中风、帕金森病和脊髓损伤等神经系统疾病常导致严重的运动功能障碍，传统治疗手段在恢复运动能力方面成效有限。硬膜外脊髓电刺激（eSCS）作为一种新兴的神经调控技术，已显示出改善肌力、步态和自主运动的潜力。然而，eSCS的临床效果仍存在个体差异，且刺激参数的设定仍主要依赖经验，缺乏机制指导。深入研究其作用机制，是推动该技术临床应用的关键。机制研究不仅有助于揭示eSCS如何通过调节脊髓与大脑网络促进运动恢复，还为优化程控参数、实现精准个体化治疗提供理论基础。唯有充分理解其与中枢神经系统的相互作用，才能真正发挥eSCS在中风、帕金森病、脊髓损伤等疾病中的最大治疗价值，并推动其从探索性研究走向标准化临床应用。

近日，首都医科大学附属北京天坛医院神经外科杨艺教授、赵继宗院士、苏州大学附属第二医院神经外科兰青教授团队在《Experimental Neurology》期刊发表题为“Recent advances in potential mechanisms of epidural spinal cord stimulation for movement disorders”的综述文章。第一作者为张檀。该文系统总结了硬膜外脊髓电刺激（eSCS）治疗运动功能障碍的神经机制，围绕即时激活、本体感觉驱动、皮层-脊髓交互调节、神经可塑性重塑与自主神经调控等多个层面，梳理eSCS如何通过多级通路实现运动功能恢复。文章强调，机制研究对于优化程控参数、提升疗效并推动eSCS在中风、帕金森病及脊髓损伤中的临床转化与标准化应用具有重要意义。

eSCS改善运动功能的机制可归纳为两大核心路径：即时的神经网络辅助激活与长期的神经功能重塑。在短期内，eSCS通过激活脊髓背根感觉通路，迅速唤醒被抑制或中断的脊髓-大脑通路，哪怕在严重的完全脊髓损伤患者中，也能立即诱发肌肉收缩、关节运动与姿势调整，带来即时性运动恢复。而在长期应用中，eSCS结合高强度康复训练可诱导显著的神经可塑性变化，包括突触重构、通路重连与功能增强，使患者运动能力逐步提升，且部分功能即便在停止刺激后仍能维持。

eSCS通过增强本体感觉输入，激活背根大直径感觉纤维（如Ia和II型），从而经单突触或多突触路径提升运动神经元兴奋性。Ia纤维直接刺激α运动神经元，快速诱发肌肉收缩；II型纤维通过中间神经元调节肌张力与肌群协同。通过精确的电极定位，eSCS还能实现节段性、空间特异性的神经激活，提高刺激针对性，减少非目标肌群干扰。此外，eSCS以“经突触募集”为主要方式，避免对运动轴突的直接刺激，有利于保留生理节律，减少肌肉疲劳与共激活现象，为安全、持续的运动恢复提供基础。

除了对感觉输入的调节外，eSCS还能显著影响脊髓中的中间神经元网络。其中，中央模式发生器（CPGs）可在无上位信号输入的情况下产生节律性运动输出，eSCS能激活这些网络，恢复类似步态的运动节律。与此同时，eSCS增强Ia抑制性中间神经元的活动，促进屈伸肌群的交替与协调，尤其在减轻痉挛、恢复运动控制方面具有重要价值，适用于中风、脊髓损伤等多种病理状态下的运动障碍干预（图 1）。

图1：eSCS作用于脊髓感觉-运动回路的机制图。eSCS通过空间特异性激活脊髓背根的本体感觉传入纤维，调节运动输出。这些传入信号通过单突触和多突触路径参与脊髓神经回路：运动神经元可经由Ia纤维的单突触直接激活，也可通过多突触方式经兴奋性或抑制性中间神经元间接调节。

eSCS不仅作用于脊髓局部神经网络，也通过向上传导的感觉输入调节大脑皮层的活动。刺激背根的本体感觉纤维可将信号传递至脑干和丘脑，进一步激活运动皮层，提高皮层神经元兴奋性，从而增强残余的皮层–脊髓通路（CST）功能。在动物和人类实验中，eSCS显著提升了运动皮层诱发电位和任务相关脑电活动，有助于恢复自发运动。此外，eSCS还可能通过调节基底节–丘脑–皮层环路，改善帕金森病中异常的运动抑制节律，缓解冻结步态等非多巴胺依赖症状。

