復旦大學團隊腦脊接口研究獲突破，有望助癱瘓者重新行走

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 任朝霞 通訊員 曾譯萱 殷夢昊）只需在腦部和脊髓植入電極芯片，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。復旦大學類腦智能科學與技術研究院加福民青年教師團隊研發新一代用于脊髓損傷患者的植入式腦脊接口設備，為脊髓損傷患者帶來站立行走的希望。日前，相關項目“植入式腦脊接口關鍵技術與系統研制”在約1400個參賽項目中脫穎而出，獲2024年全國顛覆性技術創新大賽優勝獎，預計年底開展首例臨床試驗。

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。2023年，瑞士洛桑聯邦理工學院 Grégoire Courtine博士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，但在腦電運動解碼、脊髓神經根個體化重建、系統集成與臨床應用等方面還存在許多不足。

加福民團隊由此展開新一代腦脊接口技術研發，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，對下肢相應肌群進行交替激活，從而重建行走步態，是第一個核心挑戰。對此問題，加福民團隊使用張江影像中心的3T磁共振成像設備，創新設計了包含多種掃描序列的成像方案，并基于人工標簽構建自動化重建算法模型，從而精確捕捉腰骶段脊髓神經根結構特征。相關數據和生成的個體化脊髓神經根模型近期已開源，為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實時優化調整，這就要求對步態進行實時監測。加福民團隊采用紅外動捕、肌電、慣性傳感器、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，建立算法模型，實現跨人群、跨模態、跨類型的連續步態軌跡高性能追蹤，為腦脊接口技術奠定基礎。

現有腦脊接口解決方案采用多設備植入模式，需要分別在大腦左右側運動皮層植入兩臺腦電采集設備、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，將三臺設備集成為一臺顱骨植入式微型設備，減小患者術后創口的同時，也能實現采集與刺激一體化，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，提高腦電信號采集穩定性和效率，最終實現百毫秒級別的解碼速度和刺激指令輸出——正常人的反應時間為200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。

下一階段，團隊計劃完成植入式腦脊接口關鍵技術的產品開發和臨床轉化。與此同時，持續研發針對脊髓損傷患者的系列神經調控新方法、新技術，如針對輕癥患者開發穿戴式神經調控裝備、多模態運動監測系統等，從更大范圍減輕脊髓損傷患者家庭和社會醫療負擔。