米兰-复旦团队脑脊接口研究获突破：瘫痪者有望重新行走—新闻—科学网

只需在脑部和脊髓植入电极芯片，在年夜脑与脊髓间搭建一条“神经旁路”，瘫痪患者就有可能从头自立节制肌肉，恢复下肢站立和行走功能。

复旦类脑智能科学与手艺研究院加福平易近青大哥师团队研发新一代用在脊髓毁伤患者的植入式脑脊接口装备，为脊髓毁伤患者带来站立行走的但愿。

日前，相干项目“植入式脑脊接口要害手艺与系统研制”在约1400个参赛项目中脱颖而出，获2024年全国倾覆性手艺立异年夜赛优越奖，估计年末展开首例临床实验。

植入微创电极，瘫痪病人有望流利行走

作为毗连年夜脑与外周神经系统的“信息高速通道”，脊髓若遭到毁伤，年夜脑发出的指令就没法传递给肌肉，患者是以掉去自立步履能力。若何使脊髓毁伤致瘫患者恢复活动能力，一向以来是医学界重浩劫题。

因为神经毁伤的不成逆性，今朝针对脊髓毁伤患者的医治手段结果有限。直至最近几年，有研究证实脊髓硬膜外电刺激可以从头激活神经肌肉勾当，显著增进脊髓毁伤后的活动康复——2023年，瑞士洛桑联邦理工学院 Grégoire Courtine博士团队展开了脑脊接口研究，经由过程收集、解码脑部旌旗灯号并对脊髓下肢相干区域进行电刺激，毗连年夜脑和脊髓神经通路，使四肢瘫痪患者实现自立行走，乃至实现了脊髓毁伤部位神经突触重塑，让患者在没有刺激的环境下也能自立节制瘫痪肌肉。

虽然瑞士团队初步验证脑脊接话柄现脊髓毁伤患者功能恢复的可能，但在脑电活动解码、脊髓神经根个别化重建、系统集成与临床利用等方面还存在很多不足。针对这些问题，加福平易近团队展开新一代脑脊接口手艺研发，具有“高精准、高通量、高集成、低延时”的特点。

若何精准刺激脊髓神经根，对下肢响应肌群进行瓜代激活，从而重建行走步态，是第一个焦点挑战。对此问题，加福平易近团队利用张江影象中间的3T磁共振成像装备，立异设计了包括多种扫描序列的成像方案，并基在人工标签构建主动化重建算法模子，从而切确捕获腰骶段脊髓神经根布局特点。相干数据和生成的个别化脊髓神经根模子近期已开源，为神经康复范畴专家展开脊髓神经调控根本研究供给支持。

脊髓神经根影象重建3D模子。本文图片均来历在“复旦年夜学”微信公号

另外，抱负的行走进程需要按照下肢姿态的活动成果对脊髓时空刺激参数进行及时优化调剂，这就要求对步态进行及时监测。加福平易近团队采取红外动捕、肌电、惯性传感器、足底压力垫等多模态手艺，构建健康步态和多种异常步态数据集，成立算法模子，实现跨人群、跨模态、跨类型的持续步态轨迹高机能追踪，为脑脊接口手艺奠基根本。

步态轨迹多模态及时监测

现有脑脊接口解决方案采取多装备植入模式，需要别离在年夜脑摆布侧活动皮层植入两台脑电收集装备、在脊髓植入一台脊髓刺激装备。加福平易近团队提出“三合一”的系统设计方案，将三台装备集成为一台颅骨植入式微型装备，减小患者术后创口的同时，也能实现收集与刺激一体化，对患者自立活动进行闭环调控。这个方案可将解码进程由体外转入体内，提高脑电旌旗灯号收集不变性和效力，终究实现百毫秒级此外解码速度和刺激指令输出——正常人的反映时候为二百毫秒摆布，这意味在将来，脊髓毁伤患者的行走步态将加倍天然流利。

十年磨剑，面向世界困难“蒲伏进步”