更重要的是，eSCS能够激活潜在的皮层下运动路径，如皮层–网状–脊髓通路，为严重受损的CST提供替代路径。这种激活使得大脑残余指令仍可通过间接通路影响脊髓运动神经元，实现对瘫痪肢体的自主控制。同时，研究也表明，eSCS效果受到残余皮层输入的调节，表现为患者可根据意图调整运动强度与节奏，甚至仅在主动尝试运动时才发挥效果，说明eSCS并非单纯被动刺激，而是与大脑的意志控制机制形成动态协同，进一步增强治疗的主动性与个体适应性（图2）。

图2：eSCS即时促进运动输出的机制示意图。eSCS激活本体感觉传入纤维，通过直接和间接路径调节脊髓中间神经元网络和运动神经元，增强运动单元的招募。同时，感觉输入还经脑干和丘脑核上行传导，影响运动皮层和锥体外系统。上述调节作用通过锥体束和锥体外通路汇聚，共同激活潜在的皮质脊髓回路，实现自主运动功能的快速增强。

eSCS不仅提供即时辅助功能，还具有诱导神经重塑与功能重建的长期潜力。在持续刺激与高强度康复训练的联合作用下，eSCS可促进脊髓内潜在神经网络的再激活与重构。研究发现，刺激激活特定中间神经元群（如SCVsx2:Hoxa10）可在损伤区域形成新的突触连接，增强脊髓局部兴奋性和功能整合。同时，eSCS还可增强脑干运动通路（如前庭脊髓、网状脊髓等）对脊髓的投射密度，重塑脑–脊髓下行控制，进一步提升自主运动能力。部分患者甚至在停止刺激后仍保留运动功能，反映出eSCS诱导的结构性和功能性可塑性。

此外，eSCS在促进神经保护与抑制神经炎症方面同样发挥重要作用。电刺激可上调神经营养因子（如BDNF），促进突触形成、轴突再生和髓鞘修复，同时减少神经元凋亡，从而为功能恢复提供生物学支撑。eSCS还能改善髓鞘细胞存活，增加髓磷脂蛋白表达，提升传导效率。在炎症方面，eSCS通过调节小胶质细胞和巨噬细胞的极化状态，降低炎性因子如IL-6、TNF-α水平，有助于缓解痉挛并保护神经环境。这些机制共同构建了eSCS的长期康复基础，为持续性功能改善提供了生理支持。

eSCS不仅作用于运动通路，也对自主神经系统，特别是交感神经功能产生重要调节效应。通过刺激腰骶部背根输入，eSCS可提高交感神经元的兴奋性，进而增强血压稳定性、心率变异性、肺功能和泌尿生殖功能。例如，在低血压或体位性调节障碍的SCI患者中，eSCS可提升外周血管阻力和系统性血压；闭环刺激系统甚至能模拟生理性压力反射，实现动态血流调节。在呼吸方面，eSCS可激活膈肌和肋间肌，促进更自然的呼吸节律；在泌尿功能上，刺激特定节段（如L1–S1）可改善膀胱储尿和性功能控制。此外，eSCS还可调节代谢模式，提高脂肪氧化率、降低运动时主观疲劳感，并显著提升耐力和步行能力。这些非直接运动相关的生理改善不仅提高了患者生活质量，也为运动系统的恢复创造了更稳定、支持性的内环境。

eSCS的治疗效果高度依赖于电极的精准植入与刺激模式的优化。不同的功能目标需要将电极植入对应的脊髓节段：如恢复下肢运动功能需定位于腰骶膨大区，改善上肢功能定位于颈髓段，而调节肺功能、血压或泌尿功能则分别需选择T9–T11、T11–L1和L1–S1等节段。对于帕金森病的冻结步态，有研究支持T8–T10段刺激具有效果。这种解剖与功能匹配是实现高效、个体化神经调控的基础。

刺激参数同样关键。低频刺激（2–5 Hz）适用于诱发局部反射反应；中频（5–15 Hz）可维持肌肉张力；而高频（25–50 Hz）更适合诱导步态节律和屈伸肌交替。但频率超过70–100 Hz反而可能抑制节律输出，产生反效果。刺激幅度需控制在最小有效范围内，以防止非靶向神经元被激活导致肌肉共激活或僵硬。总体而言，参数设定必须结合机制、个体反应和治疗目标进行动态调整。

在刺激模式方面，传统连续开放式刺激虽可诱发基本运动，但容易造成感觉疲劳与肌肉同步障碍。相比之下，脉冲式、低幅高频刺激能减少非目标纤维募集，改善运动协调。最新研究还提出时空选择性刺激模式，通过模仿自然步态中神经元的激活时序，精确调节屈肌与伸肌的协同动作，已在动物和灵长类模型中展现出优越的步态恢复效果。

