中枢神经系统损伤导致的运动功能障碍个体无法将自主运动的命令传递给肌肉，进而导致控制四肢的能力下降，而传统的康复手段存在治疗周期长且人工成本较高等问题。基于脑机接口（BCI）的功能性电刺激（FES）将患者意图与肌肉收缩联系起来，通过识别神经信号并对运动肌肉群进行电脉冲刺激以产生肌肉抽搐或肢体运动，有助于促进神经功能的重建，是脑卒中、脊髓损伤等神经系统疾病后遗症的有效治疗方法。本文从脑机接口范式、功能性电刺激参数以及康复疗效三个方面对基于脑机接口的功能性电刺激研究现状进行梳理，并对未来该项技术的发展趋势进行展望，以期增进对基于脑机接口的功能性电刺激系统的理解。
引用本文： 王瑶, 李雨涵, 崔红岩, 李萌, 陈小刚. 基于脑机接口的功能性电刺激研究综述. 生物医学工程学杂志, 2024, 41(4): 650-655. doi: 10.7507/1001-5515.202311036 复制
0 引言
中枢神经系统是神经系统的主要部分，一旦受损将对患者正常的生活和工作产生极大的影响，令许多患者乃至其家人的生活质量严重下降。诸如脑卒中、颅脑损伤、脊髓损伤、脑性瘫痪、多发性硬化等中枢神经系统疾病还会导致运动神经元严重受损，使个体无法将动作指令传递给肌肉，出现肢体运动功能障碍。因此，中枢神经系统损伤的修复目前已成为热点之一。恢复运动功能的传统方式包括重复训练[1]、中医针灸[2]、机器辅助[3]等，这些方法在延缓患者残肢肌肉萎缩、辅助康复等方面起到了一定的积极作用，但这些传统治疗方法存在手段单一、疗程较长、人工成本较高等问题，治疗效果有限，患者难以坚持至恢复理想状态[4]。基于脑机接口（brain-computer interface，BCI）的功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES）系统是用于治疗中枢神经系统疾病导致的运动功能障碍的高效疗法之一，不仅能实现传统的电刺激康复训练，还能通过BCI技术调动患者主动参与的积极性，从而促进患者的神经康复[5]。
BCI提供了一种大脑和外部环境之间直接通信的途径，通过采集大脑信号推断用户意图来控制计算机应用程序或设备[6]，在神经疾病或神经损伤后的康复和运动中具有重要应用价值[7]。将传统的FES与BCI结合可以实现皮层-肌肉的同步性激活效应，使得大脑-肢体-大脑形成一个闭环通路，促进大脑神经的重塑和修复。与此同时，两者的结合还可以应用于BCI系统中增强用户的运动想象（motor imagery，MI）能力，从而提高BCI性能和皮层激活程度。Bhattacharyya等[8]对16名健康受试者的研究发现，基于FES的反馈比视觉反馈在皮层学习和提高分类准确性方面更为有效，证实了FES和BCI的结合可以帮助受试者有效地调节大脑活动。Ren等[9]将FES和MI相结合，对12名健康受试者在MI的视觉引导前加上相关下肢的肌肉电刺激，提高了参与者在执行任务时的注意力，同时FES诱发的动觉错觉也为MI提供了相对有效的指导，从而获得了更高的分类准确率和分类稳定性。
本文从BCI范式、FES参数以及康复疗效三个方面对BCI-FES研究现状进行梳理，并对目前面临的挑战和未来发展趋势进行总结与展望，以期增进对BCI-FES的理解，为后续科研工作者选取BCI-FES解决方案提供借鉴。
1 BCI-FES作用机制
FES通过施加特定强度的低频电脉冲来刺激运动神经元或者神经所支配的肌肉从而产生肌肉抽搐或肢体运动[10]，促进肌肉的重新激活以实现功能性运动，属于周围神经刺激[11]。通过重复性的周围神经刺激，可以影响中枢神经系统的感觉神经纤维，激活感觉运动皮层和辅助运动皮层[10]，从而改善瘫痪肢体的运动功能。BCI-FES将运动意图和肌肉收缩联系起来，使得大脑能够实时将运动意图反馈至计算机，经过计算机处理后将之转换为FES的驱动信号，进而激活肌肉完成预期动作。同时，运动所产生的感觉反馈到大脑，对受损的神经通路产生一定程度的刺激，从而形成一个完整的神经回路，有助于促进神经功能的重建[12]。BCI-FES系统示意图如图1所示。
图1
BCI-FES系统示意图
Figure1.
