每經編(bian)輯｜杜宇

據復旦大學官方微信號3月4日消息，年初復旦CNS成果集中涌現之后，復旦AI for Science，即人工智能與科學研究的深度融合，再出重磅成果。

就在3月3日晚上8點，全球首批第4例、通過腦脊接口讓癱瘓者重新行走的臨床概念驗證手術在復旦大學附屬華山醫院成功實施。

讓癱瘓者再次站立和行走。這一跨越“不可能”的奇跡，源自復旦大學類腦智能科學與技術研究院加福民團隊全球首創的“三合一”腦脊接口技術——通過微創手術在腦與脊髓間搭建“神經橋”，僅需4小時同步植入電極，術后24小時，人工智能輔助下患者即可恢復腿部運動。

今年1月(yue)~2月(yue)，該(gai)團隊已聯合(he)復旦大學(xue)附屬中(zhong)山醫院（下(xia)文簡(jian)稱：中(zhong)山醫院）成(cheng)功完(wan)成(cheng)全(quan)球首批3例(li)臨床概念(nian)驗證手術(shu)，嚴重脊髓損傷(shang)患者在兩周內實現自主控(kong)腿、邁(mai)步行走，標志著脊髓損傷(shang)治療邁(mai)入“神經功能重建”新紀元。

癱瘓兩年后(hou)(hou)，34歲的小林(lin)（化名）在(zai)術后(hou)(hou)第14天，依(yi)靠自身運動(dong)意圖，行走超過5米(mi)。“放在(zai)以前，這(zhe)事我想都不敢想。”曾被宣判“永遠站不起來(lai)”的小林(lin)說。2月27日，小林(lin)從老家廣東如期來(lai)到(dao)中(zhong)山醫院第一次(ci)術后(hou)(hou)隨訪，康復(fu)進展(zhan)比預(yu)期迅速。

“這幾位截癱患者(zhe)(zhe)治療效果符合甚至(zhi)超出(chu)我們的(de)(de)預期，初步證(zheng)明(ming)新一(yi)(yi)代(dai)腦脊接口方案的(de)(de)可行性。2家醫院、4例手術(shu)的(de)(de)完成，也證(zheng)明(ming)腦脊接口技術(shu)可復制可推廣(guang)。這不(bu)僅(jin)是技術(shu)的(de)(de)勝利(li)，更是癱瘓(huan)患者(zhe)(zhe)重獲新生的(de)(de)開(kai)始。”加福民表(biao)示，下一(yi)(yi)步將(jiang)持續(xu)優(you)化、迭代(dai)該(gai)技術(shu)，讓更多脊椎(zhui)損傷患者(zhe)(zhe)重獲行走能力，造(zao)福全球上千萬患者(zhe)(zhe)及其(qi)家庭。

人的脊髓一旦損傷，大腦和脊髓神(shen)經元之間的聯(lian)系就會被動中斷，輕者造成機體的部分(fen)感覺喪(sang)失，重者半身不(bu)遂、四肢癱瘓，甚至全身癱瘓。神(shen)奇的是，術后第一天，3位受試者都可以躺在床上自主抬左右腿。

第二(er)例受(shou)試者 圖(tu)片來源：復旦大學(xue)官(guan)微

第三(san)例(li)受試(shi)者 圖片來源(yuan)：復旦大學官微

腦機接口，是在軀體與外部(bu)設備間創建連接通(tong)路(lu)，大腦神經(jing)元發電形成的腦電波(bo)會(hui)被接口(kou)識別，進(jin)而通(tong)過(guo)外部(bu)設備實現(xian)所(suo)謂(wei)的“意念”控制。這也是埃(ai)隆·馬斯克（Elon Musk）采取(qu)的技術路(lu)線。

這一思路默認患者肢體已“報廢”，只能接入外部設備，比如機械臂、遙控輪椅、鼠(shu)標。

加福民則選擇了另一條路——通過植入式腦脊接口技術，在大腦和脊髓間搭建一條“神經橋”，采集、解碼腦電信號，給特定神經根進行時空電刺激，讓癱瘓者再次掌控自己的肢體，而非依靠外部設備。

