《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：Brain-computer interface for upper limb functional recovery post-stroke: a meta-analysis of improvement in upper limb motor function and changes in neurophysiological markers
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背景：脑-机接口（BCI）已成为一种有前景的干预手段，可促进上肢运动功能恢复，增强相关神经生理学标志物，并改善经改良Barthel指数（MBI）评估的日常生活活动能力。然而，现有研究多集中于单一结局领域，关键问题仍未解答，包括不同卒中阶段治疗效果的异质性，以及
背景：脑-机接口（BCI）已成为一种有前景的干预手段，可促进上肢运动功能恢复，增强相关神经生理学标志物，并改善经改良Barthel指数（MBI）评估的日常生活活动能力。然而，现有研究多集中于单一结局领域，关键问题仍未解答，包括不同卒中阶段治疗效果的异质性，以及BCI效应在特定功能评估量表（如Fugl-Meyer上肢量表（FMA-UE）和动作研究手臂测试（ARAT））及神经生理学标志物上的一致性。目的：对BCI介导的康复与传统康复对卒中患者上肢运动功能、功能性活动、神经生理学标志物及MBI表现的影响进行系统综述和meta分析。方法：研究人员在7个数据库（PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science、中国知网（CNKI）、万方数据和中国生物医学数据库（CBM））中进行系统检索。纳入标准为比较BCI介导康复与传统康复对卒中后上肢功能障碍患者效果的随机对照试验（RCT）。主要结局指标为FMA-UE评分。次要结局指标包括ARAT评估的功能活动水平、神经生理学标志物（如运动诱发电位（MEP）、脑电图（EEG）指标）及MBI评分。采用验证性循证Cochrane协作网RoB 2.0工具评估纳入研究的方法学质量。在meta分析中，若异质性检验结果低于25%，则采用固定效应模型；否则采用随机效应模型。对每个结局指标，计算均数差（MD）或标准化均数差（SMD）及其对应的95%置信区间（95% CI）。结果：经过筛选，最终纳入16项符合条件的随机对照试验，共涉及1761例患者。与传统康复干预相比，BCI康复干预对改善患者上肢运动功能有一定效果（SMD=0.49，95%CI：0.26–0.73，p=0.037）。此外，在ARAT评分（SMD=0.53，95% CI：0.14–0.91，p=0.035）、神经生理学标志物（SMD=0.53，95% CI：0.08–0.98，p<0.05）和MBI评分（SMD=0.85，95% CI：0.55–1.14，p<0.001）方面也观察到显著改善。对BCI介导康复干预用于卒中患者上肢运动功能恢复的亚组分析显示，不同亚组间治疗效果大小存在一定差异。关于卒中分期，BCI介导康复干预对亚急性期卒中患者运动功能恢复的疗效更优，这一发现可能归因于卒中后神经重塑的时间进程。按干预剂量分层的亚组分析显示，10–15次和20–30次BCI介导康复干预均能使患者上肢功能获得临床意义的改善。两种方案之间未检测到统计学显著差异，但20–30次方案与相对较大的效应量相关。此外，按干预方式分层的亚组分析显示，不同干预方法之间未出现统计学显著差异，这一观察结果提示，不同BCI范式在患者中的康复益处可能均通过神经回路重塑统一介导。结论：BCI是一种有前景的卒中康复治疗手段，在FMA-UE、ARAT、神经生理学标志物和MBI评分等多个关键结局上均带来显著且统计学可靠的改善，所有上述领域均观察到一致的统计学显著性。
**Introduction**
全球范围内，卒中具有极高的发病率和致残率，已成为重大公共卫生问题。卒中后，神经肌肉功能失调导致运动功能障碍，典型表现为肌无力、运动协调缺陷和肌张力异常，这些运动相关损伤对康复构成重大挑战。此外，卒中后神经功能障碍损害感觉运动及神经认知功能，进而对患者日常生活活动能力及社会参与产生显著负面影响。因此，卒中后上肢运动功能恢复是康复的核心目标之一，神经生理学测量作为预测卒中后神经功能重组的关键生物标志物，具有重要临床价值。目前临床康复方案主要围绕功能重建和代偿替代两条核心路径，传统物理康复在直接诱导神经生理重塑方面存在局限。脑-机接口（BCI）作为一种前沿神经康复技术，可绕过病灶建立大脑与外部环境的连接，兼具促进康复、代偿替代及实时反馈功能，鼓励患者主动参与。根据技术特点，BCI分为侵入性（iBCI）和非侵入性（nBCI）两类，均通过建立直接脑-设备通信并提供实时感觉运动反馈来增强神经可塑性，促进上肢运动功能和神经生理指标改善。iBCI信号质量高，但存在手术风险；nBCI安全性好、可及性高，在临床中应用更广泛。本meta分析旨在系统评估BCI干预与传统康复对卒中患者上肢运动功能（FMA-UE、ARAT）、日常生活活动能力（MBI）及神经生理学标志物的影响，并探讨卒中阶段、干预频率和BCI方式对疗效的影响。
