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中国“脑机接口”: 为脑瘫儿重建手脑高速路

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右脑做不了的事,可以交给左脑完成?中国医生们给的答案是肯定的,在某些情况下,“我们搭建一条高速公路(神经)就可以”。

从出生就一侧偏瘫的5岁德国脑瘫患儿,近期在上海成功进行手术,偏瘫的左臂正在逐步恢复肢体功能。可以预见的是,将来他的这只手还可以拿勺子吃饭,和正常的右手一起系纽扣和鞋带。

改变小男孩命运的,不仅是他的母亲锲而不舍地寻找治疗方案,也是复旦大学附属华山医院全球首创的“健侧颈七神经交叉移位术”。

俗话说“心灵手巧”,大脑的想法左右着人的一举一动。中国工程院院士、复旦大学附属华山医院手外科主任顾玉东院士就曾说道:“手既是脑之母,也是脑之子。”

“健侧颈七神经交叉移位术”手术,正是帮助重建脑与手之间的联系与通讯,也为今后人工智能(AI)与“脑机接口”的顺畅连接提供了参照。

中国“脑机接口”: 为脑瘫儿重建手脑高速路

作为中国“脑计划”的积极参与者,手术主刀医生、华山医院副院长徐文东告诉第一财经记者,人工智能在肢体重建中将扮演重要角色,不仅能够为过去“无法可医”的病患带来重生的机会,也能够加快术后病人的康复。

一侧大脑同时控制双侧上肢

德国小男孩名叫弗莱克斯,因出生时脐带绕颈造成大脑缺氧,生后不久被诊断为脑瘫,左侧上下肢呈痉挛性偏瘫。左手臂轻度屈肘、屈腕、拇内收畸形,左手完全丧失抓握能力。

手术正是要把传导控制左手的神经,与健康的脑部组织搭建新的联系。

“要在颈部把神经穿过去,左右对穿,这是非常考验技术的,有点像特种兵闯关,上有铁丝网下有地雷阵。”在谈及手术中最难的部分时,徐文东对第一财经记者表示,要从当中间隙非常窄的部位吻合神经,空间宽度只有1~2厘米、深7~10厘米。

“大概是在一个硬币大小的空间里,要完成两根神经八个点对位,吻合里面包含了四万多根纤维,这几乎达到人类显微吻合技术的极限。”他说。

中国“脑机接口”: 为脑瘫儿重建手脑高速路

世界上还有很多人无法正常使用他们的双手。他们当中,有一些是受先天性疾病缠身,比如此次手术的脑瘫儿弗莱克斯。也有一些是因为外伤而导致的瘫痪,更多的是老年人在卒中(俗称“脑中风“)病发的后遗症。

如何帮助这些受疾病折磨的患者重建肢体功能,是国际医学上面临的一大难题。

从2001年起,徐文东带领团队开始了跨界攻坚,进入了一个在国际上全新的研究领域——周围神经移位和脑功能的关系研究。

2017年12月,徐文东以一篇发表于《新英格兰医学杂志》的《健侧颈神经移位术治疗上肢痉挛瘫的临床试验》论文获得世界瞩目,成果入选《新英格兰医学杂志》2018年最受瞩目论著第一名。

中国“脑机接口”: 为脑瘫儿重建手脑高速路

中国“脑机接口”: 为脑瘫儿重建手脑高速路

正是看到了徐文东发表的文章,而德国几乎没有一家医院能独立开展这项手术,弗莱克斯的母亲于是不远万里来华山医院向徐文东求助。

徐文东向第一财经记者表示,目前男孩的康复情况非常好,母子两人每隔两个月就要来医院复查一次,以便跟踪患者的恢复情况。

到目前为止,华山医院已经开展了400多例该项手术,从10岁的脑瘫患儿,到年近70的中风患者。“我们现在通过手术,已经能让病人的能力在原有基础上平均提升27%左右,基本能够实现生活自理。”徐文东告诉第一财经记者。

