更好。BCI疗法甚至在患者中风多年后仍能发挥作用。一位患者在中风31年后参加治疗，仍有改善！这就是BCI治疗的效果。我们的结果告诉我们，BCI疗法帮助患者的大脑学习如何更好地控制其动作。
本文已发表在2021年10月1日的《青年思想前沿》上。 Frontiers For Young Minds