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“脑脊接口”?“脑机接口”?一字之差,让截瘫患者重新行走

无人机

行业应用  2025-03-12 11:30:12

2025年年初,上海复旦大学附属中山医院的无影灯下,一场见证奇迹的“神经搭桥”手术改写了医学史——两颗米粒大小的电极芯片被植入一名叫小林的34岁患者体内,竟让他瘫了两年的双腿“听懂”了大脑指令,让原本被判定为永远也站不起来的他“绝地重生”。

此后3个多月间,复旦大学科研团队又先后利(lì)用(yòng)脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)技(jì)术(shù)完(wán)成(chéng)了(le)3例(lì)临(lín)床(chuáng)概(gài)念(niàn)验(yàn)证(zhèng)手(shǒu)术(shù),效(xiào)果(guǒ)均(jūn)显(xiǎn)著(zhe)。央(yāng)视(shì)频(pín)、《人(rén)民(mín)日(rì)报(bào)》等(děng)主流(liú)媒(méi)体(tǐ)纷(fēn)纷(fēn)报(bào)道(dào)了(le)这(zhè)一(yī)重(zhòng)大(dà)突(tū)破(pò)。

如(rú)同(tóng)石(shí)子(zi)投(tóu)入(rù)平(píng)静(jìng)的(de)湖(hú)面(miàn),成(chéng)果(guǒ)在(zài)全球医学界掀起了巨大的波澜。

那么,什么是脑脊接口技术?它和脑机接口有何区别?这项技术到底是黑科技还是医学革命?

小林术后12天,正在联合团队指导下开展康复训练(图片来源于复旦大学官网)

从“不可能”到“可能”,瘫痪治疗的困局与破局

在医学界,脊髓损伤导致的瘫痪一直被视为“不治之症”。当脊髓因外伤或疾病中断,大脑发出的运动指令便无法传递到肢体,患者逐渐失去对肌肉的控制,甚至可能永远被困在轮椅上。

据统计,中国现存脊髓损伤患者374万人,每年新增脊髓损伤患者约9万人。其中许多人正值青壮年,一场意外便彻底改变了他们的人生轨迹。

脑脊接口技术,简单来说,医生在大脑和脊髓里植入一些很细小的电极,这些电极能捕捉大脑发出的“想动”的信号。然后,通过一种聪明的算法,把信号翻译成脊髓能懂的“语言”,再用电刺激的方式传递给脊髓。这就像是用一把钥匙打开了控制下肢运动的“锁”,让大脑的指令绕过受损的神经,直接告诉下肢“动起来”,从而让瘫痪患者重新获得行走能力。

这项技术的关键在于精准(zhǔn)性(xìng)与(yǔ)实(shí)时(shí)性(xìng)。大(dà)脑(nǎo)的(de)信(xìn)号(hào)如(rú)同(tóng)复(fù)杂(zá)的(de)电(diàn)波(bō)海(hǎi)洋(yáng),而(ér)脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)技(jì)术(shù)需(xū)要(yào)在(zài)这(zhè)片(piàn)海(hǎi)洋(yáng)中(zhōng)准(zhǔn)确(què)地(de)捕(bǔ)捉(zhuō)到(dào)代(dài)表(biǎo)运(yùn)动意图的特定波形。这不仅需要高精度的电极设备,更依赖于强大的人工智能算法。