設想很(hen)美好，現(xian)實(shi)卻很(hen)骨感。放眼全球，經驗幾乎(hu)為零(ling)。

唯一先例，來(lai)自(zi)(zi)2023年瑞士洛桑聯邦理(li)工學院(yuan)團隊在(zai)Nature發表的論文。他(ta)們通(tong)過采集數據、電刺激、神經解碼等手(shou)段連接神經通(tong)路，讓(rang)患者自(zi)(zi)主控制(zhi)癱瘓肌肉。

原理基本一致，但具體方法和效果迥異——

瑞士(shi)方(fang)案要在患者雙側(ce)開顱，植入(ru)兩(liang)塊芯(xin)片，創面達到兩(liang)個(ge)掌(zhang)心(xin)大小，極易導致(zhi)感染(ran)。此外，腦部和脊髓的(de)手(shou)術，間隔長達2年。

而加福民團隊采取微創手術，通過2個直徑1毫米左右的電極芯片植入到運動腦區，腦部、脊髓的手術可以在4小時左右一次完成，手術效率較(jiao)前者顯(xian)著提高。

這是因為加福民團隊采取了“三合一”的方法，將多臺設備集合為一臺腦部植入式微型設備，不僅大大降低手術創傷，也有助于提高腦電信號采集穩定性和效率，具有“高精準、高通量、高集成、低延時”的特點。

目前可用于(yu)植入人體的(de)成熟電極通道數(shu)比較少，信息(xi)量受(shou)限的(de)情(qing)況下，如何實(shi)現(xian)對人體運動(dong)解碼(ma)的(de)實(shi)時性(xing)、準確(que)性(xing)，是團隊面臨的(de)最大挑戰。

解決辦法，就是設計一套運算速度快、運算能力準確、算力需求低的輕量級AI算法模型。

加(jia)福民與團隊學生討論算法優(you)化相關(guan)問題(ti) （圖片來(lai)源：復旦大學官方微信號）

“如(ru)果患者想抬腿，但算法沒有解碼(ma)出來，或者只是晚了幾秒，患者可能就會摔(shuai)跤(jiao)。”加福民說，團隊花了將近3年時(shi)(shi)間，才在算法層面(mian)實現了對(dui)大腦運(yun)動意圖實時(shi)(shi)解碼(ma)的突(tu)破。

此外(wai)，每個人的脊髓生理結構(gou)都不一樣，且(qie)人體運動非常復雜，站(zhan)著(zhu)抬(tai)腿(tui)和坐著(zhu)抬(tai)腿(tui)的腦電信(xin)號(hao)都會(hui)有所差(cha)異。如何精準刺(ci)激脊髓特定神經根，是另一個難題。

為此，加福民團隊搭建了電刺激參數-神經激活-肌肉骨骼運動仿真計算平臺，根據仿真人受到電刺激后的仿真計算結果在電腦上調整參數，排除掉大多數無效刺激參數，效率大大提升。

“這(zhe)也是為什么患者在手術當(dang)天就(jiu)能(neng)實現抬腿，如果沒(mei)有仿真計算得到(dao)的刺(ci)激(ji)參數，一(yi)個月可(ke)能(neng)也難以達(da)到(dao)這(zhe)種效果。”加福民說。

更令人興奮的是，團隊還在受試者身上發現了腦脊接口對神經重塑的作用。

在(zai)(zai)瑞士團隊的(de)研究(jiu)中，腦脊接(jie)口植入(ru)手(shou)術后(hou)6個(ge)月(yue)左(zuo)右出現神經(jing)重塑(su)效果(guo)，即(ji)患(huan)者在(zai)(zai)沒有(you)外(wai)部刺激(ji)的(de)情況下(xia)也能自(zi)主控制(zhi)癱瘓肌肉。而小林在(zai)(zai)術后(hou)不到(dao)2周，就表現出了神經(jing)重塑(su)效果(guo)。加福民團隊將進一步(bu)觀察(cha)，以了解其背后(hou)機制(zhi)。

