復旦团队突破脑脊介面研究 瘫痪者有望重新行走 年底临床试验

復旦大学方面10月5日透露，復旦类脑智慧科学与技术研究院加福民青年老师团队研发新一代用于脊髓损伤患者的植入式脑脊周边设备，为脊髓损伤患者带来站立行走希望。近日，相关专案「植入式脑脊介面关键技术与系统研制」，在约1400个参赛专案中脱颖而出，获2024年大陆全国颠覆性技术创新大赛优胜奖，预计年底开展首例临床试验。

作为连接大脑与外周神经系统的「资讯高速通道」，脊髓若受到损伤，大脑发出的指令就无法传递给肌肉，患者因此失去自主行动能力。如何使脊髓损伤致瘫患者恢復运动能力，一直以来是医学界重大难题。

由于神经损伤不可逆性，目前针对脊髓损伤患者的治疗手段效果有限。直至近年，有研究证实脊髓硬膜外电刺激可以重新启动神经肌肉活动，显着促进脊髓损伤后的运动康復——2023年，瑞士洛桑联邦理工学院 Grégoire Courtine博士团队开展脑脊介面研究，通过採集、解码脑部讯号并对脊髓下肢相关区域进行电刺激，连接大脑和脊髓神经通路，使四肢瘫痪患者实现自主行走，甚至实现了脊髓损伤部位神经突触重塑，让患者在没有刺激的情况下也能自主控制瘫痪肌肉。

儘管瑞士团队初步验证脑脊介面实现脊髓损伤患者功能恢復的可能，但在脑电运动解码、脊髓神经根个体化重建、系统集成与临床应用等方面还存在许多不足。针对这些问题，加福民团队开展新一代脑脊介面技术研发，具有「高精准、高通量、高集成、低延时」的特点。

如何精准刺激脊髓神经根，对下肢相应肌群进行交替启动，从而重建行走步态，是第一个核心挑战。对此，加福民团队使用张江影像中心3T磁共振成像设备，创新设计包含多种扫描序列成像方案，并基于人工标籤构建自动化重建演算法模型，从而精确捕捉腰骶段脊髓神经根结构特徵。相关数据和生成的个体化脊髓神经根模型近期已开源，为神经康復领域专家开展脊髓神经调控基础研究提供支撑。

此外，理想的行走过程需要根据下肢姿态的运动结果对脊髓时空刺激参数进行即时优化调整，这就要求对步态进行即时监测。加福民团队採用红外动捕、肌电、惯性感测器、足底压力垫等多模态技术，构建健康步态以及多种异常步态数据集，建立演算法模型，实现跨人群、跨模态、跨类型的连续步态轨迹高性能追踪，为脑脊介面技术奠定基础。

现有脑脊介面解决方案採用多设备植入模式，需要分别在大脑左右侧运动皮层植入两台脑电採集设备、在脊髓植入一台脊髓刺激设备。加福民团队提出「三合一」的系统设计方案，将三台设备集成为一台颅骨植入式微型设备，减小患者术后创口的同时，也能实现採集与刺激一体化，对患者自主运动进行闭环调控。这个方案可将解码过程由体外转入体内，提高脑电讯号採集稳定性和效率，最终实现百毫秒级别的解码速度和刺激指令输出——正常人的反应时间为二百毫秒左右，这意味在未来，脊髓损伤患者的行走步态将更加自然流畅。