截癱7個月的患者通過自身意識控制，實(shí)現(xiàn)自主站立與行走。

這是我國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在神經(jīng)交互脊髓損傷治療領(lǐng)域，取得的又一次重大創(chuàng)新突破?！搬t(yī)學(xué)界”專訪上海市同濟(jì)醫(yī)院程黎明教授，帶來權(quán)威解讀。

撰文 | 凌駿

51歲的葉先生怎么也不會想到，他會因一次意外導(dǎo)致下肢完全癱瘓。他更不會想到，自己也因此成為我國首個同時配有無創(chuàng)腦機(jī)接口、脊髓刺激芯片和機(jī)械外骨骼的人。

3月20日，上海市同濟(jì)醫(yī)院骨科學(xué)術(shù)帶頭人程黎明教授團(tuán)隊(duì)宣布，團(tuán)隊(duì)完成了中國首例無創(chuàng)腦機(jī)接口、脊髓電刺激與下肢外骨骼機(jī)器人聯(lián)合治療。

“我們檢索了全球文獻(xiàn)，也未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的案例報道?！背汤杳鹘淌诟嬖V“醫(yī)學(xué)界”，在三技聯(lián)合作用下，葉先生成功憑借“意念”，控制外骨骼輔助站立行走。

在神經(jīng)交互脊髓損傷治療領(lǐng)域，這是我國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)取得的又一次創(chuàng)新突破。據(jù)了解，未來，團(tuán)隊(duì)還將融合干細(xì)胞、神經(jīng)再生AI小分子新藥等手段，向著脊髓損傷的“完美修復(fù)”持續(xù)邁進(jìn)。

“世界級難題”

脊髓損傷，是一種由外傷或自身基礎(chǔ)疾病等導(dǎo)致的嚴(yán)重致殘性損傷。近年來，以外傷為主的脊髓受損發(fā)病率明顯升高，且由于神經(jīng)纖維不可再生，脊髓損傷治療一直被認(rèn)為是“世界級難題”。

據(jù)程黎明介紹，去年8月，葉先生因意外跌落導(dǎo)致胸椎骨折，下肢癱瘓。“他在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院接受了骨折復(fù)位固定手術(shù)，但術(shù)后下肢功能并未恢復(fù)，雙腿沒有任何力氣，經(jīng)診斷屬于B級脊髓損傷（AIS B）?！?/p>

臨床中，AIS B屬于中重度脊髓損傷，雖然脊髓神經(jīng)通路未被完全切斷，但殘留的神經(jīng)僅能支撐患者保留部分感覺功能，損傷平面以下的關(guān)鍵肌群肌力為0級，無法自主收縮或活動，這意味著葉先生的下半生或許都將在輪椅上度過。

走投無路之際，葉先生經(jīng)人推薦來到了上海市同濟(jì)醫(yī)院，嘗試通過脊髓電刺激進(jìn)行康復(fù)。

程黎明告訴“醫(yī)學(xué)界”，通俗而言，健康人的運(yùn)動指令是由大腦發(fā)出，通過脊髓神經(jīng)傳導(dǎo)控制運(yùn)動行為。而對于脊髓損傷的癱瘓者，正常的運(yùn)動傳導(dǎo)通路受阻。

脊髓電刺激則相當(dāng)于在損傷處植入一個“神經(jīng)起搏器”，由外部程序發(fā)出電信號，刺激損傷平面下的神經(jīng)回路處于“待命”狀態(tài)。當(dāng)患者嘗試運(yùn)動時，這些“預(yù)熱”過的神經(jīng)更容易被殘存的微弱信號觸發(fā)，從而產(chǎn)生運(yùn)動。

程黎明介紹，在手術(shù)植入電刺激芯片后的兩個多月，葉先生的下肢肌力得到了部分恢復(fù)，但仍不足以支撐其站立、行走?！八械椒浅＞趩?，折騰了好一陣，改善微乎其微，也看不到什么希望，一度產(chǎn)生放棄念頭?！?/p>

這促使程黎明進(jìn)一步思考，在現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展下，治療策略能否更進(jìn)一步？

不僅僅是脊髓電刺激，程黎明告訴“醫(yī)學(xué)界”，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)長期從事脊髓損傷的基礎(chǔ)和臨床研究，掌握了神經(jīng)再生修復(fù)、腦機(jī)接口神經(jīng)交互、機(jī)器人外骨骼等一系列前沿技術(shù)，也和眾多科研機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新企業(yè)保持合作。

“如果將這些技術(shù)適度整合，打造一個全新的治療范式，結(jié)局會不會有所不同？”程黎明想道。

“意念”驅(qū)動行走

今年3月，葉先生回到了上海市同濟(jì)醫(yī)院，在脊髓電刺激的基礎(chǔ)上，程黎明團(tuán)隊(duì)要再幫他“加裝”兩個設(shè)備——腦機(jī)接口與機(jī)器人外骨骼。

作為一種神經(jīng)交互裝置，腦機(jī)接口可以讀取并解碼腦信號，將大腦控制運(yùn)動的“意念”，轉(zhuǎn)化為放大后的電信號，繞過受損的神經(jīng)通路直接傳輸給外骨骼，并最終將人腦的意圖，轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的實(shí)際動作。

這并不是一個新鮮的想法，但進(jìn)一步融合脊髓電刺激卻是第一次?！霸谶@套全新的系統(tǒng)中，不僅外骨骼能接收信號、助力行走，當(dāng)大腦試圖往前邁步時，脊髓芯片中對應(yīng)的電極也會同步放電，刺激邁步的肌肉收縮、關(guān)節(jié)屈伸?！?/p>