此外，闭环刺激系统正在成为重要发展方向。通过实时监测肌电、脑电或步态动力学等生理信号，系统可动态调节刺激强度、频率和模式，从而实现与个体运动状态的精准匹配。与传统开放式相比，闭环eSCS有望提升运动同步性、促进神经可塑性、减少疲劳，并实现更加个性化的神经调控策略（图 3）。

图3：闭环eSCS系统在运动功能恢复中的示意图。

1. 脊髓损伤

eSCS在脊髓损伤领域的应用最为成熟。研究表明，即使在完全性运动瘫痪患者中，eSCS也可通过激活残余脊髓通路，恢复一定程度的自主运动能力、站立和平衡功能。结合任务导向训练，部分患者可实现独立步行甚至脱离刺激维持功能。最新的闭环系统和精确电极植入技术更是显著提高了治疗效率，部分患者数日内恢复步态功能。然而，当前临床研究多为小样本或个案研究，高质量、随机对照试验仍较稀缺，影响疗效评估的客观性与可推广性（表1）。

表1 脊髓损伤运动功能恢复中eSCS关键研究一览

2. 帕金森病

在帕金森病中，eSCS主要用于改善冻结步态、姿势不稳和震颤等传统治疗难以缓解的非多巴胺依赖症状。多项研究表明，胸段低频刺激（T8–T12）可显著改善步态参数和生活质量，尤其对曾接受DBS但仍有症状残留的患者效果更佳。但疗效存在显著个体差异，部分患者无明显改善，长期疗效也可能衰减。最新的随机对照研究甚至报告eSCS对部分PD患者无效，提示其机制尚不明确，尚需精细化分型与适应证筛选（表2）。

表2 eSCS用于帕金森病运动功能恢复的关键研究

3. 中风后偏瘫

在中风后偏瘫治疗中，eSCS仍处于探索阶段。早期研究显示，通过增强残余皮层–脊髓通路的兴奋性，eSCS可放大皮层意图信号并促进功能输出。个案报告显示其对上肢运动、力量与速度恢复具有潜在帮助，且部分患者在停用刺激后仍保留部分运动能力。尽管样本有限，但这一新领域被认为具有较高的转化前景，尤其适用于脊髓功能保留但中枢驱动受损的患者群体。

未来eSCS的发展可能集中在四个关键方向：其一，整合脑–机接口、可穿戴设备和人工智能的闭环调控系统，以实现对刺激参数的实时、个性化调节；其二，推动eSCS与康复训练、药物或深脑刺激等多模式疗法的协同应用，增强整体疗效；其三，拓展临床适应证，将其从脊髓损伤应用拓展至中风、脑瘫等广泛中枢运动障碍；其四，优化电极设计与程控策略，开发高分辨率、多通道、柔性电极系统，建立标准化参数设定流程，从而提升刺激精准度与临床可操作性。这些方向将为eSCS从探索性治疗走向常规临床应用提供技术与机制基础。

eSCS作为一项新兴的神经调控技术，已显示出通过“即时辅助 + 神经重塑”双重机制改善运动功能的显著潜力。机制研究不仅推动了其临床转化，也为精准程控和个体化治疗提供理论支撑。尽管当前仍面临机制不明、证据等级不足等挑战，但随着闭环系统、联合治疗和智能程控等技术的不断发展，eSCS有望成为未来中枢运动障碍康复的核心干预手段，为众多患者带来持续、有效的功能改善。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2025.115330

杨艺 教授

主任医师，首都医科大学附属北京天坛医院神经外科意识障碍病区，主任医师，副教授，博士生导师。研究方向为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。担任世界神经外科联盟青年委员会执行委员，中国研究型医院学会神经再生与修复专委会意识障碍与促醒学组副主任委员，中国神经科学学会神经调控分会秘书长等任职。

赵继宗 院士

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。

兰青 教授

苏州大学附属第二医院神经外科科主任、主任医师、教授、博士生导师现任中华医学会神经外科学分会常务委员、神经肿瘤学组副组长，江苏省医学会神经外科学分会前主任委员、江苏省卒中学会神经外科专业委员会主任委员、江苏省抗癌协会神经肿瘤专业委员会主任委员，亚洲神经外科学会执行委员、国际微创神经外科学会执行委员先后被评为卫生部有突出贡献中青年专家、全国先进工作者、江苏省优秀医学重点人才、江苏省医学领军人才、姑苏卫生领军人才等长期从事神经外科锁孔微创手术的研究，主编《神经外科锁孔手术学》，成为我国锁孔手术技术的重要指南。连续三年进入elsevier发布的中国高被引学者榜单。