Schematic diagram of BCI-FES system
2 BCI实验范式
BCI可以通过大脑活动在大脑与外部设备之间进行直接通信，其临床应用主要有两个方向，一个是用于控制外部设备，辅助患者完成日常生活和工作；另一个是用于神经康复，将获取的大脑信号以其他形式反馈给患者，诱导加强患者的大脑神经可塑性以帮助患者恢复活动能力，进而提高肢体的运动能力，BCI-FES就是BCI在神经康复方面的临床应用之一。基于脑电图（electroencephalogram，EEG）的BCI常用的实验范式包括MI、稳态视觉诱发电位（steady-state visual evoked potential，SSVEP）、P300电位和混合范式等[13]。表1[9, 14-18]列出了BCI-FES研究中常用的BCI实验范式。
表1
BCI-FES研究中常用的BCI实验范式
Table1.
BCI experimental paradigm for BCI-FES studies
MI是内源性的心理过程，不依赖于外界刺激但可以靠相应刺激进行效果增强，并且与真实运动时具有相同的运动神经元通路和相似的脑运动区域的激活[19]，患者可通过不断的对运动的想象训练诱导中枢神经可塑性发展和功能重组，促进功能的恢复。但MI需要花费时间训练来学习控制大脑节律，并且也不是所有的受试都会有很好的表现。由SSVEP触发的BCI依赖于外界的闪烁刺激，因此可能会因闪烁刺激而造成视觉疲劳[20]，但与MI-BCI相比，具有无需或较少训练、较高的信息传输率等优势[21]。Yao等[14]利用不同频率的闪烁块控制FES的不同刺激模式，用户的意图被转换为触发FES不同刺激模式的命令。Son等[15]通过观察闪烁的视频激发FES辅助手臂抬起，初步证明了基于动作视频的FES在神经康复中的潜力。然而，无论是SSVEP-BCI还是MI-BCI系统，均存在着一定的局限性，因此一些研究者开始将目光转移到将混合BCI范式与FES结合以期改善单一范式存在的局限性。Choi等[16]将MI与SSVEP结合，不同的视觉MI任务触发FES的不同模式，再通过注视屏幕的闪烁块以停止电刺激，均实现了对FES较好的控制。
3 FES刺激参数
FES作为一种运动康复干预措施，无论是单独用于改善运动损伤，还是嵌入复杂系统以产生功能性多关节运动，其康复潜力都是不可估量的。FES能够以不同的形式用于促进多种肌肉动作，因此充分了解并有效设置电刺激的各种参数对于运动干预效果以及患者的安全都是至关重要的。
3.1 刺激部位
根据运动神经的可塑性，制定合理的康复训练能够恢复神经肌肉的运动功能。当FES刺激不同的位点时，会引起不同的肌群产生收缩，从而产生不同的动作效果，因此刺激的位点十分重要。FES设备的负极通常放置在肌腹中央，正极放置在相应肌肉的肌腱处。表2[9, 22-25]总结了相关文献使用FES实现的功能以及相应刺激部位。
表2
实现功能和刺激部位的选择
Table2.