同時，脊髓電刺激也能和腦電信號協(xié)同，調(diào)控患者的步態(tài)、步頻與步幅?！皩τ谌~先生而言，他會感覺是自己在指揮下肢的運(yùn)動行為，帶著外骨骼行走，而不是外骨骼帶著他?！背汤杳髡f。

然而，要想快速、精準(zhǔn)地提取腦電信號并解碼，再和提前植入的脊髓電刺激設(shè)備形成閉環(huán)聯(lián)動，使其能夠穩(wěn)定接收、傳輸和執(zhí)行，這需要一套高效的信號協(xié)調(diào)系統(tǒng)。據(jù)程黎明介紹，為此，團(tuán)隊(duì)和企業(yè)研發(fā)方耗時兩個多月，聯(lián)合開發(fā)了一套軟件系統(tǒng)，專門解決了信號對接的問題。

“企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)有著深厚的工程學(xué)背景和技術(shù)積淀，而我們則提供了基礎(chǔ)研究和臨床真實(shí)需求的醫(yī)學(xué)閉環(huán)。這種醫(yī)工融合的跨學(xué)科合作，是解決復(fù)雜臨床難題的關(guān)鍵?！背汤杳髡f。

在雙方的合作下，3月20日下午在上海市同濟(jì)醫(yī)院同康樓骨科研究型病房，截癱7個月的葉先生首次依靠自身意識控制，實(shí)現(xiàn)了自主站立與行走。

據(jù)介紹，目前，葉先生恢復(fù)良好，心理狀態(tài)得到明顯改善。接下來，他將在醫(yī)院持續(xù)接受這套系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練，并進(jìn)一步評估下肢的功能恢復(fù)情況。

值得一提的是，以“脊髓神經(jīng)接口”為代表的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，設(shè)計之初的主要目標(biāo)，是代償性地恢復(fù)患者運(yùn)動功能。但隨著相關(guān)研究不斷開展，這類技術(shù)正在逐漸展現(xiàn)出“神經(jīng)重塑”的潛力。

“對于不完全截癱患者，受損的神經(jīng)通路仍保留部分功能結(jié)構(gòu)。因此，電刺激或許能促進(jìn)受損的神經(jīng)環(huán)路自我修復(fù)，重建殘存的神經(jīng)纖維的連接。我們希望有一天，患者能離開外部設(shè)備，真正意義上恢復(fù)自主運(yùn)動?！背汤杳髡f。

脊髓損傷的“完美修復(fù)”

程黎明告訴“醫(yī)學(xué)界”，此次治療使用的是非植入式腦機(jī)接口設(shè)備。相比植入式設(shè)備，雖然信號采集精度相對有限，但患者無需接受手術(shù)，安全性更好。更重要的是，這是一個可逆的過程，設(shè)備可隨時摘除，未來隨著技術(shù)發(fā)展，也能靈活更換治療策略。

相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2019年，全球有超過2000萬人患有脊髓損傷，年新發(fā)病例數(shù)約為90萬。從1990年到2019年，全球脊髓損傷發(fā)病率、患病率和殘疾生活年數(shù)（YLDs）均大幅增加，最主要的致傷因素是跌倒和交通意外。

而“神經(jīng)修復(fù)或再生”和“神經(jīng)調(diào)控”，則被認(rèn)為是治療截癱患者最具前景的技術(shù)方向。

早在2009年，程黎明就在上海市同濟(jì)醫(yī)院建立了脊柱損傷專科，確立了以脊髓損傷為主攻方向的研究體系，瞄準(zhǔn)脊髓損傷病理機(jī)制的探索、神經(jīng)修復(fù)的臨床轉(zhuǎn)化，開展了一系列科研攻關(guān)，先后承擔(dān)了多項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃。

2025年10月，程黎明團(tuán)隊(duì)在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》發(fā)布重磅研究成果，團(tuán)隊(duì)利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）技術(shù)，再生了脊髓類器官，在完全脊髓損傷的小鼠中重建神經(jīng)環(huán)路，癱瘓小鼠得以站立并邁，被國際神經(jīng)科學(xué)界視為“走向臨床癱瘓治愈的關(guān)鍵一步”。

與此同時，隨著近年來以“腦機(jī)接口”“腦脊接口”為代表的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)火熱發(fā)展，程黎明進(jìn)一步拓展了研發(fā)方向。而此次的“三技融合”，便是團(tuán)隊(duì)將神經(jīng)調(diào)控技術(shù)與康復(fù)工程深度融合的一次創(chuàng)新實(shí)踐。

據(jù)了解，團(tuán)隊(duì)將根據(jù)葉先生的恢復(fù)情況，適時制定下一步的臨床招募計劃，希望能積累更多真實(shí)世界數(shù)據(jù)，迭代算法、升級系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)更好的性能控制。

更長遠(yuǎn)來看，程黎明告訴“醫(yī)學(xué)界”，理想的脊髓損傷修復(fù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)“再生修復(fù)”——通過干細(xì)胞、外泌體等生物學(xué)方法，讓受損的脊髓組織重新長出、產(chǎn)生新功能。而神經(jīng)調(diào)控則是在功能恢復(fù)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)局部組織的“功能重塑”。

“如果這些不同方向的創(chuàng)新探索，最終能匯聚在一起，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，促進(jìn)神經(jīng)再生與神經(jīng)環(huán)路重建，我們就能朝著脊髓損傷的‘完美修復(fù)’持續(xù)邁進(jìn)?！背汤杳髡f。

來源：醫(yī)學(xué)界

校對：蔡 菜

運(yùn)營：王奧雅

責(zé)編：汪 航

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