**Data and methods**
**Data sources**
本研究进行系统综述和meta分析，探讨BCI干预能否改善卒中幸存者的上肢运动功能、MBI及神经生理学参数。为保证方法学严谨性，该方案于2025年11月6日在国际系统综述前瞻性注册库（PROSPERO）注册（注册号：CRD420251185457）。研究遵循PRISMA声明和Cochrane干预系统综述手册（第6版）方法学指南，严格按预注册方案执行，仅在分析前对一项结局指标进行了修订并记录于PROSPERO平台。
**Search strategy**
为全面筛选相关研究，本研究制定并实施了多数据库联合检索的综合策略，涵盖四大英文数据库（PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science）和三大中文数据库（中国知网、万方数据、中国生物医学文献数据库），检索时限从各数据库建库至2025年11月6日，无起始时间限制。检索词采用主题词与自由词结合策略，结合医学主题词表（MeSH）和各数据库专属检索规则优化组合。检索词来源于脑-机接口（BCI）、卒中、康复三个概念领域，通过布尔运算符、截词符和字段限制优化最终检索策略，确保全面检索并降低遗漏风险。
**Eligibility criteria and study selection**
根据PICOS框架预先设定纳入和排除标准：参与者为卒中患者，干预为BCI治疗，对照为传统康复或假对照且干预强度匹配，结局包括FMA-UE及至少一项次要指标（ARAT、神经生理学标志物或MBI），研究设计为随机对照试验（RCT）。排除标准包括：非RCT、合并严重神经系统疾病、未报告FMA-UE评分、数据不完整、重复发表、动物或体外研究、健康参与者、无法获取全文或存在关键方法学缺陷。由两名研究人员独立评估研究资格，分歧通过讨论或咨询第三方解决。
**Data extraction**
采用标准化方案提取数据，确保准确性和完整性。经过预测试校准标准和数据项目定义后，两名研究人员使用标准化表格独立提取数据，涵盖研究特征、参与者人口学、干预和对照细节、结局数据及方法学质量项目。
**Methodological quality assessment of included studies**
采用RoB 2.0偏倚风险评估工具对纳入的所有RCT进行方法学质量评价。该工具为验证性标准化工具，覆盖卒中后康复领域临床研究的所有核心方法学领域。三名经过培训的研究人员独立完成评估，预测试后正式评估，分歧由第三方决定，最终通过共识确定偏倚风险等级。结果以总结图和偏倚风险图形式可视化呈现。
**Statistical analysis methods**
本meta分析旨在评估BCI干预疗效。主要结局指标为上肢运动功能（FMA-UE），次要指标包括ARAT评分、神经生理学指标和MBI评分。所有统计分析使用Stata 18.0和Review Manager 5.4软件，严格遵循Cochrane干预系统综述手册（第6版）方法学指南。数据预处理阶段，将部分以四分位数间距报告的数据转换为均数±标准差形式。采用标准化均数差（SMD）作为效应指标，计算95%置信区间（CI）。异质性定量分析采用I2统计量和Cochran Q检验；若I2≥25%或Q检验P<0.10，则使用随机效应模型；否则使用固定效应模型。通过逐一剔除单项研究进行敏感性分析。按干预总次数和卒中阶段（急性、亚急性、慢性）进行预先指定的亚组分析。发表偏倚采用漏斗图、Egger检验和剪补法评估。双侧P<0.05视为统计学显著。
**Results**
**Literature retrieval and screening**
严格按照PRISMA声明指南进行文献检索和筛选。检索数据库包括PubMed（n=1043）、Web of Science（n=1309）、Embase（n=54）、万方数据（n=20）、中国生物医学文献数据库（SinoMed，n=15）和中国知网（CNKI，n=1），初始检索共获得2442篇相关文献。使用EndNote软件去除602篇记录（包括重复、书籍、会议论文、综述、研究方案和meta分析），剩余1840篇进行标题和摘要筛选。排除1725篇与主题不符，最终115篇进行全文资格评估。全文筛选中，排除56篇综述或meta分析、25篇临床试验注册、5篇非RCT、5篇下肢康复研究、4篇病例报告、2篇无法获取全文和2篇无出版日期的文献。最终纳入16项符合标准的RCT。检索策略和研究选择流程图见Fig. 1和Fig. 2。