The realization of function and the choice of stimulation site
3.2 刺激波形
常用的刺激脉冲的输出波形有非对称双相波和对称双相波[26]。非对称双相波由脉宽或幅值不同、相位相反的波组成，常用于刺激小肌肉，使肌肉收缩仅发生在阴极下方；对称双相波由两个脉宽与幅值相同、相位相反的脉冲波构成，一相产生刺激作用，另一相当平衡波，可以去除电刺激所导致的组织中的电荷积累，在阴极和阳极下都会产生收缩，常用于刺激大肌肉，使之能产生更强的肌肉收缩。
3.3 刺激频率
刺激频率是指在刺激过程中每秒产生的脉冲个数，单位为Hz。根据运动任务的不同，刺激频率也会有所不同，频率设定应该以产生持续而稳定的预期效果为标准，临床中最常使用的频率范围在15～40 Hz之间[10]。理论上频率越高，产生的肌肉收缩效果越大，但神经肌肉交接处的神经传导物质会被越快用完，因此很容易造成疲乏[27]。而频率过低则不能够激发肌肉产生足够强的收缩，进而产生“低频疲劳”[28]。因此选择合适的刺激频率对于诱导中枢神经系统的生理性变化具有重要影响。
3.4 刺激幅度
刺激幅度，也叫电流强度，通常以mA为单位。刺激幅度取决于肌肉的大小、刺激电极的大小和波形的脉冲宽度，较小的上肢肌肉需要较小的电极和较低的刺激幅度来收缩[24]，而较大的下肢和躯干肌肉通常需要更大的刺激幅度。通常情况下，刺激幅度的设置需要在理论基础支撑的情况下并以受试者的反馈为主，以1 mA为增量逐渐增加至能产生明显动作且无太大不适为止[24]，通常采用10～30 mA的电流刺激，并且随着训练后力量的增加，刺激幅度也会随之小幅度增加。
3.5 刺激脉宽
刺激脉宽是指单个脉冲的时间跨度，又称为脉冲持续时间，在能否引起有效的肌肉收缩以及对患者舒适度的影响中占据着非常重要的角色。临床实践中常用的FES刺激脉宽在200～500 µs之间。当刺激脉宽较小时，需要非常高的幅度才能够实现充分的去极化以收缩肌肉；而刺激脉宽较宽时，通常能更深地穿透皮下组织，增加激活的神经纤维数量，从而容易引起更明显的肌肉收缩反应。
3.6 通断周期
通断周期指的是通电时间与断电时间的总和。持续的电刺激会造成肌肉疲劳，进而导致肌肉收缩力的下降[29]，休息时间较长虽不易导致肌肉疲乏，但要达到相同的肌肉收缩所需的治疗时间将更长。因此，为了缓解肌肉疲劳以及对治疗时间的把控，选择合适的通断周期至关重要。
3.7 治疗时间
越来越多的证据表明，FES会导致脊髓和皮质神经回路短期和长期的神经生理学变化[30]。单次电刺激后，肌肉兴奋性的增加可以持续5 min至若干小时；而多次电刺激后可以持续几天甚至更久，并且在多次治疗中还伴随着中枢神经系统的长期重组。然而，由于不同实验中刺激的肌肉、使用的其他参数、症状的严重程度以及干预的总体目标不同，选择的治疗时间也不尽相同。治疗的单次持续时间在30 min到1 h不等，治疗频率从每周五次至每天数次不等，总体治疗时间从2周到3个月不等。目前，较多研究采用总时长约40 h的治疗方案[24]，但对于治疗方案的选择目前尚无相关的解释说明。
4 康复疗效
到目前为止，BCI-FES研究已经被报道过多次，其应用为患者的功能恢复提供了可能，进而提供了进行日常生活的可能性，而且从结果来看具备研究潜能[31-33]，但BCI-FES仍是一个年轻的课题，尚需进一步的研究和验证[34]。总体而言，大多数关于脑卒中和不完全性脊髓损伤患者的文献显示，使用BCI-FES系统后患者的运动功能将得到改善。Biasiucci等[35]对脑卒中患者进行了全面的临床试验，比较了使用BCI-FES和单独使用FES的干预康复效果，最终BCI-FES组表现出临床相关性和更持久的功能恢复结果，且功能的改善在治疗结束后6～12个月仍然存在。Kumari等[36]将BCI-FES系统应用于亚急性脊髓损伤患者的康复干预，证实了在物理练习之前使用BCI-FES来启动感觉运动系统是可行的，但可能需要通过增加样本量或干预时间进行进一步的验证。表3[35-40]总结了BCI-FES系统在应用中的刺激参数和康复疗效。
表3
BCI-FES系统在应用中的刺激参数和康复疗效
Table3.
