近日看到一則內(nèi)地醫(yī)院以腦脊接口技術(shù),借著在大腦和脊髓里植入細小的電極,成功讓下肢癱瘓病人恢復活動能力的新聞,實在非常鼓舞。投身醫(yī)療創(chuàng)投這么多年,所追求的就是能為一些過往被視為難治或不治的病癥,尋找到解藥或醫(yī)療方案。
根據(jù)以往認知,脊髓損傷是不可修復的,因為正常人都是通過脊髓把大腦的運動指令傳遞到四肢,當脊髓因外傷或疾病中斷,大腦發(fā)出的運動指令便無法傳遞到肢體,患者就可能面臨終身癱瘓。如何使脊髓損傷致癱患者恢復運動能力,一直是醫(yī)學界的重大難題。直至近年,有研究證實脊髓硬膜外電刺激(Epidural Electrical Stimulation)可以重新啟動神經(jīng)肌肉活動,顯著促進脊髓損傷后的運動康復,去年瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院團隊更初步驗證了腦脊接口實現(xiàn)脊髓損傷患者功能恢復的可能。
更讓人驚喜的是,復旦大學類腦智能科學與技術(shù)研究院于3月初公布,自今年1月起,在復旦大學附屬中山醫(yī)院、華山醫(yī)院成功實施四宗“腦脊介面電極同步植入臨床概念驗證手術(shù)”,四名原被診斷為截癱(下肢全部或部分喪失運動功能)的病人,在術(shù)后恢復腿部感知和活動能力。這是全國首批成功用于臨床概念驗證的微創(chuàng)腦脊介面手術(shù),為脊髓損傷治療帶來重大突破。
其中,首名參與臨床概念驗證手術(shù)的患者于1月8日,在中山醫(yī)院進行了手術(shù),把兩顆直徑僅1毫米左右的電極晶片植入體內(nèi),竟讓他癱了兩年的雙腿恢復了感知,手術(shù)后第1天,右腿肌肉能微顫;到第49天,已經(jīng)可以在懸吊下實現(xiàn)獨立使用助步器行走。這是全球首次通過微創(chuàng)“三合一”腦脊接口同步植入設備,將大腦信號解碼、電刺激優(yōu)化和神經(jīng)通路重建三大技術(shù)整合,讓患者在輔助工具支持下實現(xiàn)自主站立、邁步,初步證明了新一代腦脊接口方案的可行性,預計不久后可進入臨床。
腦脊接口技術(shù),可以想像成一種“神經(jīng)搭橋”,是透過手術(shù)分別在大腦和脊髓里植入很細小的電極晶片,這些電極晶片能捕捉大腦發(fā)出的信號。但通過智能演算法,把信號翻譯成脊髓能懂的“語言”,再用電刺激的方式傳遞給脊髓,讓大腦的指令繞過受損的神經(jīng),直接指令下肢活動,從而讓癱瘓患者重新獲得行走能力。
與較為人知的腦機介面(Brain Computer Interface)相比,腦脊介面(Brain Spine Interface)雖然同樣以大腦信號為核心,但運作原理和目標截然不同。腦機介面像是為大腦配備“外掛”,可以分侵入式和非侵入式,侵入式需動手術(shù)植入電極晶片,非侵入式用外掛儀器,專注于讓患者通過大腦信號控制外部設備,如機械臂、打字鍵盤,甚至玩電子游戲的搖桿,可以繞過身體的限制,完成所想做的動作,但無法直接恢復患者自身的運動功能。
腦脊介面不依賴外部設備,必須做侵入式手術(shù)植入電極晶片,通過神經(jīng)信號直接啟動患者自身的肌肉,目標是讓患者可自主控制自己的雙腿。侵入性手術(shù)最大缺點是安全風險比較高,在手術(shù)中和手術(shù)后可能引發(fā)感染、組織損傷、炎癥反應等后果。技術(shù)的關(guān)鍵在于精準性與即時性,由于大腦的信號非常復雜,如何能準確地捕捉到代表不同運動意圖的信號,本身已是一大挑戰(zhàn),還要做到即時傳遞,減少肢體與大腦不同步可能造成的意外,絕非一件容易的事。
AI演算法大派用場
近年來,隨著人工智能、神經(jīng)生物學、感測器等技術(shù)提升,腦機介面技術(shù)快速發(fā)展,為腦脊接口技術(shù)打下了基礎,未來進一步發(fā)展不僅需要高精度的電極設備,更依賴于強大的人工智能(AI)演算法,當中要解決的不僅有科學問題,還有各種工程問題,涉及到材料、電池、信號傳輸?shù)入y題的解決。
為了讓這個中國原創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展能提速,國家已著手健全腦機介面產(chǎn)品標準體系、完善檢測能力。藥監(jiān)局早于去年9月,批準《采用腦機介面技術(shù)的醫(yī)療器械 術(shù)語及定義》和《采用腦機介面技術(shù)的醫(yī)療器械 具備閉環(huán)功能的植入式神經(jīng)刺激器 感知與回應性能測試方法》兩項醫(yī)療器械行業(yè)標準制訂專案立項。這是一種前瞻性部署,待相關(guān)行業(yè)標準發(fā)布后,可提高產(chǎn)品審評審批的效率,助力新技術(shù)加快成果轉(zhuǎn)化。
據(jù)統(tǒng)計,中國現(xiàn)存脊髓損傷患者374萬人,每年新增脊髓損傷患者約9萬人。腦脊介面技術(shù)突破性進展背后,是中國科學家的堅持。更令人振奮的是,復旦大學團隊還在患者身上觀察到了腦脊介面對神經(jīng)重塑的作用,患者的神經(jīng)有望重新連接、得到重塑,最終可能會讓患者擺脫設備,而不是終身依賴它。實在衷心希望這個技術(shù)能夠不斷地發(fā)展,未來真的能實現(xiàn)讓癱瘓患者恢復自主行走。
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