复旦大学研发新一代用于脊髓损伤患者的植入式脑脊接口设备获突破

通过在患者脑部和脊髓植入电极芯片，并在大脑与脊髓之间构建一条“神经旁路”，瘫痪患者有望恢复对肌肉的控制，实现下肢站立和行走的梦想。据复旦大学最新消息，该校类脑智能科学与技术研究院的加福民团队成功研发出新一代适用于脊髓损伤患者的植入式脑脊接口设备，取得了重大突破。该设备有望在今年底启动首例临床试验，为脊髓损伤患者带来重拾站立行走能力的希望。

脊髓，作为大脑与外周神经系统之间的重要“信息高速公路”，在人体运动和神经传导中扮演着至关重要的角色。一旦脊髓遭受损伤，大脑发出的指令便无法顺利传递至肌肉，导致患者丧失自主行动的能力。如何让脊髓损伤导致的瘫痪患者重获运动功能，一直是医学界面临的重大挑战。由于神经损伤的不可逆性，现有的治疗手段对于脊髓损伤患者而言效果有限。 然而，近年来，科研工作者们取得了一定的突破。研究表明，通过脊髓硬膜外电刺激，可以重新激活受损的神经肌肉活动，显著促进脊髓损伤后的运动康复。尽管如此，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，仍存在诸多不足。 为了解决这些问题，我国加福民团队积极开展新一代脑脊接口技术的研发工作。该技术有望为脊髓损伤患者带来新的希望，帮助他们重拾运动能力，提高生活质量。随着科研的不断深入，我们有理由相信，在不久的将来，脊髓损伤致瘫患者将迎来康复的新篇章。

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。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。

加福民介绍，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。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。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。这意味着，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作为国内高校中最早成立的脑科学与类脑前沿交叉研究机构之一，在国内外享有盛誉。加福民团队经过四年不懈努力与持续攻关，已成功积累脊髓时空刺激和脑脊接口关键技术，并在动物实验中实现了概念验证，为临床应用奠定了坚实的基础。预计在今年年底，该团队将与国内顶级的三甲医院相关专家携手合作，开展首例临床试验，为脊髓损伤患者的治疗带来新的希望。 在下一阶段，加福民团队将继续致力于植入式脑脊接口关键技术的产品开发和临床转化工作。同时，团队还将持续研发针对脊髓损伤患者的神经调控新方法、新技术，旨在减轻脊髓损伤患者家庭和社会的医疗负担。例如，针对轻症患者，团队将开发穿戴式神经调控装备;针对运动监测，将研发多模态运动监测系统等，以期在更大范围内为脊髓损伤患者提供更加优质、便捷的治疗方案。