瘫痪患者有可能
重新自主控制肌肉
恢复下肢站立及行走功能？
复旦类脑智能科学与技术研究院
加福民青年老师团队
研发新一代用于脊髓损伤患者
的植入式脑脊接口设备
为脊髓损伤患者带来站立行走的希望
日前
相关项目“植入式脑脊接口关键
技术与系统研制”
获得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
脊髓神经根影像重建3D模型
如何使脊髓损伤致瘫患者恢复运动能力，是医学界重大难题。在2023年，瑞士洛桑联邦理工学院 Grégoire Courtine博士团队开展了脑脊接口研究，初步验证脑脊接口实现脊髓损伤患者功能恢复的可能。但该团队在脑电运动解码、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诸多不足。对此，复旦类脑智能科学与技术研究院加福民青年老师团队开展新一代脑脊接口技术研发，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激活，从而重建行走步态？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，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，也能实现采集与刺激一体化，对患者自主运动进行闭环调控。该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。
复旦大学类脑智能科学与技术研究院（简称“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，旨在面向全球重大科技前沿和国家战略，开展脑与类脑基础理论重大原始创新、前沿技术攻关和应用转化。2020年，加福民全职加入类脑院，并在鼓励原创、自由探索、多学科交叉合作的国际化学术环境中持续开展攻关。“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。”加福民说。
《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，要突破这一重大难题绝非易事。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，自己也已做好打持久战的准备。
接下来，加福民计划完成植入式脑脊接口关键技术的产品开发和临床转化；同时，持续研发针对脊髓损伤患者的系列神经调控新方法、新技术，更大范围地减轻脊髓损伤患者家庭和社会医疗负担。加福民团队希望通过研发三类有源植入式创新医疗器械，建立智能脑脊接口自主知识产权体系，让全球2000万脊髓损伤患者获益。
编辑：吴百欣
资料：复旦大学
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