在自力带队展开脑脊接口系统研究前，加福平易近师从清华年夜学李路明院士，聚焦在植入式神经调控范畴研究。

2010年至2020年，作为李路明院士率领的神经调控国度工程研究中间焦点成员之一，加福平易近介入了我国第一代植入式神经调控设备研发与临床转化工作，并在李路明院士指点下研发国际初创的变频脑起搏器，解决帕金森复杂症状调控临床困难。作为亲历者见证我国神经调控事业从“跟踪”、“并行”到“引领”的全进程，加福平易近深入体味到了临床需求到科研功效转化的艰辛。

“人生要选择做难而准确的工作，把论文写在故国年夜地上。”深受这一理念影响，加福平易近又将眼光投向了同属“世界困难”的脑脊接口研究范畴，但愿能将曩昔的经验利用在脊髓毁伤患者。

《中国脊髓毁伤者糊口质量和疾病承担调研陈述2023版》显示，中国现存脊髓毁伤患者374万，每一年新增脊髓毁伤患者约9万人。“假如让瘫痪患者能站起来，这就是从0到1的冲破。”但是，要冲破这一重浩劫题绝非易事。加福平易近估计，脑脊接口手艺从根本研究光临床转化，最少需要十年时候，也已做好打持久战的预备。

复旦年夜学类脑智能科学与手艺研究院（简称“类脑院”）是国内高校最早成立的脑科学与类脑前沿交叉研究机构之一，旨在面向全球重年夜科技前沿和国度计谋，展开脑与类脑根本理论重年夜原始立异、前沿手艺攻关和利用转化。2020年，加福平易近全职插手类脑院，并在鼓动勉励原创、自由摸索、多学科交叉合作的国际化学术情况中延续展开攻关。“复旦在根本医学、人工智能、神经影象标的目的的深挚底蕴让我收获颇丰。”加福平易近说。

在导师双选会上，2022级生物医学工程标的目的博士研究生刘炯晖选择插手加福平易近团队，成为团队中的第一个学生。“我但愿在博士时代做一件对社会成心义的工作，能在这个进程中实现本身的价值。”刘炯晖今朝首要负责脊髓神经根的MRI影象重建、个别化建模、神经肌骨模子仿真计较，为患者供给高精度的神经根构建和个性化刺激方案。

从那时起，加福平易近带着一两个学生默默“鼓捣”脑脊接口，成长到此刻，产学研团队已近三十人。他将这些年的研究过程称为“蒲伏进步”，“阔别外界声音，默默研究，直到看到瘫痪患者从头行走”。加福平易近在复旦-宝山科创中间和类脑院的鼎力撑持下，积极组建脑脊接话柄验室，首要研究标的目的为脊髓毁伤患者的下肢步行功能恢复与重建，并在此根本上摸索神经调控手艺在多种顺应症上的利用潜力。

四年间，团队同步展开根本研究、软件开辟、算法迭代、尝试验证等工作，今朝已初步完成脊髓时空刺激和脑脊接口要害手艺的堆集，并在动物上实现概念验证，具有临床利用的需要前提。估计本年底，团队将与国内三甲病院相干专家合作展开首例临床实验。

下一阶段，加福平易近打算完成植入式脑脊接口要害手艺的产物开辟和临床转化。与此同时，延续研发针对脊髓毁伤患者的系列神经调控新方式、新手艺，如针对轻症患者开辟穿着式神经调控设备、多模态活动监测系统等，从更年夜规模减轻脊髓毁伤患者家庭和社会医疗承担。

更久远地，加福平易近团队怀着“原创手艺办事全球”的愿景，但愿经由过程研发三类有源植入式立异医疗器械，成立智能脑脊接口自立常识产权系统，让全球2000万脊髓毁伤患者获益。

倾覆性手艺立异需要源源不竭的新颖血液。本年8月，复旦年夜学神经调控与脑机接口研究中间正式成立，作为该中间的脑脊接口标的目的负责人，加福平易近接待根本医学、材料学、计较机科学、数学、物理相干标的目的的青年学子插手本身的团队，经由过程脑脊接口项目研发试探出一条神经调控与脑机接口标的目的人材培育的路径。“相信将来将有愈来愈多的神经调控人材在复旦年夜学成长起来。”他布满等候地说。

（原题目为《瘫痪者有望从头行走！复旦团队脑脊接口获冲破》）

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