只需在腦部和脊髓植入電極芯片，在大腦與脊髓之間搭建一條“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。記者從復旦大學獲悉，該校類腦智能科學與技術研究院加福民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獲突破，預計今年底開展首例臨床試驗，為脊髓損傷患者帶來站立行走的希望。
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。如何使脊髓損傷致癱患者恢復運動能力，一直以來是醫學界的重大難題。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。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，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。針對這些問題，加福民團隊開展了新一代腦脊接口技術研發。
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。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。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。
加福民介紹，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。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。這意味著，未來脊髓損傷患者的行走步態將更加自然流暢。
復旦大學類腦智能科學與技術研究院是國內高校最早成立的腦科學與類腦前沿交叉研究機構之一。加福民團隊經過四年持續攻關，已初步完成脊髓時空刺激和腦脊接口關鍵技術的積累，并在動物上實現概念驗證，具備臨床應用的必要條件。預計今年年底，團隊將與國內三甲醫院相關專家合作開展首例臨床試驗。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，持續研發針對脊髓損傷患者的神經調控新方法、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，更大范圍減輕脊髓損傷患者家庭和社會醫療負擔。
只需在腦部和脊髓植入電極芯片，在大腦與脊髓之間搭建一條“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。記者從復旦大學獲悉，該校類腦智能科學與技術研究院加福民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獲突破，預計今年底開展首例臨床試驗，為脊髓損傷患者帶來站立行走的希望。
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。如何使脊髓損傷致癱患者恢復運動能力，一直以來是醫學界的重大難題。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。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，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。針對這些問題，加福民團隊開展了新一代腦脊接口技術研發。
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。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。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。
加福民介紹，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。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。這意味著，未來脊髓損傷患者的行走步態將更加自然流暢。
復旦大學類腦智能科學與技術研究院是國內高校最早成立的腦科學與類腦前沿交叉研究機構之一。加福民團隊經過四年持續攻關，已初步完成脊髓時空刺激和腦脊接口關鍵技術的積累，并在動物上實現概念驗證，具備臨床應用的必要條件。預計今年年底，團隊將與國內三甲醫院相關專家合作開展首例臨床試驗。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，持續研發針對脊髓損傷患者的神經調控新方法、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，更大范圍減輕脊髓損傷患者家庭和社會醫療負擔。
本文鏈接：復旦大學團隊腦脊接口研究獲突破http://www.sq15.cn/show-2-8711-0.html
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