《Frontiers in Human Neuroscience》：XR-integrated brain-computer interfaces for augmentative and alternative communication: a systematic review
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引言：沟通是一项基本人权，不应因残疾而受限；现代技术的进步正在重塑沟通的构思与实现方式，为依赖辅助替代沟通（AAC）的人群创造了新的可能性。本系统综述研究了沉浸式虚拟现实、增强现实和混合现实（VR/AR/MR；以下统称为XR）是否已与脑机接口（BCI）集成，以
引言：沟通是一项基本人权，不应因残疾而受限；现代技术的进步正在重塑沟通的构思与实现方式，为依赖辅助替代沟通（AAC）的人群创造了新的可能性。本系统综述研究了沉浸式虚拟现实、增强现实和混合现实（VR/AR/MR；以下统称为XR）是否已与脑机接口（BCI）集成，以支持依赖AAC的人群，并探讨了关于有用性和可用性的现有证据。方法：研究人员在五个数据库中进行了检索，初始检索于2021年6月30日完成，更新检索于2025年11月18日完成。结果：纳入了两项符合条件的研究。证据基础有限且方法学异质性高，涵盖了不同的整合路径：（i）经典P300拼写器的沉浸式显示器实现，表明其沟通表现与传统显示器相当；（ii）一种可穿戴混合现实AAC概念，对比了非BCI访问（眼动追踪）与基于BCI的访问，其中非BCI访问在实际可用性上更优，而BCI访问仍具挑战性。总体而言，纳入研究表明，沉浸式XR平台在技术上能够容纳基于BCI的交互以实现沟通相关目的。讨论：当前证据仍然稀少且异质性强，可用性和有用性因应用目标和评估终点而异。因此，本综述综合了现有的可行性和可用性/有用性证据，并就推进基于BCI的沉浸式AAC向依赖该技术的人群实际应用的设计与评估优先事项进行了开放讨论。系统综述注册：https://www.crd.york.ac.uk/prospero/display_record.php?ID=CRD42021273338，标识符：CRD42021273338。
本研究系统综述了XR集成BCI用于AAC的现状。主体部分包括引言、方法、结果、讨论和结论。
1 引言
沟通是基本权利，现代技术为依赖辅助替代沟通（AAC）的人群创造了新可能。AAC涵盖工具、策略和技术，用于支持难以使用传统沟通方式的个体。本研究的原始动机源于脑瘫（CP）人群的AAC需求，CP是一种神经障碍，影响沟通能力，约30%的CP患者为非语言交流者。AAC也用于自闭症谱系障碍（ASD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等。传统AAC设备基于低技术物理板或高技术屏幕，但存在隐私、便携性和适应性不足。早期研究探索了三维（3D）虚拟场景作为AAC界面。虚拟现实（VR）提供沉浸式人机交互，增强现实（AR）融合现实背景，混合现实（MR）嵌入虚拟对象。本研究使用XR作为VR、AR和MR的统称。XR干预可提供双向效益，如降低焦虑、辅助行为训练。已有研究开发基于虚拟现实（VR）的社会场景支持ASD个体的社交沟通。然而，现有XR系统大多依赖可靠的运动访问（如手控器、手势或触摸），缺乏替代沟通路径。因此，本研究聚焦于XR集成脑机接口（BCI）的AAC设备。BCI使直接脑信号沟通成为可能，常见范式包括P300（基于脑电图（EEG）的电位偏移）和运动想象（MI）。已有研究暗示BCI在VR中用于CP、注意缺陷多动障碍（ADHD）等，但尚不清楚BCI在沉浸式XR环境中如何用于AAC。本系统综述旨在评估相关证据。
2 方法
2.1 研究设计：纳入所有类型研究，排除综述、无全文的会议摘要等。2.2 参与者：目标人群为依赖AAC或患有至少一种言语/沟通障碍的个体，包括CP、ASD、ALS、言语障碍等。研究需至少包含一名目标临床参与者，典型发展参与者仅作为对照组。2.3 干预措施：限于基于XR集成BCI的AAC系统，且必须包含通过BCI输出的信息（如字母、单词、句子等）。排除仅用于沟通训练或神经反馈的研究。2.4 比较对象：XR可与传统界面比较，但非强制。2.5 系统综述方案：包括检索策略、去重、筛选、评估等，使用Covidence管理，由两名作者独立筛选，第三名解决冲突。2.6 检索策略：结合参与者（P）、干预（I）和结果（O）的概念，无比较组限制。关键词涵盖神经障碍、VR、BCI及沟通相关术语。2.7 数据来源：在MEDLINE、Embase、Web of Science、Scopus和CINAHL Plus中检索，初始检索2021年6月30日，更新至2025年11月18日，无语言限制但纳入英文全文。2.8 研究选择：纳入标准包括涉及言语障碍人群、使用AR/VR/MR、包含BCI技术、提供AAC输出路径。排除标准包括仅运动障碍、XR非核心、无BCI等。2.9 数据提取：提取参与者人口学信息（样本量、年龄、性别、诊断）、手功能分类系统（MACS）、沟通功能分类系统（CFCS）、粗大运动功能分类系统（GMFCS）、设备物理需求、研究设计、任务、结果指标（如准确率、信息传输率（ITR））、技术准备水平等。采用Oxford 2011证据等级（LOE）评估质量。2.10 数据分析：因纳入研究少且异质性高，采用描述性叙事综合，包括关键指标表格，未进行元分析。偏倚风险评估基于Lee等人（2008）的14项清单。