Stimulus parameters and rehabilitation effect of BCI-FES system in application
5 总结与展望
BCI-FES作为一种新型的康复训练系统，既符合运动学习的原则，又可诱发中枢神经系统的重塑；既可应用于具有较好运动功能的患者，又可实现对严重瘫痪患者的康复治疗，在患者的运动功能恢复中有着良好的应用前景。从目前的临床数据来看，BCI-FES系统采取主动训练模式，有助于促进受损脑神经的代偿或修复，激活大脑的神经可塑性，从而促进神经功能的重建，其康复效果优于单纯的FES，且能发挥更显著和更持久的功能恢复效果。为了缓解患者在康复过程中的疲劳且使效果最大化，BCI范式和FES参数的设置都是康复过程中至关重要的环节。
BCI和FES的结合为治疗中枢神经受损后出现的运动功能障碍提供了新的治疗思路，值得进一步研究和推广，但目前来看仍然面临着一些问题和挑战。首先是BCI技术本身仍有待进步。在信号采集方面，尽管人脑可植入电极有助于更准确地解码运动意图，但由于其伦理和手术的并发症等问题，目前侵入性BCI技术的接受度较低。因此，如何通过非侵入性手段精确获取EEG是BCI技术所面临的挑战之一。在信号编码方面，尽管已经研发了许多BCI范式，但就目前比较成熟的技术来说也存在着长时间注视易产生视觉疲劳、训练时间长、信息传输速率低等问题，尚未出现一种完美的实验范式，因此，仍需致力于研发高效编码、易于操作的BCI范式，以满足实际应用的需求。在信号的解码方面，由于大脑信号的复杂性和不稳定性，它容易受到身体运动和环境噪声等因素的干扰，因此也需要开发更优化的解码算法以提高系统性能。
其次，FES进入临床实际应用时也面临挑战，尽管FES可以引起患者的肌肉收缩，但电刺激在康复过程中所导致的肌肉疲劳是难以避免的。因此，如何减少肌肉疲劳对刺激效果的影响已经成为电刺激系统研究中的一个重要课题。此外，四肢的运动涉及多个自由度，而目前大多数BCI-FES仅使用一个自由度控制休息和活动状态，未来的研究应致力于实现对多通道及多块肌肉的持续控制，旨在实现连续和更多功能性的任务控制，并最大限度地恢复神经损伤个体的运动功能。迄今为止，在已报道的FES相关研究中，只有在慢性脑卒中和不完全性脊髓损伤的患者中显示出了具有统计学意义的效果，期待随着BCI和FES技术的发展，可以使其他神经疾病患者从中受益。
近年来，BCI在医学领域应用中做出了重要尝试，为康复治疗提供了新的思路和手段，为运动障碍患者提供了新的交互媒介，也取得了可喜的成果。将BCI和FES进行整合形成一种新的康复训练系统是现代康复工程领域中极具应用前景的技术，但目前仍处于初级阶段且有一些问题亟待解决，与真正的康复临床实践还有一段距离。展望未来，随着神经科学、信号采集和信号处理等技术的发展，BCI-FES必将打破现有技术的局限，在更广泛的领域实现新的突破。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明：王瑶负责相关文献的收集和筛选，确定了综述的范围和主题；李雨涵负责文献的整理工作并进行综述的撰写；崔红岩、李萌负责论文的语言和格式的审查；陈小刚对文章框架和主题提供了指导性的意见，并参与论文的审查和修订。
0 引言
中枢神经系统是神经系统的主要部分，一旦受损将对患者正常的生活和工作产生极大的影响，令许多患者乃至其家人的生活质量严重下降。诸如脑卒中、颅脑损伤、脊髓损伤、脑性瘫痪、多发性硬化等中枢神经系统疾病还会导致运动神经元严重受损，使个体无法将动作指令传递给肌肉，出现肢体运动功能障碍。因此，中枢神经系统损伤的修复目前已成为热点之一。恢复运动功能的传统方式包括重复训练[1]、中医针灸[2]、机器辅助[3]等，这些方法在延缓患者残肢肌肉萎缩、辅助康复等方面起到了一定的积极作用，但这些传统治疗方法存在手段单一、疗程较长、人工成本较高等问题，治疗效果有限，患者难以坚持至恢复理想状态[4]。基于脑机接口（brain-computer interface，BCI）的功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES）系统是用于治疗中枢神经系统疾病导致的运动功能障碍的高效疗法之一，不仅能实现传统的电刺激康复训练，还能通过BCI技术调动患者主动参与的积极性，从而促进患者的神经康复[5]。
