復(fù)旦團隊腦脊接口研究獲進展

王燁捷

2024年10月21日07:48 | 來源：中國青年報

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在腦部和脊髓植入電極芯片，搭建一條“神經(jīng)旁路”，癱瘓患者有可能重新自主控制肌肉，恢復(fù)下肢站立及行走功能。

日前，復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院青年教師加福民團隊研發(fā)了新一代用于脊髓損傷患者的植入式腦脊接口設(shè)備。相關(guān)項目“植入式腦脊接口關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研制”，在約1400個參賽項目中脫穎而出，獲2024年全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽優(yōu)勝獎。據(jù)悉，該賽事由京津冀國家技術(shù)創(chuàng)新中心主辦，上海顛覆性技術(shù)創(chuàng)新中心、廣州顛覆性技術(shù)創(chuàng)新中心、黃埔創(chuàng)新學(xué)院協(xié)辦。

作為連接大腦與外周神經(jīng)系統(tǒng)的“信息高速通道”，脊髓若受到損傷，大腦發(fā)出的指令就無法傳遞給肌肉，患者失去自主行動能力。如何使脊髓損傷致癱患者恢復(fù)運動能力，長期以來是醫(yī)學(xué)界重大難題。

由于神經(jīng)損傷的不可逆性，目前針對脊髓損傷患者的治療手段效果有限。近年，有研究證實脊髓硬膜外電刺激可以重新激活神經(jīng)肌肉活動，顯著促進脊髓損傷后的運動康復(fù)——2023年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團隊開展了腦脊接口研究，通過采集、解碼腦部信號并對脊髓下肢相關(guān)區(qū)域進行電刺激，實現(xiàn)了脊髓損傷部位神經(jīng)突觸重塑，讓患者在沒有刺激的情況下也能自主控制癱瘓肌肉。

盡管瑞士團隊初步驗證腦脊接口實現(xiàn)脊髓損傷患者功能恢復(fù)的可能，但在腦電運動解碼、脊髓神經(jīng)根個體化重建、系統(tǒng)集成與臨床應(yīng)用等方面還存在許多不足。針對這些問題，加福民團隊開展新一代腦脊接口技術(shù)研發(fā)，該技術(shù)具有“高精準(zhǔn)、高通量、高集成、低延時”的特點。

現(xiàn)有腦脊接口解決方案采用多設(shè)備植入模式，需要分別在大腦左右側(cè)運動皮層植入兩臺腦電采集設(shè)備、在脊髓植入一臺脊髓刺激設(shè)備。加福民團隊提出“三合一”的系統(tǒng)設(shè)計方案，將三臺設(shè)備集成為一臺顱骨植入式微型設(shè)備，減小患者術(shù)后創(chuàng)口的同時，也能實現(xiàn)采集與刺激一體化，對患者自主運動進行閉環(huán)調(diào)控。這個方案可將解碼過程由體外轉(zhuǎn)入體內(nèi)，提高腦電信號采集穩(wěn)定性和效率，最終實現(xiàn)百毫秒級別的解碼速度和刺激指令輸出——正常人的反應(yīng)時間為200毫秒左右，這意味著未來，脊髓損傷患者的行走步態(tài)將更加自然。

《中國脊髓損傷者生活質(zhì)量及疾病負(fù)擔(dān)調(diào)研報告2023版》顯示，中國現(xiàn)有脊髓損傷患者374萬人，每年新增脊髓損傷患者約9萬人。“如果讓癱瘓患者能站起來，這就是從0到1的突破。”加福民預(yù)計，腦脊接口技術(shù)從基礎(chǔ)研究到臨床轉(zhuǎn)化，起碼需要10年時間，他表示已經(jīng)做好打持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。

2020年，加福民全職加入復(fù)旦類腦院。從最開始帶著一兩個學(xué)生默默“鼓搗”腦脊接口，發(fā)展到現(xiàn)在，加福民的產(chǎn)學(xué)研團隊已近30人。他將這些年的研究歷程稱為“匍匐前進”，“遠離外界聲音，默默研究，直到看到癱瘓患者重新行走”。加福民在復(fù)旦-寶山科創(chuàng)中心和類腦院的大力支持下，積極組建腦脊接口實驗室，主要研究方向為脊髓損傷患者的下肢步行功能恢復(fù)與重建，并在此基礎(chǔ)上探索神經(jīng)調(diào)控技術(shù)在多種適應(yīng)癥上的應(yīng)用潛力。

目前，團隊已初步完成脊髓時空刺激和腦脊接口關(guān)鍵技術(shù)的積累，并在動物上實現(xiàn)概念驗證，具備臨床應(yīng)用的必要條件。預(yù)計今年年底，團隊將與國內(nèi)三甲醫(yī)院相關(guān)專家合作開展首例臨床試驗。

下一階段，加福民計劃完成植入式腦脊接口關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)和臨床轉(zhuǎn)化。與此同時，持續(xù)研發(fā)針對脊髓損傷患者的系列神經(jīng)調(diào)控新方法、新技術(shù)，如針對輕癥患者開發(fā)穿戴式神經(jīng)調(diào)控裝備、多模態(tài)運動監(jiān)測系統(tǒng)等，從更大范圍減輕脊髓損傷患者家庭和社會醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

加福民團隊?wèi)阎霸瓌?chuàng)技術(shù)服務(wù)全球”的愿景，希望通過研發(fā)三類有源植入式創(chuàng)新醫(yī)療器械，建立智能腦脊接口自主知識產(chǎn)權(quán)體系，讓全球2000萬脊髓損傷患者獲益。