值得高兴的是,手术疗效在年龄较大、已多年瘫痪的患者中也很好。徐文东向第一财经记者透露:“根据我们所做的全部病例来看,一些瘫痪了二三十年的人,经过手术后恢复的情况也很不错。这其中的奥秘我们还在探索中。”

据徐文东透露,目前美国通过学习后,也已经掌握了这一技术,并在开展中。“他们现在仅完成了两例。”他告诉第一财经记者。

肢体的整体重建与“脑机接口”

顾玉东曾经提出过“手科学”的叫法。徐文东对第一财经记者表示,伴随着多学科的联合与融合发展,未来手外科不仅能与神经生物学融合,还能与工科、机械、人工智能等非医学类专业进行融合。

为此,华山医院已经成立了肢体功能重建团队,让“手科学”的蓝图走进现实。徐文东告诉第一财经记者:“这是一个全新的学科领域,以前是个空白。传统来说‘手外科’是看手的,但现在我们开始做上下肢的整体功能重建,并希望将医学与工科、理科以及脑科学、人工智能等学科结合起来,寻求更好的解决方案。”

徐文东向第一财经记者解释称:“伴随着人工智能深度学习算法,我就可以根据手术前核磁共振的片子来预测病人的疗效和未来的恢复情况,包括他能从事什么样的工作,生活能不能自理、是否能够开车或者骑车等等。”

而在康复训练中借助人工智能假肢和手套,瘫痪病人未来将有望实现通过意念来控制肢体。这是一种无创的疗法,无需在病人脑中植入芯片,而是依靠神经冲动,生成脑电波。

通过意念控制肢体的方法,也是目前世界上热门的“脑机接口”技术。包括美国的埃隆·马斯克、中国前首富陈天桥都在关注这一有望改变人类命运的前沿技术。

马斯克的Neuralink成立于2017年。目标是研发超高带宽的脑机接口系统,实现与人工智能的共存。马斯克朝着这个伟大目标,向前踏出了一大步。这一技术酷似“缝纫机”。

陈天桥在脑科学研究领域的投资始于2016年,成为率先“试水”中国“脑计划”的商人。他承诺通过他的上海陈天桥脑疾病研究所(TCCI)出资10亿美元作为启动资金,在全球范围推进基础脑科学研究,并将第一笔1亿美元资金投向美国加州理工学院,当时引起神经科学界的剧烈反响。

2017年年底,TCCI宣布向中国脑科学研究投资5亿元人民币,资助项目包括脑肿瘤、老年痴呆、帕金森症、抑郁症等的研究和治疗。

仅依靠大脑意识实现无创控制机器人装置,将具有巨大的应用潜力,尤其是将改变瘫痪患者和运动障碍患者的生活。

在该领域,国际上已经出现了一些喜人的成果。去年6月,来自卡内基梅隆大学与明尼苏达大学的研究人员利用无创的脑机接口(BCI)技术,成功开发出第一款由大脑控制的机器人手臂。该实验中的意念控制机器人还显示出高度的电机控制,具有连续跟踪计算机光标的能力,该成果发表在《ScienceRobotics》上。

而此前,瑞士洛桑联邦理工学院也已经针对行动不便者,开发出一款能用脑电波控制的软性外骨骼系统,只要通过意念,就可使原先使不上力的双手做到拿起杯子等日常事务,让原本瘫痪的患者重获行动能力。

徐文东日前接受第一财经记者专访时表示:“全球脑中风脑外伤脑瘫后遗症的病人接近1亿,中国就有两三千万,而且在发达国家脑中风发生率趋势是向下的,而中国还是上升的。”

“重建肢体功能的这些想法,我们有些已经实现,有些还未实现,例如通过意念控制肢体,这是一个需要经过几代人努力的课题。”徐文东对第一财经记者表示。

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