BCI提供了一种大脑和外部环境之间直接通信的途径，通过采集大脑信号推断用户意图来控制计算机应用程序或设备[6]，在神经疾病或神经损伤后的康复和运动中具有重要应用价值[7]。将传统的FES与BCI结合可以实现皮层-肌肉的同步性激活效应，使得大脑-肢体-大脑形成一个闭环通路，促进大脑神经的重塑和修复。与此同时，两者的结合还可以应用于BCI系统中增强用户的运动想象（motor imagery，MI）能力，从而提高BCI性能和皮层激活程度。Bhattacharyya等[8]对16名健康受试者的研究发现，基于FES的反馈比视觉反馈在皮层学习和提高分类准确性方面更为有效，证实了FES和BCI的结合可以帮助受试者有效地调节大脑活动。Ren等[9]将FES和MI相结合，对12名健康受试者在MI的视觉引导前加上相关下肢的肌肉电刺激，提高了参与者在执行任务时的注意力，同时FES诱发的动觉错觉也为MI提供了相对有效的指导，从而获得了更高的分类准确率和分类稳定性。
本文从BCI范式、FES参数以及康复疗效三个方面对BCI-FES研究现状进行梳理，并对目前面临的挑战和未来发展趋势进行总结与展望，以期增进对BCI-FES的理解，为后续科研工作者选取BCI-FES解决方案提供借鉴。
1 BCI-FES作用机制
FES通过施加特定强度的低频电脉冲来刺激运动神经元或者神经所支配的肌肉从而产生肌肉抽搐或肢体运动[10]，促进肌肉的重新激活以实现功能性运动，属于周围神经刺激[11]。通过重复性的周围神经刺激，可以影响中枢神经系统的感觉神经纤维，激活感觉运动皮层和辅助运动皮层[10]，从而改善瘫痪肢体的运动功能。BCI-FES将运动意图和肌肉收缩联系起来，使得大脑能够实时将运动意图反馈至计算机，经过计算机处理后将之转换为FES的驱动信号，进而激活肌肉完成预期动作。同时，运动所产生的感觉反馈到大脑，对受损的神经通路产生一定程度的刺激，从而形成一个完整的神经回路，有助于促进神经功能的重建[12]。BCI-FES系统示意图如图1所示。
图1
BCI-FES系统示意图
Figure1.
Schematic diagram of BCI-FES system
2 BCI实验范式
BCI可以通过大脑活动在大脑与外部设备之间进行直接通信，其临床应用主要有两个方向，一个是用于控制外部设备，辅助患者完成日常生活和工作；另一个是用于神经康复，将获取的大脑信号以其他形式反馈给患者，诱导加强患者的大脑神经可塑性以帮助患者恢复活动能力，进而提高肢体的运动能力，BCI-FES就是BCI在神经康复方面的临床应用之一。基于脑电图（electroencephalogram，EEG）的BCI常用的实验范式包括MI、稳态视觉诱发电位（steady-state visual evoked potential，SSVEP）、P300电位和混合范式等[13]。表1[9, 14-18]列出了BCI-FES研究中常用的BCI实验范式。
表1
BCI-FES研究中常用的BCI实验范式
Table1.
BCI experimental paradigm for BCI-FES studies
MI是内源性的心理过程，不依赖于外界刺激但可以靠相应刺激进行效果增强，并且与真实运动时具有相同的运动神经元通路和相似的脑运动区域的激活[19]，患者可通过不断的对运动的想象训练诱导中枢神经可塑性发展和功能重组，促进功能的恢复。但MI需要花费时间训练来学习控制大脑节律，并且也不是所有的受试都会有很好的表现。由SSVEP触发的BCI依赖于外界的闪烁刺激，因此可能会因闪烁刺激而造成视觉疲劳[20]，但与MI-BCI相比，具有无需或较少训练、较高的信息传输率等优势[21]。Yao等[14]利用不同频率的闪烁块控制FES的不同刺激模式，用户的意图被转换为触发FES不同刺激模式的命令。Son等[15]通过观察闪烁的视频激发FES辅助手臂抬起，初步证明了基于动作视频的FES在神经康复中的潜力。然而，无论是SSVEP-BCI还是MI-BCI系统，均存在着一定的局限性，因此一些研究者开始将目光转移到将混合BCI范式与FES结合以期改善单一范式存在的局限性。Choi等[16]将MI与SSVEP结合，不同的视觉MI任务触发FES的不同模式，再通过注视屏幕的闪烁块以停止电刺激，均实现了对FES较好的控制。
3 FES刺激参数
FES作为一种运动康复干预措施，无论是单独用于改善运动损伤，还是嵌入复杂系统以产生功能性多关节运动，其康复潜力都是不可估量的。FES能够以不同的形式用于促进多种肌肉动作，因此充分了解并有效设置电刺激的各种参数对于运动干预效果以及患者的安全都是至关重要的。
3.1 刺激部位
根据运动神经的可塑性，制定合理的康复训练能够恢复神经肌肉的运动功能。当FES刺激不同的位点时，会引起不同的肌群产生收缩，从而产生不同的动作效果，因此刺激的位点十分重要。FES设备的负极通常放置在肌腹中央，正极放置在相应肌肉的肌腱处。表2[9, 22-25]总结了相关文献使用FES实现的功能以及相应刺激部位。
表2
实现功能和刺激部位的选择
Table2.
