近日，首都医科大学附属北京天坛医院脑机接口转化研究中心在《CNS Neuroscience Therapeutics》期刊发表了题为“Brain–computer interface digital prescription for neurological disorders”的综述文章。第一作者为天坛医院脑机接口转化研究中心柴晓珂博士，共同通讯作者杨艺主任医师，通讯作者为赵继宗院士。
脑机接口（BCI）可以辅助神经系统疾病的诊断，也可以通过直接与环境互动来补偿其受损的功能；可以提供各种形式的输出信号，如实际运动、触觉或视觉反馈辅助康复训练；还能够进一步通过闭环神经调控进行干预。然而工程脑机接口与临床医学之间还存在着巨大的应用鸿沟，临床上尚未建立指导临床医生针对不同患者的实际需求设计脑机接口方案的标准化方法和流程。本文针对脑机接口临床应用的迫切问题，就数字处方系统的构建进行展望和综述。介绍了神经疾病BCI数字处方系统中的关键内容：神经信号、编解码协议、交互范式和辅助技术。讨论了针对不同干预目标的数字处方需要特别包含的细节。总结了以往的脑机接口临床应用实例，重点关注如何为具有不同功能障碍的患者选择合适的脑机接口交互模式，并探讨了评价BCI 作为干预措施其治疗效果的指标及影响因素。
01
BCI数字处方的主要内容
如图1所示，BCI的规定应包括输入什么样的大脑信号、特征提取方法、编解码协议以及交互范式的反馈模式。除了这些主要内容外，针对各种要求的脑机接口，还需要描述组合辅助技术，以及具体的绩效指标、培训计划和其他具体的相关细节。
图1. 脑机接口数字处方
02
BCI数字处方的类型
未来的临床脑机接口应针对不同疾病和功能障碍的患者，并能够开具相应的标准数字处方。处方内容应首先描述其功能补偿或增强，通过脑机接口辅助康复训练或闭环刺激调节实现。数字处方提供了具体说明，包括哪些信号适合患者用作BCI输入、设计了哪些交互模式、相应的编码和解码模式是什么、训练需要多长时间，以及训练周期和预期实施。
03
面向功能障碍的BCI数字处方
BCI可以用于神经系统疾病的诊断和治疗，但也需明确患者对其损伤功能的修复和替代的需求。未来BCI数字处方需要考虑每个病人损伤的功能和疾病以及疾病阶段的特异性，来决定脑机接口的设计，使用哪种交互范式，设计相应的编码和解码模式，并结合哪种功能电刺激、磁刺激或深部电刺激等其他技术作为输出，辅助功能的调控和修复。
3.1 言语障碍的沟通BCI
3.2 康复脑机接口治疗运动功能障碍
3.3 脑机接口对意识障碍的评估
3.4 增强脑机接口治疗认知障碍
3.5 BCI调节治疗情绪功能障碍
3.6 视力障碍的恢复脑机接口
3.7 替代脑机接口治疗听力障碍
3.8 睡眠障碍的调节脑机接口
使用脑机接口辅助睡眠分期不仅可以监测睡眠分期和睡眠呼吸暂停事件，还可以使用实时监测结果来做出做出某些干预措施的决策。利用一定频率的刺激来延长深度睡眠，脑机接口不仅可以作为评估，还可以作为睡眠障碍的干预手段。
如表1所示，针对各种功能障碍的BCI数字处方面向不同干预需求，采用的脑信号、接口范式和辅助技术。
04
临床BCI效果评估
4.1 通讯指标
4.2 神经人体工程学因素
4.3 功能恢复评估
许多物理参数可能会随着药物或其他疗法干预的进展而改变，特别是对于更容易受到环境干扰的脑电图。脑机接口训练过程中的自发和诱发脑电信号可以作为脑功能的评估，脑机接口系统中的行为表现也可以作为干预效果的预测，通过匹配临床上的功能恢复评估方法。
总结
目前BCI技术在临床中的应用一方面受限于技术仍有些需要突破的方面，如长期电极植入的安全性、实时解码算法的效率、外部设备反馈的稳定性等。重要的是，评估脑机接口辅助诊断或治疗不同疾病或功能损伤的有效性的方法仍需建立。此外新型医疗器械的临床试验伦理标准也在建设中，加快临床BCI应用需要更多跨学科领域的研究人员共同努力。
本研究得到了脑科学与类脑研究科技创新2030青年科学家项目（2022ZD0205300）、国际港澳台科技合作项目（Z221100002722014）、民政部康复领域重点实验室和工程技术研究中心2022年开放项目（2022GKZS0003）、北京脑科学与类脑研究所青年学者计划（2022-NKX-XM-02）和北京市自然科学基金（7232049）的支持。
作者简介
柴晓珂 博士
首都医科大学附属北京天坛医院
北京航空航天大学生物医学工程博士，哈佛医学院动态生理信号研究中心访问学生, 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室博士后。现在天坛医院脑机接口转化研究中心主要从事脑机接口临床转化方向，重点关注运动神经康复与调控脑机交互范式研究。
杨艺 主任医师
首都医科大学附属北京天坛医院
主任医师，国家神经疾病医学中心脑机接口转化研究中心执行副主任。北京大学八年制医学博士，英国牛津大学Nuffield临床神经科学中心访问学者。北京脑科学与类脑研究中心青年学者，北京市科技新星。聚焦于意识障碍疾病的系统诊断、预后预测和神经调控治疗，以及脑机接口新型技术的临床应用研究。2022年作为项目负责人获批“科技创新2030脑科学与类脑研究”青年项目“意识障碍的闭环神经调控治疗”。
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赵继宗 院士
首都医科大学附属北京天坛医院
中国科学院院士，香港外科医学院荣誉院士，神经外科学专家。国家神经系统疾病临床医学研究中心主任，北京脑科学与类脑研究中心专家委员会副主任，首都医科大学神经外科学院院长，北京天坛医院神经外科教授、主任医师。
赵继宗教授长期从事神经外科学临床和基础研究，在微创神经外科、脑血管外科和脑认知转化研究方面做了许多开拓性工作。主持国家9-5至12-5脑血管病外科治疗攻关（支撑）项目，攻克巨大动静脉畸形和复杂动脉瘤外科治疗关键技术。推广脑出血规范化微创手术技术，在全国普及烟雾病诊断和外科治疗。2016年赵继宗团队主持国家13-5项目“复杂性脑血管病复合手术新模式治疗”，提出“脑心同治”理论并付诸实施。2018年获国家自然基金委重大专项“脊髓损伤康复”。国内率先建立具有国际先进水平微创神经外科技术平台，将神经外科手术从脑结构性保护推向脑功能保护新高，使我国神经外科进入国际先进行列。作为学科带头人，引领神经外科与中科院、北大、清华等科研院所合作，开展认知障碍脑疾病临床转化研究。任世界神经外科联盟执委后，带领中国神经外科走上国际舞台。发表论文536篇，其中SCI收录195篇。主编出版《颅脑肿瘤外科学》、《血管神经外科学》和《微创神经外科学》等专著13部，主持制定了我国《临床诊疗指南-神经外科分册》和《临床技术操作规范-神经外科分册》。2018年获吴阶平医学奖，获国家和省部级科技进步奖11项，其中国家科技进步二等奖3项，北京市科技进步和中华医学会科学进步一等奖各1项。获全国和北京市先进工作者，北京市优秀科普工作者。
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