一個(ge)更為大膽的假設也隨之(zhi)浮現——腦脊接(jie)口技術可能只是手段，而(er)非目標。

“如(ru)果通過植(zhi)入腦脊(ji)接(jie)口，加上三五年的康復訓練，患(huan)者的神經重新連接(jie)、得(de)到重塑，最(zui)終我(wo)們可能會為患(huan)者擺脫設備，而不是終身依(yi)賴它。”

加福(fu)民(min)認(ren)為，“舍筏(fa)登岸，這(zhe)才是最好(hao)的腦脊接口技術(shu)。”

下(xia)一(yi)步(bu)，加(jia)福民團隊計劃繼續聯合中(zhong)山(shan)醫院、華山(shan)醫院等臨(lin)床單位，開展(zhan)更(geng)多腦脊接口臨(lin)床概念(nian)驗證(zheng)工(gong)作，積累(lei)更(geng)多真實數據，進(jin)一(yi)步(bu)迭(die)代算法(fa)。

同時，團(tuan)隊將完(wan)善(shan)“三(san)合一”顱骨(gu)植(zhi)入式腦脊接口微(wei)型設(she)備，完(wan)成第(di)三(san)方產品型式檢驗，做好(hao)產品注(zhu)冊臨床試驗準備。

在此基礎上(shang)，他們還將(jiang)研發針(zhen)對脊髓損傷患者的系列神經調(diao)控新方法、新技術，如(ru)針(zhen)對輕癥(zheng)患者開發穿戴式神經調(diao)控裝(zhuang)備(bei)、多模態運(yun)動監測系統等。

圖片來源：視覺中國

據中國網(wang)財(cai)經，202410月14日，工(gong)(gong)業和(he)信(xin)(xin)息(xi)化(hua)部(bu)副(fu)部(bu)長王江平在(zai)國新(xin)辦新(xin)聞發(fa)布(bu)會上表示，要(yao)出臺推動未來產業創新(xin)發(fa)展(zhan)的實施(shi)意見，大力發(fa)展(zhan)人形機器人、腦機接口、6G等新(xin)領(ling)域新(xin)賽(sai)道；今(jin)年7月，工(gong)(gong)信(xin)(xin)部(bu)還提出了腦機接口標(biao)準(zhun)化(hua)技術委員會的籌(chou)建方案(an)，將開(kai)展(zhan)腦機接口在(zai)醫療等應用領(ling)域的技術標(biao)準(zhun)和(he)測試規范的制修訂工(gong)(gong)作。

2024年10月(yue)8日，國家(jia)藥監局(ju)發(fa)布通(tong)知，批準(zhun)《采(cai)用腦機(ji)接口(kou)技(ji)術(shu)的醫療器(qi)械 術(shu)語及定(ding)義》和《采(cai)用腦機(ji)接口(kou)技(ji)術(shu)的醫療器(qi)械 具備(bei)閉(bi)環功(gong)能的植(zhi)入式神經(jing)刺激器(qi)感知與響(xiang)應性能測試(shi)方法》兩項(xiang)醫療器(qi)械行業標準(zhun)制修訂項(xiang)目立項(xiang)。

目前全球有近40個國家和地區開展腦機接口技術創新，相關科研項目的投入和產出持續增長。當下全球關(guan)注度最高的(de)兩家腦(nao)機(ji)(ji)接口(kou)(kou)企業(ye)是Neuralink和Synchron，兩家企業(ye)均(jun)在積(ji)極推動(dong)侵入式腦(nao)機(ji)(ji)接口(kou)(kou)大規模臨床試驗。今年1月，埃隆•馬斯克在社交平臺上(shang)發布(bu)消息(xi)稱，旗下公司(si)Neuralink成功進行了首(shou)例腦(nao)機(ji)(ji)接口(kou)(kou)人體植(zhi)入手術(shu)，植(zhi)入者(zhe)恢復狀況良好。

中(zhong)國(guo)工程院院士顧曉松(song)此前(qian)介紹，中(zhong)國(guo)是開展腦機接口科(ke)研項目(mu)最多(duo)的國(guo)家之一，科(ke)研產出規模大且(qie)增速快，中(zhong)國(guo)企業發明專利申請占比超過(guo)全球(qiu)一半。

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