復旦大學研發團隊、復旦大學附屬中山醫院臨床團隊與首例患者合影。新華社發
作為連接大腦與外周神經系統的“信息高速通道”，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。由于神經損傷的不可逆性，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肌肉活動，顯著促進脊髓損傷后的運動康復。
復旦大學類腦智能科學與技術研究院加福民團隊新近研發的腦脊接口技術，以微創手術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“神經旁路”。
電極芯片精準采集大腦發出的運動信號，再借助算法對信號進行深度解碼，將其轉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區域的電極芯片，作用于受損脊髓下方的神經組織，激活下肢指令性活動。由此，病人可以自主控制肌肉，恢復下肢站立及行走功能。
兩年前，林先生因意外跌落，導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電極置入術與脊髓神經刺激電極置入術的患者。
復旦大學附屬中山醫院神經內科主任丁晶表示，術后，林先生的身體變化快到以天計算：第1天右腿出現緩慢的屈曲；第3天實現自主腦控狀態下的雙下肢運動；第8天開始在站立架輔助下站立抬腿訓練；第10天在重力懸吊支撐下逐漸適應步行模式，實現自主控制雙側下肢跨步；第14天運動反應能力逐步提升，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，他們也在術后次日，開機1小時實現腦控抬腿。
據悉，2023年瑞士團隊發表的論文稱，通過采集數據、電刺激、神經解碼等手段連接神經通路，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開顱，植入兩塊芯片，創面達到兩個掌心大小，極易導致感染。此外，腦部和脊髓的手術，間隔長達2年。
而加福民團隊采取微創手術，將2個直徑約1毫米的電極芯片植入到運動腦區，腦部、脊髓的手術可在4小時左右一次完成。這是因為將過去用于腦電采集、脊髓刺激的多臺設備集合為一臺顱骨植入式微型設備，不僅大大降低手術創傷，也能實現采集與刺激一體化，提高腦電信號采集穩定性和效率。
更令團隊興奮的是，在受試者身上發現了腦脊接口對神經重塑的作用。在瑞士團隊的研究中，腦脊接口植入手術后6個月左右出現神經重塑效果，即患者在沒有外部刺激的情況下也能自主控制癱瘓肌肉。而林先生在術后不到2周，就已表現出神經重塑效果。
“這好比大腦與脊髓斷掉的‘路’接通后，神經像春天萬物復蘇一般。”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，腳會發熱出汗、有酥麻感，站的時候感到腿部肌肉收縮等。
據統計，我國現存脊髓損傷患者人數約374萬，每年新增脊髓損傷患者約9萬。腦脊接口技術的新突破，正為癱瘓病人帶來新希望。
復旦大學類腦智能科學與技術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比較少，信息量受限的情況下，如何實現對人體運動解碼的實時性、準確性，是團隊面臨的最大挑戰；另一方面，每個人的脊髓生理結構不一樣，且人體運動非常復雜，站著和坐著抬腿的腦電信號都會有差異。
此外，目前研發的腦脊接口設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小時的康復訓練，需要患者和家屬的積極配合。
下一步，加福民團隊計劃繼續聯合臨床單位，開展更多腦脊接口臨床概念驗證工作，積累更多真實數據，進一步迭代算法。同時，將完善顱骨植入式腦脊接口微型設備，做好產品注冊臨床試驗準備。
