《npj Biomedical Innovations》：Magnetic NeuroRing: a portable adaptive brain-computer interface for real-time transcranial magnetic stimulation in post-stroke motor rehabilitation
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本文推荐一项创新性研究：为解决脑卒中后上肢运动功能障碍康复中传统经颅磁刺激(TMS)缺乏实时调整、设备笨重及治疗延迟等问题，研究人员开发了名为Magnetic NeuroRing的便携式闭环脑机接口(BCI)系统。该系统通过实时脑电图(EEG)监测事件相关去同步化(ERD)信号，当连续5次运动尝试出现ERD/ERS<0时，自动触发连续θ脉冲刺激(cTBS)抑制健侧半球过度活跃区。研究证实该系统可有效调节神经活动，促进半球间平衡重组，为临床和家庭康复提供动态个性化治疗新策略。
在全球范围内，脑卒中已成为导致长期残疾的第二大原因，每年影响数百万人，并对医疗系统造成沉重负担。脑卒中患者常面临上肢和手部运动功能障碍的挑战，这严重阻碍其功能恢复和回归社会。传统的物理治疗和运动康复方法存在明显局限性：它们通常依赖重复性训练，难以适应患者不同的损伤程度、认知障碍和参与度差异。更为关键的是，当前主流的非侵入性脑调控技术如经颅磁刺激(TMS)，虽能通过靶向特定皮层区域诱导皮层兴奋性改变和增强神经可塑性，但其临床效果却受限于静态治疗方案——无法根据患者动态脑活动进行实时调整，导致治疗效果不可预测且个体差异大。
近年来，脑机接口(BCI)技术的发展为闭环脑卒中康复带来新希望。通过实时监测脑功能，BCI可促进大脑与外部设备的直接通信，绕过受损的运动通路。脑电图(EEG)作为实时评估脑活动的关键工具，能提供持续反馈以定制脑调控干预措施。然而，EEG监测与脑调控技术的整合在临床环境中仍探索不足，且现有设备存在体积庞大、缺乏实时调整、诊断与治疗延迟等问题。尤其重要的是，脑卒中后上肢手部运动功能的康复是一个漫长过程，不仅需要医疗机构介入，更需持续的家庭康复以进一步提升患者预后。
为突破这些瓶颈，复旦大学类脑智能科学与技术研究院的研究团队在《npj Biomedical Innovations》上发表了创新性研究成果，成功开发出名为“Magnetic NeuroRing”的便携式闭环系统。该设备巧妙整合诊断与治疗功能，实现脑活动实时监测与靶向磁疗的同步进行。其核心突破在于建立EEG触发的闭环控制：当系统检测到运动意图相关的EEG信号（事件相关去同步化/同步化，ERD/ERS）连续五次低于阈值（ERD/ERS<0）时，自动触发cTBS抑制健侧半球过度活跃区，从而重新平衡卒中受损的半球间动力学。这一设计将神经调控从静态协议转变为动态、患者特异性的治疗新模式。
关键技术方法包括：采用热塑性聚氨酯(TPU 95A)和碳纤维增强聚酰胺定制轻量化头戴设备，通过3D颅骨扫描(精度0.6毫米)实现个体化适配；磁刺激模块采用磁悬浮线圈（无氧铜漆包线，电感4.1 mH）与纯铁芯(8×12 mm)产生可控磁场（表面强度~36 mT）；8通道EEG采集系统（电极位于FC3/FC4/CP3/CP4/FT7/FT8/TP7/TP8）以500 Hz采样率无线传输数据；基于规则的控制逻辑（ERD/ERS<0持续5次尝试触发固定参数cTBS）实现闭环调控；研究纳入健康受试者(n=9)和卒中病例进行验证，通过功率谱密度(PSD)、事件相关谱扰动(ERSP)等指标分析神经生理调制效应。