**Methodological quality and risk of bias**
采用Cochrane推荐的RoB 2.0工具评估16项纳入研究的偏倚风险。纳入的试验在结局数据完整性、选择性报告等关键领域表现出稳健的方法学质量，整体方法学严谨性得到充分证实（Fig. 3偏倚风险图和Fig. 4偏倚风险总结）。随机序列生成方面，所有16项试验（100%）评为低偏倚风险。分配隐藏方面，14项试验（87.5%）评为低偏倚风险，仅两项试验（Guo [23]; Liang [24]）因未明确描述分配隐藏方法评为不明风险。无试验评为高偏倚风险。在结局数据完整性、选择性报告、结局评估者盲法和其他偏倚来源方面，所有16项试验（100%）评为低偏倚风险。然而，在参与者和人员盲法方面，14项试验（87.5%）评为高偏倚风险，这是由于BCI技术需要专用设备（如EEG电极帽）和患者积极参与，无法通过安慰剂设备实现盲法，这是BCI康复领域固有的风险，而非研究设计方法学缺陷。
**Effects of BCI-based training on FMA-UE in stroke survivors**
与传统康复相比，基于BCI的干预在FMA-UE评分上产生统计学显著且中等程度的改善（随机效应模型合并SMD=0.49，95% CI：0.26–0.73，p=0.037），支持BCI。合并估计对异质性稳健。森林图见Fig. 5。存在中等统计异质性（I2=43.4%，p=0.037），因此使用随机效应模型。通过逐一剔除单项研究进行敏感性分析，结果显示，剔除Wang [25]的研究后，合并效应范围缩小至0.22–0.73（Fig. 6），提示该研究对整体异质性影响较大。漏斗图分析显示，大多数研究的效应点分布在95%置信区间内（Fig. 7），仅存在轻度不对称，证实无显著发表偏倚，进一步验证了合并结果的稳健性。
**Subgroup analyses by stroke phases, frequencies and modalities**
为阐明不同卒中阶段、干预频率和BCI干预方式对上肢运动功能恢复的影响，对15项纳入的RCT进行meta分析（Fig. 8）。分析结果（Fig. 9）显示，BCI干预对所有卒中阶段患者均有改善作用，其中亚急性卒中患者FMA-UE评分改善最显著（SMD=0.62，95% CI：0.20–1.04，I2=59.3%，p=0.031）。慢性卒中患者中，meta分析显示非显著效应量支持BCI（SMD=0.40，95% CI：0.08–0.72，p=0.152），尽管CI上限接近显著性且异质性低至中等（I2=34.7%），但总体效应未达统计学显著。急性期患者中，分析显示非显著点估计且不确定性高（SMD=0.45，95% CI：-0.07–0.96），尽管p<0.001且无统计异质性（I2=0.0%），但CI范围较宽且跨越无效值，因样本量小，无法得出确切结论。
按干预次数分层的亚组分析（Fig. 10）显示，20–30次干预使患者上肢FMA-UE评分显著改善（SMD=0.58，95% CI：0.21–0.94），具有中等异质性（I2=60.9%，p=0.009）。10–15次亚组显示显著但较小的效应（SMD=0.37，95% CI：0.09–0.64），无异质性（I2=0.0%，p=0.673）。这些发现表明，在所研究的范围内，增加BCI次数可能增强上肢功能恢复。
按BCI方式分层的亚组分析（Fig. 11）显示，MI-BCI联合FES的效应量最大（SMD=0.60，95% CI：0.08–1.13，I2=33.5%，P=0.025），其次为非MI-BCI（SMD=0.50，95% CI：0.04–0.96，I2=58.4%，P=0.026）和MI-BCI联合传统康复（SMD=0.46，95% CI：0.13–0.79，I2=7.1%，P=0.007）。这些发现提示，包含FES的MI-BCI方案应作为未来研究的优先方向。
**Effects of BCI on ARAT scores in stroke survivors**
基于6项RCT进行ARAT评分的meta分析（Fig. 12）。由于存在中等异质性（I2=58.2%，p=0.035），使用随机效应模型。Meta分析显示，BCI在ARAT评分上显著优于传统康复，中等效应量（SMD=0.53，95% CI：0.14–0.91，p=0.035），表明BCI干预对改善卒中后上肢运动功能有效。