The realization of function and the choice of stimulation site
3.2 刺激波形
常用的刺激脉冲的输出波形有非对称双相波和对称双相波[26]。非对称双相波由脉宽或幅值不同、相位相反的波组成，常用于刺激小肌肉，使肌肉收缩仅发生在阴极下方；对称双相波由两个脉宽与幅值相同、相位相反的脉冲波构成，一相产生刺激作用，另一相当平衡波，可以去除电刺激所导致的组织中的电荷积累，在阴极和阳极下都会产生收缩，常用于刺激大肌肉，使之能产生更强的肌肉收缩。
3.3 刺激频率
刺激频率是指在刺激过程中每秒产生的脉冲个数，单位为Hz。根据运动任务的不同，刺激频率也会有所不同，频率设定应该以产生持续而稳定的预期效果为标准，临床中最常使用的频率范围在15～40 Hz之间[10]。理论上频率越高，产生的肌肉收缩效果越大，但神经肌肉交接处的神经传导物质会被越快用完，因此很容易造成疲乏[27]。而频率过低则不能够激发肌肉产生足够强的收缩，进而产生“低频疲劳”[28]。因此选择合适的刺激频率对于诱导中枢神经系统的生理性变化具有重要影响。
3.4 刺激幅度
刺激幅度，也叫电流强度，通常以mA为单位。刺激幅度取决于肌肉的大小、刺激电极的大小和波形的脉冲宽度，较小的上肢肌肉需要较小的电极和较低的刺激幅度来收缩[24]，而较大的下肢和躯干肌肉通常需要更大的刺激幅度。通常情况下，刺激幅度的设置需要在理论基础支撑的情况下并以受试者的反馈为主，以1 mA为增量逐渐增加至能产生明显动作且无太大不适为止[24]，通常采用10～30 mA的电流刺激，并且随着训练后力量的增加，刺激幅度也会随之小幅度增加。
3.5 刺激脉宽
刺激脉宽是指单个脉冲的时间跨度，又称为脉冲持续时间，在能否引起有效的肌肉收缩以及对患者舒适度的影响中占据着非常重要的角色。临床实践中常用的FES刺激脉宽在200～500 µs之间。当刺激脉宽较小时，需要非常高的幅度才能够实现充分的去极化以收缩肌肉；而刺激脉宽较宽时，通常能更深地穿透皮下组织，增加激活的神经纤维数量，从而容易引起更明显的肌肉收缩反应。
3.6 通断周期
通断周期指的是通电时间与断电时间的总和。持续的电刺激会造成肌肉疲劳，进而导致肌肉收缩力的下降[29]，休息时间较长虽不易导致肌肉疲乏，但要达到相同的肌肉收缩所需的治疗时间将更长。因此，为了缓解肌肉疲劳以及对治疗时间的把控，选择合适的通断周期至关重要。
3.7 治疗时间
越来越多的证据表明，FES会导致脊髓和皮质神经回路短期和长期的神经生理学变化[30]。单次电刺激后，肌肉兴奋性的增加可以持续5 min至若干小时；而多次电刺激后可以持续几天甚至更久，并且在多次治疗中还伴随着中枢神经系统的长期重组。然而，由于不同实验中刺激的肌肉、使用的其他参数、症状的严重程度以及干预的总体目标不同，选择的治疗时间也不尽相同。治疗的单次持续时间在30 min到1 h不等，治疗频率从每周五次至每天数次不等，总体治疗时间从2周到3个月不等。目前，较多研究采用总时长约40 h的治疗方案[24]，但对于治疗方案的选择目前尚无相关的解释说明。
4 康复疗效
到目前为止，BCI-FES研究已经被报道过多次，其应用为患者的功能恢复提供了可能，进而提供了进行日常生活的可能性，而且从结果来看具备研究潜能[31-33]，但BCI-FES仍是一个年轻的课题，尚需进一步的研究和验证[34]。总体而言，大多数关于脑卒中和不完全性脊髓损伤患者的文献显示，使用BCI-FES系统后患者的运动功能将得到改善。Biasiucci等[35]对脑卒中患者进行了全面的临床试验，比较了使用BCI-FES和单独使用FES的干预康复效果，最终BCI-FES组表现出临床相关性和更持久的功能恢复结果，且功能的改善在治疗结束后6～12个月仍然存在。Kumari等[36]将BCI-FES系统应用于亚急性脊髓损伤患者的康复干预，证实了在物理练习之前使用BCI-FES来启动感觉运动系统是可行的，但可能需要通过增加样本量或干预时间进行进一步的验证。表3[35-40]总结了BCI-FES系统在应用中的刺激参数和康复疗效。
表3
BCI-FES系统在应用中的刺激参数和康复疗效
Table3.
