復(fù)旦大學(xué)研發(fā)團隊、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院臨床團隊與首例患者合影。新華社發(fā)
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，患者因此失去自主行動能力。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。直至近年，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)。
復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院加福民團隊新近研發(fā)的腦脊接口技術(shù)，以微創(chuàng)手術(shù)在癱瘓病人腦部和脊髓植入電極芯片，在大腦與脊髓間巧妙搭建起“神經(jīng)旁路”。
電極芯片精準采集大腦發(fā)出的運動信號，再借助算法對信號進行深度解碼，將其轉(zhuǎn)化為特定頻率和強度的電刺激。這些電刺激通過植入脊髓相應(yīng)區(qū)域的電極芯片，作用于受損脊髓下方的神經(jīng)組織，激活下肢指令性活動。由此，病人可以自主控制肌肉，恢復(fù)下肢站立及行走功能。
兩年前，林先生因意外跌落，導(dǎo)致胸椎椎體骨折并椎體脫位、腦出血，后只能依靠輪椅生活。去年10月他通過報名，在今年1月8日成為首位接受一次性立體定向顱內(nèi)電極置入術(shù)與脊髓神經(jīng)刺激電極置入術(shù)的患者。
復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任丁晶表示，術(shù)后，林先生的身體變化快到以天計算：第1天右腿出現(xiàn)緩慢的屈曲；第3天實現(xiàn)自主腦控狀態(tài)下的雙下肢運動；第8天開始在站立架輔助下站立抬腿訓(xùn)練；第10天在重力懸吊支撐下逐漸適應(yīng)步行模式，實現(xiàn)自主控制雙側(cè)下肢跨步；第14天運動反應(yīng)能力逐步提升，右腿能抬高跨越移動障礙物；第15天在懸吊下獨立使用站立架行走超過5米；第49天可在懸吊下獨立使用助步器行走……
繼林先生之后，來自河北的趙先生、山東的溫先生分別在2月5日、2月25日成功手術(shù)，他們也在術(shù)后次日，開機1小時實現(xiàn)腦控抬腿。
據(jù)悉，2023年瑞士團隊發(fā)表的論文稱，通過采集數(shù)據(jù)、電刺激、神經(jīng)解碼等手段連接神經(jīng)通路，讓患者自主控制癱瘓肌肉。雖然這與加福民團隊的原理基本一致，但方法和效果迥異：瑞士方案要在患者雙側(cè)開顱，植入兩塊芯片，創(chuàng)面達到兩個掌心大小，極易導(dǎo)致感染。此外，腦部和脊髓的手術(shù)，間隔長達2年。
而加福民團隊采取微創(chuàng)手術(shù)，將2個直徑約1毫米的電極芯片植入到運動腦區(qū)，腦部、脊髓的手術(shù)可在4小時左右一次完成。這是因為將過去用于腦電采集、脊髓刺激的多臺設(shè)備集合為一臺顱骨植入式微型設(shè)備，不僅大大降低手術(shù)創(chuàng)傷，也能實現(xiàn)采集與刺激一體化，提高腦電信號采集穩(wěn)定性和效率。
更令團隊興奮的是，在受試者身上發(fā)現(xiàn)了腦脊接口對神經(jīng)重塑的作用。在瑞士團隊的研究中，腦脊接口植入手術(shù)后6個月左右出現(xiàn)神經(jīng)重塑效果，即患者在沒有外部刺激的情況下也能自主控制癱瘓肌肉。而林先生在術(shù)后不到2周，就已表現(xiàn)出神經(jīng)重塑效果。
“這好比大腦與脊髓斷掉的‘路’接通后，神經(jīng)像春天萬物復(fù)蘇一般。”丁晶說，首例患者還有諸多令人欣喜的變化：脊椎損傷感覺平面有所下移，腳會發(fā)熱出汗、有酥麻感，站的時候感到腿部肌肉收縮等。
據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)存脊髓損傷患者人數(shù)約374萬，每年新增脊髓損傷患者約9萬。腦脊接口技術(shù)的新突破，正為癱瘓病人帶來新希望。
復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院青年副研究員加福民坦言，目前想要“廣覆蓋”還有難度：一方面，可用于植入人體的成熟電極通道數(shù)比較少，信息量受限的情況下，如何實現(xiàn)對人體運動解碼的實時性、準確性，是團隊面臨的最大挑戰(zhàn)；另一方面，每個人的脊髓生理結(jié)構(gòu)不一樣，且人體運動非常復(fù)雜，站著和坐著抬腿的腦電信號都會有差異。
此外，目前研發(fā)的腦脊接口設(shè)備僅適用于成年患者，且參與臨床試驗的患者每日要進行5小時至7小時的康復(fù)訓(xùn)練，需要患者和家屬的積極配合。
下一步，加福民團隊計劃繼續(xù)聯(lián)合臨床單位，開展更多腦脊接口臨床概念驗證工作，積累更多真實數(shù)據(jù)，進一步迭代算法。同時，將完善顱骨植入式腦脊接口微型設(shè)備，做好產(chǎn)品注冊臨床試驗準備。
