復旦團隊突破腦脊介面研究 癱瘓者有望重新行走 年底臨牀試驗

復旦加福民教授團隊突破腦脊介面研究癱瘓者有望重新行走年底臨牀試驗。（澎湃新聞）

復旦加福民教授團隊突破腦脊介面研究癱瘓者有望重新行走年底臨牀試驗。圖爲步態軌跡多模態即時監測。（澎湃新聞）

澎湃新聞5日報導，只需在腦部和脊髓植入電極晶片，在大腦與脊髓搭建一條「神經旁路」，癱瘓患者就有可能重新自主控制肌肉，恢復下肢站立及行走功能。

復旦大學方面10月5日透露，復旦類腦智慧科學與技術研究院加福民青年老師團隊研發新一代用於脊髓損傷患者的植入式腦脊周邊設備，爲脊髓損傷患者帶來站立行走希望。近日，相關專案「植入式腦脊介面關鍵技術與系統研製」，在約1400個參賽專案中脫穎而出，獲2024年大陸全國顛覆性技術創新大賽優勝獎，預計年底開展首例臨牀試驗。

作爲連接大腦與外周神經系統的「資訊高速通道」，脊髓若受到損傷，大腦發出的指令就無法傳遞給肌肉，患者因此失去自主行動能力。如何使脊髓損傷致癱患者恢復運動能力，一直以來是醫學界重大難題。

由於神經損傷不可逆性，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啓動神經肌肉活動，顯著促進脊髓損傷後的運動康復——2023年，瑞士洛桑聯邦理工學院 Grégoire Courtine博士團隊開展腦脊介面研究，通過採集、解碼腦部訊號並對脊髓下肢相關區域進行電刺激，連接大腦和脊髓神經通路，使四肢癱瘓患者實現自主行走，甚至實現了脊髓損傷部位神經突觸重塑，讓患者在沒有刺激的情況下也能自主控制癱瘓肌肉。

儘管瑞士團隊初步驗證腦脊介面實現脊髓損傷患者功能恢復的可能，但在腦電運動解碼、脊髓神經根個體化重建、系統集成與臨牀應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介面技術研發，具有「高精準、高通量、高集成、低延時」的特點。

如何精準刺激脊髓神經根，對下肢相應肌羣進行交替啓動，從而重建行走步態，是第一個核心挑戰。對此，加福民團隊使用張江影像中心3T磁共振成像設備，創新設計包含多種掃描序列成像方案，並基於人工標籤構建自動化重建演算法模型，從而精確捕捉腰骶段脊髓神經根結構特徵。相關數據和生成的個體化脊髓神經根模型近期已開源，爲神經康復領域專家開展脊髓神經調控基礎研究提供支撐。

此外，理想的行走過程需要根據下肢姿態的運動結果對脊髓時空刺激參數進行即時優化調整，這就要求對步態進行即時監測。加福民團隊採用紅外動捕、肌電、慣性感測器、足底壓力墊等多模態技術，構建健康步態以及多種異常步態數據集，建立演算法模型，實現跨人羣、跨模態、跨類型的連續步態軌跡高性能追蹤，爲腦脊介面技術奠定基礎。

現有腦脊介面解決方案採用多設備植入模式，需要分別在大腦左右側運動皮層植入兩臺腦電採集設備、在脊髓植入一臺脊髓刺激設備。加福民團隊提出「三合一」的系統設計方案，將三臺設備集成爲一臺顱骨植入式微型設備，減小患者術後創口的同時，也能實現採集與刺激一體化，對患者自主運動進行閉環調控。這個方案可將解碼過程由體外轉入體內，提高腦電訊號採集穩定性和效率，最終實現百毫秒級別的解碼速度和刺激指令輸出——正常人的反應時間爲二百毫秒左右，這意味在未來，脊髓損傷患者的行走步態將更加自然流暢。