复旦大学科研团队在全球首创的“三合一”脑脊接口技术,其特别之处就在于将大脑信号(hào)解(jiě)码(mǎ)、电(diàn)刺(cì)激(jī)优(yōu)化(huà)和(hé)神(shén)经(jīng)通(tōng)路重(zhòng)建(jiàn)三(sān)大(dà)技(jì)术(shù)整(zhěng)合(hé),形(xíng)成(chéng)一(yī)套(tào)高(gāo)效(xiào)精(jīng)准(zhǔn)的(de)治(zhì)疗(liáo)体(tǐ)系(xì)。核(hé)心(xīn)在(zài)于(yú)“稳(wěn)、准(zhǔn)、快(kuài)”——团(tuán)队(duì)开(kāi)发(fā)的(de)轻(qīng)量(liàng)级(jí)AI算(suàn)法(fǎ)模(mó)型(xíng),如(rú)同(tóng)“超(chāo)级(jí)翻(fān)译(yì)器(qì)”,能(néng)快(kuài)速(sù)将(jiāng)大(dà)脑(nǎo)的(de)运(yùn)动(dòng)指(zhǐ)令(lìng)(如(rú)抬(tái)腿(tuǐ)、迈(mài)步(bù))转(zhuǎn)化(huà)为(wèi)电(diàn)刺(cì)激(jī)信(xìn)号(hào),传(chuán)递(dì)给(gěi)脊(jí)髓(suǐ),确(què)保(bǎo)患(huàn)者(zhě)肢(zhī)体(tǐ)迅(xùn)速(sù)且(qiě)准(zhǔn)确(què)地(de)响(xiǎng)应(yīng),避(bì)免(miǎn)因(yīn)延(yán)迟(chí)导(dǎo)致(zhì)的(de)摔(shuāi)倒(dào)。同(tóng)时(shí),团(tuán)队(duì)利(lì)用(yòng)仿(fǎng)真(zhēn)计(jì)算(suàn)平(píng)台(tái)模(mó)拟(nǐ)人(rén)体(tǐ)运(yùn)动(dòng),提(tí)前(qián)筛(shāi)选(xuǎn)有(yǒu)效(xiào)电(diàn)刺(cì)激(jī)参(cān)数(shù),跳(tiào)过(guò)无(wú)效(xiào)参(cān)数(shù),让(ràng)患(huàn)者(zhě)在(zài)手(shǒu)术(shù)当(dāng)天(tiān)即(jí)可(kě)抬(tái)腿(tuǐ),大(dà)幅(fú)缩(suō)短(duǎn)了(le)康(kāng)复(fù)时(shí)间(jiān)等(děng)。

脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)?脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)?别(bié)傻(shǎ)傻(shǎ)分(fēn)不(bù)清(qīng)楚(chu)

“脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)和(hé)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)是(shì)一(yī)回(huí)事(shì)吗(ma)?”脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)的(de)新(xīn)闻(wén)出(chū)来(lái)后(hòu),许(xǔ)多(duō)人(rén)会(huì)有(yǒu)这(zhè)样(yàng)的(de)疑(yí)问(wèn)。实(shí)际(jì)上(shàng),虽(suī)然(rán)只(zhǐ)有(yǒu)“一(yī)字(zì)之(zhī)差(chà)”,两(liǎng)者(zhě)存(cún)在(zài)本(běn)质(zhì)差(chà)异(yì)。

脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)(BCI)与(yǔ)脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)(BSI)虽(suī)然(rán)都(dōu)以(yǐ)大(dà)脑(nǎo)信(xìn)号(hào)为(wèi)核(hé)心(xīn),但(dàn)目(mù)标(biāo)和(hé)路径却(què)大(dà)相(xiāng)径庭(tíng)。脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)更(gèng)像(xiàng)是(shì)为(wèi)大(dà)脑(nǎo)配(pèi)备(bèi)的(de)“外(wài)挂(guà)”,它(tā)专(zhuān)注(zhù)于(yú)“大(dà)脑(nǎo)→外(wài)部(bù)设(shè)备(bèi)”的(de)交(jiāo)互(hù),让(ràng)患(huàn)者(zhě)通(tōng)过(guò)意(yì)念(niàn)控(kòng)制(zhì)机(jī)械(xiè)臂(bì)、打(dǎ)字(zì)甚(shén)至(zhì)玩(wán)电(diàn)子(zi)游(yóu)戏(xì)。这(zhè)种(zhǒng)技(jì)术(shù)虽(suī)然(rán)巧(qiǎo)妙(miào)地(de)绕(rào)过(guò)了(le)身(shēn)体(tǐ)的(de)限(xiàn)制(zhì),却(què)无(wú)法(fǎ)直(zhí)接(jiē)恢(huī)复(fù)患(huàn)者(zhě)自(zì)身(shēn)的(de)运(yùn)动(dòng)功(gōng)能(néng)。

