IT之家 10 月 5 日消息，復旦大學今日發(fā)文，復旦類腦智能科學與技術研究院加福民青年老師團隊，研發(fā)新一代用于脊髓損傷患者的植入式腦脊接口設備，為脊髓損傷患者帶來站立行走的希望。日前相關項目“植入式腦脊接口關鍵技術與系統(tǒng)研制”在約 1400 個參賽項目中脫穎而出，獲 2024 年全國顛覆性技術創(chuàng)新大賽優(yōu)勝獎，預計年底開展首例臨床試驗。
IT之家從官方介紹獲悉，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 ——2023 年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院 Grégoire Courtine 博士團隊開展了腦脊接口研究，通過采集、解碼腦部信號并對脊髓下肢相關區(qū)域進行電刺激，連接大腦和脊髓神經通路，使四肢癱瘓患者實現自主行走，甚至實現了脊髓損傷部位神經突觸重塑，讓患者在沒有刺激的情況下也能自主控制癱瘓肌肉。
盡管瑞士團隊初步驗證腦脊接口實現脊髓損傷患者功能恢復的可能，但在腦電運動解碼、脊髓神經根個體化重建、系統(tǒng)集成與臨床應用等方面還存在許多不足。針對這些問題，加福民團隊開展新一代腦脊接口技術研發(fā)，具有“高精準、高通量、高集成、低延時”的特點。
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(tài)，是第一個核心挑戰(zhàn)。對此問題，加福民團隊使用張江影像中心的 3T 磁共振成像設備，創(chuàng)新設計了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(tài)的運動結果對脊髓時空刺激參數進行實時優(yōu)化調整，這就要求對步態(tài)進行實時監(jiān)測。加福民團隊采用紅外動捕、肌電、慣性傳感器、足底壓力墊等多模態(tài)技術，構建健康步態(tài)以及多種異常步態(tài)數據集，建立算法模型，實現跨人群、跨模態(tài)、跨類型的連續(xù)步態(tài)軌跡高性能追蹤，為腦脊接口技術奠定基礎。
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。加福民團隊提出“三合一”的系統(tǒng)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(chuàng)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(huán)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(wěn)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 —— 正常人的反應時間為二百毫秒左右，這意味在未來，脊髓損傷患者的行走步態(tài)將更加自然流暢。
四年間，團隊同步開展基礎研究、軟件開發(fā)、算法迭代、實驗驗證等工作，目前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。預計今年底，團隊將與國內三甲醫(yī)院相關專家合作開展首例臨床試驗。
下一階段，加福民計劃完成植入式腦脊接口關鍵技術的產品開發(fā)和臨床轉化。與此同時，持續(xù)研發(fā)針對脊髓損傷患者的系列神經調控新方法、新技術，如針對輕癥患者開發(fā)穿戴式神經調控裝備、多模態(tài)運動監(jiān)測系統(tǒng)等，從更大范圍減輕脊髓損傷患者家庭和社會醫(yī)療負擔。
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