瘫痪者有望重新行走？复旦团队预计年底开展首例临床试验

摘要：脑脊接口

作为连接大脑与外周神经系统的“信息高速通道”，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复运动能力，一直以来是医学界重大难题。

只需在脑部和脊髓植入电极芯片，在大脑与脊髓搭建一条“神经旁路”，瘫痪患者就有可能重新自主控制肌肉，恢复下肢站立及行走功能。日前，复旦类脑智能科学与技术研究院（简称“类脑院”）加福民团队的“植入式脑脊接口关键技术与系统研制”项目，在约1400个参赛项目中脱颖而出，获2024年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。

【新一代脑脊接口技术研发】

由于神经损伤的不可逆性，目前针对脊髓损伤患者的治疗手段效果有限。直至2023年，瑞士洛桑联邦理工学院格雷瓜尔·库尔廷团队通过采集、解码脑部信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。

尽管瑞士团队初步验证脑脊接口实现脊髓损伤患者功能恢复的可能，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，加福民团队开展了新一代脑脊接口技术研发。

如何精准刺激脊髓神经根，对下肢相应肌群进行交替激活，从而重建行走步态，是第一个核心挑战。加福民团队使用张江影像中心的3T磁共振成像设备，创新设计了包含多种扫描序列的成像方案，并基于人工标签构建自动化重建算法模型，从而精确捕捉腰骶段脊髓神经根结构特征。相关数据和生成的个体化脊髓神经根模型近期已开源，为神经康复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实时优化调整，这就要求对步态进行实时监测。加福民团队采用红外动捕、肌电、惯性传感器、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，为脑脊接口技术奠定基础。

现有脑脊接口解决方案采用多设备植入模式，需要分别在大脑左右侧运动皮层植入两台脑电采集设备、在脊髓植入一台脊髓刺激设备。加福民团队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，也能实现采集与刺激一体化，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，提高脑电信号采集稳定性和效率，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。

【面向世界难题“匍匐前进”】

《中国脊髓损伤者生活质量及疾病负担调研报告2023版》显示，中国现存脊髓损伤患者374万，每年新增脊髓损伤患者约9万人。

“如果让瘫痪患者能站起来，这就是从0到1的突破。”然而，要突破这一世界难题绝非易事。加福民预计，脑脊接口技术从基础研究到临床转化，起码需要十年时间，也已做好打持久战的准备。

加福民

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。2020年，加福民全职加入类脑院，“复旦在基础医学、人工智能、神经影像方向的深厚底蕴让我受益匪浅。”

四年间，在复旦-宝山科创中心和类脑院大力支持下，加福民团队同步开展基础研究、软件开发、算法迭代、实验验证等。他将这些年的研究历程称为“匍匐前进”，目前已初步完成脊髓时空刺激和脑脊接口关键技术的积累，并在动物上实现概念验证。预计今年底，团队将与国内三甲医院合作开展首例临床试验。