Stimulus parameters and rehabilitation effect of BCI-FES system in application
5 总结与展望
BCI-FES作为一种新型的康复训练系统，既符合运动学习的原则，又可诱发中枢神经系统的重塑；既可应用于具有较好运动功能的患者，又可实现对严重瘫痪患者的康复治疗，在患者的运动功能恢复中有着良好的应用前景。从目前的临床数据来看，BCI-FES系统采取主动训练模式，有助于促进受损脑神经的代偿或修复，激活大脑的神经可塑性，从而促进神经功能的重建，其康复效果优于单纯的FES，且能发挥更显著和更持久的功能恢复效果。为了缓解患者在康复过程中的疲劳且使效果最大化，BCI范式和FES参数的设置都是康复过程中至关重要的环节。
BCI和FES的结合为治疗中枢神经受损后出现的运动功能障碍提供了新的治疗思路，值得进一步研究和推广，但目前来看仍然面临着一些问题和挑战。首先是BCI技术本身仍有待进步。在信号采集方面，尽管人脑可植入电极有助于更准确地解码运动意图，但由于其伦理和手术的并发症等问题，目前侵入性BCI技术的接受度较低。因此，如何通过非侵入性手段精确获取EEG是BCI技术所面临的挑战之一。在信号编码方面，尽管已经研发了许多BCI范式，但就目前比较成熟的技术来说也存在着长时间注视易产生视觉疲劳、训练时间长、信息传输速率低等问题，尚未出现一种完美的实验范式，因此，仍需致力于研发高效编码、易于操作的BCI范式，以满足实际应用的需求。在信号的解码方面，由于大脑信号的复杂性和不稳定性，它容易受到身体运动和环境噪声等因素的干扰，因此也需要开发更优化的解码算法以提高系统性能。
其次，FES进入临床实际应用时也面临挑战，尽管FES可以引起患者的肌肉收缩，但电刺激在康复过程中所导致的肌肉疲劳是难以避免的。因此，如何减少肌肉疲劳对刺激效果的影响已经成为电刺激系统研究中的一个重要课题。此外，四肢的运动涉及多个自由度，而目前大多数BCI-FES仅使用一个自由度控制休息和活动状态，未来的研究应致力于实现对多通道及多块肌肉的持续控制，旨在实现连续和更多功能性的任务控制，并最大限度地恢复神经损伤个体的运动功能。迄今为止，在已报道的FES相关研究中，只有在慢性脑卒中和不完全性脊髓损伤的患者中显示出了具有统计学意义的效果，期待随着BCI和FES技术的发展，可以使其他神经疾病患者从中受益。
近年来，BCI在医学领域应用中做出了重要尝试，为康复治疗提供了新的思路和手段，为运动障碍患者提供了新的交互媒介，也取得了可喜的成果。将BCI和FES进行整合形成一种新的康复训练系统是现代康复工程领域中极具应用前景的技术，但目前仍处于初级阶段且有一些问题亟待解决，与真正的康复临床实践还有一段距离。展望未来，随着神经科学、信号采集和信号处理等技术的发展，BCI-FES必将打破现有技术的局限，在更广泛的领域实现新的突破。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明：王瑶负责相关文献的收集和筛选，确定了综述的范围和主题；李雨涵负责文献的整理工作并进行综述的撰写；崔红岩、李萌负责论文的语言和格式的审查；陈小刚对文章框架和主题提供了指导性的意见，并参与论文的审查和修订。
