【中心科研】Science Bulletin | 中山三院戎利民教授团队提出脑机接口重建脊髓损伤修复的系统性新框架
脊髓损伤带来的，不只是运动功能受限，更是大脑与身体之间通信链路的中断。大脑皮质发出的运动意图难以下传至脊髓，感觉和本体反馈也难以回到大脑，原本连续运转的运动控制系统因此“断联”。
近日，中山大学附属第三医院戎利民教授、刘斌教授、张丽颖教授团队，联合加拿大不列颠哥伦比亚大学Andrei V. Krassioukov教授作为共同通讯作者，在Science Bulletin上发表了一篇题为“Bridging cortical intentions: brain–computer interfaces for spinal cord injury recovery” 的观点文章。文章提出，脊髓损伤修复的关键并非简单“替代肌肉”，而是重建大脑-脊髓-身体之间的通信：借助脑机接口（BCI）搭建跨越损伤平面的“神经桥梁”，让皮层意图重新参与神经调控与功能重塑。
脊髓损伤：系统的“断联”
与其把脊髓损伤理解为单一的“信号中断”或肌肉瘫痪，文章更强调它是一种大脑-身体-环境系统的失衡。其核心问题集中在三个方面：
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通信中断：皮质下行指令无法抵达损伤平面以下的脊髓节律环路，感觉和本体反馈也不能充分上行，难以重塑皮层表征；
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状态错配：损伤平面以下的脊髓环路仍然存活，却常处于异常兴奋或抑制状态，不能在合适的动态范围内响应驱动；
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学习失败：残存神经回路即使仍能传递部分信息，也缺少稳定反馈来巩固经验，难以形成持续的可塑性改变。
由此，脊髓损伤康复的目标不应停留在“重新让肌肉动起来”，而应转向重建跨层级的闭环通信，让神经系统在反馈中重新学习如何控制身体。
重建皮质-脊髓通信
文章据此梳理了三条基于脑机接口的“桥梁”重建路径：
1. 脑‑脊髓接口
通过将皮层信号与硬膜外电刺激（EES）等脊髓刺激相耦合，把大脑意图重新连接到损伤平面以下的脊髓环路。该路径更适合下肢及躯干等以节律性协调为主的功能恢复，已有研究显示其可支持更自然的步行控制。
2. 脑‑外周接口
该路径绕过损伤脊髓，将皮层解码信号转化为功能性电刺激（FES）或外周神经刺激（PNS），直接招募肌肉或外周神经。它主要面向上肢精细运动，如伸手、抓握等；不过，肌肉疲劳、选择性不足和感觉反馈缺失仍是限制因素。
3. 感觉传入接口
这一路径补上感觉环路的“传入端”：将假肢或肢体状态传感器获得的触觉、压力、接触、滑移和关节位置信息，经皮层微电刺激（ICMS）等方式写入体感皮层，帮助大脑重新获得触觉/本体感觉体验。它让双向BCI从单纯“发出命令”走向“感知-修正”的闭环控制，可改善动作稳定性、精细度和使用者的具身感。
三条路径并非彼此割裂，可归入三层功能框架：状态设置层通过硬膜外或经皮脊髓电刺激，将脊髓环路调到更容易响应的状态；执行层通过外周或肌肉电刺激，把解码出的运动策略转化为可观察的动作；可塑性偏置层则借助闭环迷走神经刺激或外周神经刺激，在正确动作出现时释放神经调质，帮助巩固长期改变。实际康复更像一套协同流程：先设置状态，再执行动作，最后强化学习，使一次短暂的动作成功有机会转化为持续的功能重塑。
图1. 重建皮质-脊髓通信与统一神经调节组合
瓶颈与挑战
脊髓损伤修复路径前景值得期待，但现阶段仍有多重瓶颈需要正视：工程上，信号可观测性不足，闭环控制难以适配个体差异；生物医学上，炎症、胶质和纤维瘢痕会改变干预效果，病理性可塑性可能与修复性可塑性相互竞争；材料上，植入电极需要长期面对神经组织的微动、免疫反应和信号衰减等挑战；临床与伦理方面，试验终点尚不统一，监管路径和神经数据归属、用户自主控制等问题也仍需明确。
围绕这些问题，文章提出了相应的基础科学攻关方向：
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工程：建立更可解释的闭环神经控制模型，明确可量化的状态变量（如脊髓兴奋性、疲劳阈值、痉挛风险），并开发可共享的控制语法；
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生物医学：绘制损伤后脊髓网络的动态图谱，解析免疫-神经相互作用，并明确皮层活动与外周刺激之间的“配对时间规则”；
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材料：发展免疫友好、机械柔顺、可长期稳定并支持无线升级的生物界面，如抗纤维化涂层、柔性聚合物和模块化植入设计；
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临床与伦理：建立覆盖功能、参与度、生活质量和治疗负担的多维终点，推动自适应试验和真实世界注册，并把透明度、可逆性和用户可控性嵌入系统设计。
图2. 闭环神经调控中的瓶颈与对应解决方案
落地路线与前景展望
文章进一步提出了分级递进、可扩展的临床转化路径：非侵入性状态设置（经皮电刺激+可穿戴传感）→ 可塑性增强（闭环迷走神经刺激）→ 高保真桥接（植入式脑-外周/脑-脊髓接口）。这一框架以“系统断联”为切入点重新理解脊髓损伤，将不同技术路线放入同一康复逻辑中，既回应了当前工程、生物、材料和临床伦理层面的现实瓶颈，也给出了风险分层的落地路径。未来，它可拓展至脊髓损伤康复、脑卒中后运动障碍、神经假肢和居家康复生态等场景，并为神经技术的伦理治理提供可参考的实践框架。
脊髓损伤修复的未来，不会取决于某一个设备或算法，而取决于一个能够学习、适应并接受用户监督的闭环生态。当大脑意图能够稳定、可解释地越过损伤平面，当动作结果能够以感觉反馈的形式回到大脑，神经修复才可能从“控制身体”进一步走向“重新学会与身体共处”。