相(xiāng)比(bǐ)之(zhī)下(xià),脑(nǎo)脊(jí)接(jiē)口(kǒu)则(zé)致(zhì)力(lì)于(yú)“大(dà)脑(nǎo)→脊(jí)髓(suǐ)→身(shēn)体(tǐ)”的(de)闭(bì)环(huán)重(zhòng)建(jiàn)。它(tā)不(bù)依(yī)赖(lài)外(wài)部(bù)设(shè)备(bèi),而(ér)是(shì)通(tōng)过(guò)神(shén)经(jīng)信(xìn)号(hào)直(zhí)接(jiē)激(jī)活(huó)人(rén)体(tǐ)自(zì)身(shēn)的(de)肌(jī)肉(ròu),目(mù)标(biāo)是(shì)让(ràng)患(huàn)者(zhě)重(zhòng)新(xīn)控(kòng)制(zhì)自(zì)己(jǐ)的(de)双(shuāng)腿(tuǐ),真(zhēn)正(zhèng)实(shí)现(xiàn)“身(shēn)体(tǐ)的(de)自(zì)主运(yùn)动”。

从技术逻辑上看,脑机接口需要将大脑信号转化为机械指令,例如将“想抬手”转化为“机械臂抬起”,中间依赖复杂的算法和外部硬件,仿佛是在大脑与身体之间开辟了一条“绕路”的通道。而脑脊接口则更接近于“修复断裂的神经高速公路”。它通过植入电极,在受损的脊髓区域上方(脑)和下方(脊髓)架设“信号中转站”,让大脑指令直达下肢神经,实现自然行走,如同在受损的神经通路上重新搭建了一座桥梁。

在侵入性与适用人群方面,脑机接口既有非侵入式(头戴设备),也有侵入式(植入电极),功能偏向“替代”或“增强”。而脑脊接口则必须通过手术植入设备,但它的优势在于恢复原生功能,更适合脊髓不完全损伤、肌肉未萎缩的患者。

如果用一句话来总结,脑机接口是“人与机器的对话”,拓展能力边界;脑脊接口则是“人与自己身体的对话”,修复生命本能。

未来两者会结合吗?完全可能!例如用BCI控制外骨骼辅助行走,同时用BSI激活自身肌肉,实现双重康复。

小林术后第一次随访(图片来源于复旦大学官网)

从“信号中转站”到“舍筏登岸”,脑脊接口未来可期

通过4小时左右的微创手术,当两个直径仅1毫米左右的电极芯片被精准地植入小林的运动脑区与脊髓硬膜外时,一场生命的奇迹正在悄然上演。

术后第1天,沉睡多年的右腿肌群出现微弱颤动;第3天,大脑指令首次驱动双下肢同步(bù)运(yùn)动(dòng);第(dì)10天(tiān),患(huàn)者(zhě)实(shí)现(xiàn)自(zì)主控(kòng)制(zhì)双(shuāng)侧(cè)下(xià)肢(zhī)跨(kuà)步(bù)行(xíng)走(zǒu);第(dì)49天(tiān),小(xiǎo)林(lín)已(yǐ)经(jīng)可(kě)以(yǐ)在(zài)悬(xuán)吊(diào)下(xià)实(shí)现(xiàn)独(dú)立(lì)使用助步器行走——这一系列看似不可思议的进展背后,是中国科学家十年磨一剑的坚持,为脊髓损伤治疗开辟了一条全新的赛道。

更令人振奋的是,复旦大学团队还在受试者身上观察到了脑脊接口对神经重塑的(de)作用——小林在术后不到两周,就表现出了神经重塑效果。

“如果通过植入脑脊接口,加上三五年的康复训练,患者的神经有望重新连接、得到重塑,最终我们可能会让患者摆脱设备,而不是终身依赖它。”科研成员认为,“舍筏登岸,这才是最好的脑脊接口技术。”

进一步观察,了解其重塑背后机制。脑脊接口的未来之路或许漫漫,但未来可期。

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