**Effect of BCI on MBI scores in stroke patients**
采用MBI评估日常生活活动能力。对6项RCT的meta分析结果（Fig. 13）显示，BCI干预组患者MBI评分显著高于传统康复对照组（固定效应模型；SMD=0.86，95% CI：0.59–1.12）。异质性低（I2=21.5%，p=0.272），表明各研究结果一致，支持BCI干预可改善卒中患者日常生活活动能力。
**BCI intervention on post-stroke neurophysiological markers**
重点关注的方面是BCI对神经生理学指标的作用。这些指标可反映神经可塑性并揭示卒中患者运动功能恢复机制。对7项RCT的神经生理学结局指标进行meta分析（Fig. 14）。使用随机效应模型得出显著正效应（SMD=0.53，95% CI：0.08–0.98，p=0.021），表明BCI干预对神经生理学结局指标产生良性变化。无论卒中阶段（亚急性或慢性），神经生理学指标均对BCI干预呈阳性反应，不同亚组间无显著差异（p=0.824），详见Fig. 15。但需注意，慢性期亚组内存在较大异质性（I2=72.8%）。敏感性分析显示，合并效应稳定在0.3–0.6范围内，所有结果的95% CI均不包含无效值，表明主要结论稳健（Fig. 16）。
**Discussion**
为全面评估BCI介导的卒中康复效果，本meta分析涵盖16项RCT，系统探讨了从上肢运动功能、日常生活活动能力到神经生理学变化对康复结局指标的影响。研究结果显示，接受BCI训练的卒中患者在运动功能、日常生活活动能力和神经生理学指标上均出现一定程度的改变，提示BCI训练与上述改善之间存在潜在关联。亚组分析表明，BCI疗效随卒中阶段变化，亚急性期卒中患者相比慢性期表现出更大的效应量，这符合神经可塑性原理：卒中后早期存在可塑性增强的关键期（通常为2–8周），BCI通过内源性神经活动波促进靶向适应性功能重组；慢性期神经可塑性逐渐减弱，病理补偿模式趋于固化，BCI训练可能不足以再激活适应性神经可塑性变化。按治疗剂量分层的亚组分析显示，10–15次和20–30次BCI训练后上肢运动功能均有改善，两种方案间效应无统计学差异，提示效果相当，未来需明确最佳训练次数。不同BCI干预方案（MI-BCI联合FES、MI-BCI联合传统治疗、非MI-BCI）的疗效差异无统计学意义，可能表明各方案均靶向相似的功能恢复相关神经通路，未来应聚焦于标准化和优化联合方案的具体参数。除功能改善外，BCI训练在神经生理学层面也带来可测量的益处。纳入的7项研究一致显示，BCI训练可增强卒中后神经生理功能，具体表现为改善对感觉运动节律（SMR）和事件相关去同步化/同步化（ERD/ERS）的自主控制能力，进而触发一系列神经可塑性变化：增强半球间平衡恢复、改善皮质脊髓束兴奋性、强化运动相关脑区的功能连接，共同促进运动功能恢复。Ramos和Fu [37, 38]的初步工作已证实此类神经生理学变化与临床可测量的功能改善之间存在强相关性。此外，接受BCI干预的卒中患者在日常生活活动能力方面也观察到了改变，部分纳入研究发现MBI评分改善与神经生理学指标变化（如SMR调节增强、ERD增加）呈正相关，尽管相关性不意味着因果，但可能提示BCI驱动的神经可塑性有助于改善患者日常生活活动能力。
**Limitations**
本研究存在一些局限性。首先，纳入的RCT总数仅16项，部分结局指标可合并的研究数量更少，且多数研究样本量较小（通常每组少于30例），限制了合并估计的精确性和普适性。某些亚组（如急性期）样本量小，可能削弱亚组分析的统计效率和稳健性，所有相关发现应谨慎解读。此外，本研究未对所有结局进行正式的定量发表偏倚评估（如漏斗图回归检验）。其次，尽管按干预剂量和方法进行了亚组分析，但原始研究报告的关键参数（任务难度、反馈模式等）异质性较大，无法更详细地分层这些潜在影响因素。最后，本文仅比较BCI与传统康复，未涉及“BCI联合辅助神经调控（如TMS/tDCS）”这一新兴方向，其协同效应有待未来探索。
**Conclusion**
本meta分析的结果表明，基于BCI的康复训练与卒中后患者上肢运动功能、日常生活活动能力和某些神经生理学指标的改善呈正相关。亚组分析提示，亚急性期患者相比慢性期可能获得更显著的功能改善。基于现有证据，BCI干预在亚急性卒中康复中具有临床应用的潜力，建议根据患者具体情况个体化制定训练方案。未来研究应进一步优化BCI训练参数，并探索其与其他干预方法的结合，为临床实践提供更坚实的依据。
