虚拟现实介导的脑-机接口训练改善了健康人和脊髓损伤者的感觉运动神经调制

再次行走，至少在心中

对于脊髓损伤后长期瘫痪的人来说，再次行走或骑行的想法常常遥不可及。本研究探索了一种不同的恢复路径：利用虚拟现实和脑-机接口对大脑本身进行再训练。研究人员让健康志愿者和脊髓损伤者在穿越茂密虚拟森林时想象移动双腿，结果表明：即便身体无法移动，大脑也能学会发送更清晰的运动信号。

连接大脑与虚拟世界的数字桥梁

研究团队构建了一个将大脑活动与虚拟世界相连的系统。参与者戴着带有干电极的脑电帽，用以记录头皮表面的微小电信号，同时佩戴展示森林小径的虚拟现实头显。健康志愿者以第一人称视角看到一个行走的化身，就像通过自己的眼睛在看；而完全脊髓损伤的参与者则看到自己在同一条小径上骑车。参与者放松时，化身静止；当他们强烈地想象行走或骑行时，计算机实时解码其脑信号并推进化身，同时触发声音，对于脊髓损伤组还通过电刺激向腿部传递轻微肌肉刺激。

像训练肌肉一样训练大脑

学习控制这一脑-机接口并非一蹴而就；它需要练习，类似于学习一项运动或乐器。健康志愿者在不同天完成了15次训练，每次约一小时。每次训练开始于一个校准阶段，系统在该阶段“聆听”大脑，记录参与者在放松与想象行走之间交替时的脑信号。随后计算机建立一个新的模型以区分这两种状态。校准后，参与者进入更长的运行阶段，根据音频提示要么放松，要么持续完整一分钟地想象行走，化身的运动反映了解码后的脑活动。在一个单独的自由控制阶段，他们尝试在五分钟内尽可能多地通过自发意图让化身迈步，而不依赖外部提示。

更清晰的大脑信号与更好的控制

随着时间推移，参与者在想象运动与静息时产生了更可靠的脑电模式。研究者使用不依赖特定解码算法的数学工具衡量这些模式的可分性与稳定性。跨会话，这些指标有所改善，表明参与者确实在学习塑造自身的大脑活动。该学习转化为更好的控制：在健康人中，计算机将“走”与“放松”区分的准确率从早期会话的大约60%提升到后期的约80%。在自由控制试验中，正确解码的步数增加了两倍多。长期、运动和感觉完全丧失的脊髓损伤者——无法移动或感觉双腿的人——也表现出显著进步。他们的分类准确率从大约高50%范围上升到超过70%，在体验虚拟现实反馈和腿部肌肉电刺激时，学会产生更清晰的“骑行与放松”大脑信号。

为什么虚拟现实很重要

沉浸式虚拟现实环境似乎起到了关键作用。仅仅观看与自身想象动作同步的逼真身体运动，就能激活与运动和身体觉知相关的大脑网络。森林场景、第一人称视角与细微的声音使体验比盯着屏幕上的简单符号更具沉浸感。对于脊髓损伤参与者而言，现实中通过电刺激推动他们双腿运动并将其与大脑指令关联，很可能强化了意图与反馈之间的连接。尽管研究没有包含非虚拟现实对照组，结果仍提示：将丰富的感官反馈、游戏化的场景和反复训练结合起来，有助于大脑优化其内部的运动“蓝图”。

迈向未来康复的步骤

对普通读者来说，主要信息是：即便在严重损伤多年之后，大脑仍具有可塑性。通过在对其思维做出即时响应的虚拟世界中练习想象行走或骑行，健康人和完全脊髓损伤者都学会发送更精确的运动信号，计算机能够识别。该工作本身并不能直接恢复现实世界中的行走，但它强化了支撑运动的大脑回路，并表明低成本的干电极头戴设备与消费级虚拟现实可以支持长期训练。未来，类似系统或可与机器人外骨骼或更先进的电刺激技术配合，将这些改进过的大脑信号转化为虚拟现实之外的真实、功能性运动。

引用: Mannan, M.M.N., Palipana, D.B., Mulholland, K. et al. Virtual reality mediated brain-computer interface training improves sensorimotor neuromodulation in unimpaired and post spinal cord injury individuals. Sci Rep 16, 6215 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36431-3

关键词: 虚拟现实康复, 脑-机接口, 运动意象训练, 脊髓损伤, 神经可塑性