便携式闭环Magnetic NeuroRing设计用于脑卒中后自适应TMS
该设备通过集成TMS和EEG实现便携式EEG触发闭环系统。其轻量化头戴设备采用柔性TPU 95A确保舒适性，碳纤维增强聚酰胺提供结构刚性。磁刺激模块的磁悬浮线圈经仿真证实可产生均匀磁场（皮层处~2 mT），足以调制皮层活动且最小化脱靶效应。
EEG信号采集通过10-20系统定位的8个金属电极实现，阻抗保持低于1 kΩ。每个试验周期12秒，含准备、提示、运动尝试和休息四个阶段，形成临床可操作的闭环循环。
闭环EEG-TMS康复中通过自适应cTBS的神经生理调制
系统采用cTBS协议（50 Hz磁脉冲节律性爆发）抑制过度活跃皮层区。在健康受试者中，cTBS引起静息态频谱偏移：刺激半球使FT7点α功率降低(p=0.0354)，非刺激半球FT8点θ功率增加(p=0.0278)而δ功率降低(p=0.0078)。任务态手势进一步显示偏侧化ERD/ERS响应：同侧运动降低FT8点θ ERD(p=0.0439)，对侧任务增加CP4点θ ERD(p=0.0311)，证明不对称皮层重组。
这些发现揭示通过监测ERD/ERS可有效评估卒中患者运动恢复进展，指导基于EEG分析的自适应康复策略。
cTBS对静息和任务状态EEG的综合影响分析
静息态记录显示，cTBS干预后多个EEG特征发生显著变化：FT7点全α PSD显著增加，FT8点全δ PSD升高，CP4点全θ PSD增加(p<0.05)。时段1分析中，FT8点δ PSD增强而β PSD降低(p=0.0164, p=0.0138)。左侧半球cTBS诱导偏侧指数(LI)从负转正，证明半球间优势逆转。右手运动（刺激左侧M1的对侧）时右侧运动皮层ERD增加，反映左半球输出抑制后的去抑制；左手运动（刺激同侧）时右侧运动皮层ERD降低，表明抑制左半球增强的经胼胝体抑制。
这些调制效应支持当前干预方案的可行性和神经生理相关性。
该研究通过闭环系统利用cTBS的GABA能抑制（通过钾/氯通道激活介导）抑制健侧半球，同时通过赫布可塑性去抑制病变半球。实时EEG生物标志物（ERD/ERS、pdBSI）指导参数调整：当ERD/ERS持续抑制（连续5次激活<0）时触发cTBS强度或频率增加，确保治疗与动态神经状态对齐。这种自适应逻辑源于健康海马在探索行为中观察到的θ-γ耦合，cTBS通过模拟此现象重新校准皮层网络。
研究表明，健康参与者中显著的静息态指标主要体现在非刺激半球，支持半球间竞争模型。卒中患者频谱功率存在显著差异，δ功率增加而α、β、θ和γ功率降低，与半球间抑制假设一致。尽管未发现TBS方案对静息态EEG功率产生显著组水平效应，但cTBS改变对侧事件相关同步化/去同步化模式，提示需进一步研究其对健康与病理人群的不同影响。
这套闭环便携式系统在卒中康复及其他神经系统疾病治疗中具有广阔潜力。未来迭代可通过实时不对称指标动态交替cTBS（健侧抑制）和iTBS（患侧激活），优化神经可塑性。尽管NeuroRing展示了闭环神经调控的技术准备度，其临床治疗价值仍需更大样本量和更严格设计验证。初步数据显示，干预两周后实验组Fugl-Meyer上肢(FM-UL)评分显著改善（平均增益+7.0分，p=0.0135），优于对照组（常规治疗，+3.0分），表明该系统在促进上肢运动恢复方面可能具有附加效益。
这项工作通过演示EEG生物标志物引导的实时闭环脑刺激，为动态个性化神经康复奠定了基础。其创新性不仅在于技术整合，更在于将实验室级的脑调控能力转化为可及性高的便携设备，推动卒中康复从医院中心模式向连续动态管理范式转变。