3 结果
3.1 研究检索：共检索4745篇，去重2236篇，筛选2509篇标题摘要，排除2402篇，最终107篇全文评估，纳入2项研究。
3.2 研究选择与特征：K?thner等人（2015）比较了P300脑机接口（BCI）键盘打字在VR与传统显示器间的表现，纳入18名典型发展参与者和1名肌萎缩侧索硬化（ALS）闭锁状态（LIS）患者。结果显示VR组准确率与传统显示器相当（三闪条件下约94%），ALS患者在VR条件下达到100%准确率。Zhao等人（2023）开发了可穿戴混合现实AAC（wAAC），对比眼动追踪（EG）和P300-BCI，纳入8名典型发展参与者和2名脑瘫（CP）患者。眼动追踪条件准确率93.30%，速度8.55次/分钟；BCI条件在线准确率仅5.91%，离线9.28%，速度1.13次/分钟。
3.3 综合发现
3.3.1 技术特征：两项研究均使用基于脑电图（EEG）的视觉P300脑机接口（BCI）范式。K?thner等人使用VR头戴显示器和BCI2000；Zhao等人使用Microsoft HoloLens 2、YOLOv5目标检测、g. Nautilus EEG系统和线性判别分析（LDA）。
3.3.2 结构化发现总结：证据基础仅限于两项研究，共29名参与者，其中26名为健康或典型发展，3名为临床目标人群（1名ALS，2名CP）。两者均提供AAC输出，但范式不同：字母拼写 vs. 单词选择。BCI性能差异显著：K?thner等人报告较高准确率，Zhao等人报告低准确率。可用性报告不一致。
3.3.3 性能结果：K?thner等人显示VR P300拼写器性能与传统显示器相当，ALS参与者单次VR会话成功率100%。Zhao等人报告BCI路径准确率仅略高于机会水平，无法支持实际AAC使用。
3.3.4 可用性、接受度与实践限制：K?thner等人记录参与者自发评论，涉及VR头戴显示器像素化、边缘失焦等。Zhao等人使用标准化问卷，眼动追踪显示高可用性，BCI路径可用性存疑。
3.4 质量评估与偏倚风险：两项研究均评为低水平证据（Oxford LOE=4），技术准备水平为原型验证（5/9）。质量评分K?thner等人为78.86%（良好），Zhao等人为88.64%（强）。评估者间一致性85.71%。常见局限包括样本量小、方差报告不足、混杂因素考虑有限。
4 讨论
4.1 主要发现总结：本综述阐明了XR集成脑机接口（BCI）用于依赖辅助替代沟通（AAC）人群的可行性、可用性和潜在有用性，同时揭示了应用目标和评估终点的异质性。两项研究代表了不同的整合路径：K?thner等人展示了沉浸式显示中经典P300拼写器的可行性；Zhao等人提出了可穿戴MR-AAC概念，显示眼动追踪优于BCI访问。证据基础狭窄且探索性强，但支持沉浸式XR可容纳脑驱动交互范式。
4.2 BCI性能与AAC可行性：K?thner等人证明VR头戴显示器可实现成功P300拼写；Zhao等人显示BCI路径在可穿戴MR-AAC中性能低下，主要瓶颈在于BCI技术的成熟度，而非MR-AAC概念本身。未来需优先改进信号采集、分类准确性、认知负荷和硬件集成。
4.3 结果指标标准化：两项研究使用部分重叠但不等效的指标，如准确率和ITR单位不同，阻碍定量合并。建议未来开发分阶段评估框架，区分技术可行性、原型可用性和实际AAC沟通。
4.4 临床相关性与参与者描述：K?thner等人纳入1名ALS患者，Zhao等人纳入2名CP患者但功能分级较轻（GMFCS I, CFCS I），表明临床代表性有限。未来研究应关注更严重障碍人群，并考虑跨诊断适应性。
4.5 相关研究：提及Ehrlich等人（2025）的VR-EEG神经反馈用于喉肌张力障碍，Arpaia等人（2022）的AR-SSVEP用于ADHD康复，Contrada等人（2024）的VRRS语言康复，Mandapati和Ranjan（2025）的VR脑电波训练。这些研究虽未直接提供AAC输出，但展示了XR与神经技术结合的可能方向。
4.6 未来建议：设备设计方面，眼动追踪在近期的可穿戴XR-AAC中更可靠，BCI可作为长期路径；混合访问方法可结合多种模式。研究设计需扩大样本量、纳入终末用户、报告标准化指标（如设置时间、校准负担、疲劳等）。创新方面，系统应从目标群体视角出发，强调长期可接受性和参与影响。
4.7 限制：仅纳入2项研究，异质性高，无法进行元分析；临床代表性有限；结果指标不一致；英语语言限制可能影响全面性。
5 结论
本综述表明，XR集成脑机接口（BCI）的辅助替代沟通（AAC）是一个新兴领域，具有扩展沟通访问的潜力。现有证据支持XR环境可容纳基于BCI的沟通界面，特别是在受控P300拼写范式中。但当前原型与理想目标之间存在差距，需推进BCI可靠性、集成和可用性研究。未来工作应聚焦于临床代表性AAC用户、标准化结果指标、混合访问方法以及真实沟通场景中的长期可用性。目前，XR集成BCI-AAC应被视为有前景的早期方向而非已确立的临床方案。
