隨著腦機(jī)接口技術(shù)和人工智能的發(fā)展，截癱患者站起來不再是夢(mèng)。
01
截癱曾是不治之癥
走路，本是再簡(jiǎn)單不過的事，對(duì)于小林和千萬癱瘓病人而言，卻是遙不可及。兩年前，小林從三米高的地方不慎墜落，導(dǎo)致脊髓外傷后截癱。
人的脊髓一旦損傷，大腦通過脊髓控制四肢的聯(lián)系就會(huì)中斷，輕者部分感覺喪失，重者半身不遂、四肢癱瘓，甚至全身癱瘓，患者還會(huì)大小便失禁，生活極為困苦。這種脊髓損傷導(dǎo)致的癱瘓被稱為截癱。由于神經(jīng)損傷無法修復(fù)，因此這是一種“不治之癥”。
小林與加福民、中山醫(yī)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)合影
類似小林這樣不幸的人在中國(guó)還有很多，中國(guó)現(xiàn)存脊髓損傷患者374萬，每年新增脊髓損傷患者約9萬人。
去年10月，小林看到了一條微信公眾號(hào)消息，得知復(fù)旦大學(xué)有一種新技術(shù)，通過在腦脊中植入電極芯片能讓癱瘓者重新行走，正在招募志愿者。他當(dāng)天就報(bào)了名，他留言說：“我一直期待這一天，請(qǐng)讓我去做臨床試驗(yàn)，后果不管怎么樣，我都接受。謝謝所有專家、教授?！?/p>
2025年1月，小林與其他2位志愿者一道，接受了這項(xiàng)臨床概念驗(yàn)證手術(shù)。醫(yī)生經(jīng)過4小時(shí)的微創(chuàng)手術(shù)，在大腦和脊髓上植入電極芯片，通過外接設(shè)備在腦與脊髓間搭建了“神經(jīng)橋”，利用“三合一”腦脊接口技術(shù)在人工智能的輔助下讓癱瘓者重新行走。
出院后做復(fù)健的小林
通常來說，脊髓損傷對(duì)手、腳這種遠(yuǎn)端肢體影響最大。神奇的是，術(shù)后第一天，3位受試者在人工智能的輔助下都可以躺在床上自主抬腿動(dòng)腳，證明了神經(jīng)通路又通了。2周后，曾被醫(yī)生宣判永遠(yuǎn)站不起來的小林，已經(jīng)能自主走了5米！
02
從腦機(jī)接口到腦脊接口
腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）技術(shù)在人腦和外部設(shè)備之間建立了直接聯(lián)系，人們可以用意識(shí)直接控制鼠標(biāo)、機(jī)械手、輪椅和外骨骼等外部設(shè)備，這曾被認(rèn)為是幫助癱瘓患者最好的辦法。
2023年，北京世界機(jī)器人博覽會(huì)上演示非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的“腦控智能輪椅”
在2024年，清華團(tuán)隊(duì)為兩位癱瘓患者腦內(nèi)植入了無線腦機(jī)接口。讓他們可以控制鼠標(biāo)和外骨骼手套，實(shí)現(xiàn)了使用計(jì)算機(jī)和拿取物品。
2025年，馬斯克宣布Neuralink已將腦機(jī)芯片植入第三名受試者體內(nèi)?；颊咝g(shù)后能用意念控制光標(biāo)、玩電子游戲等。
相比使用腦機(jī)接口控制機(jī)械手和外骨骼，腦脊接口技術(shù)希望患者用意識(shí)間接控制自己的身體?？蒲腥藛T早就知道用電極在脊髓的硬膜外刺激就能讓肌肉運(yùn)動(dòng)，而經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能能夠?qū)W會(huì)大腦的“語言”。
2023年，瑞士Grégoire Courtine團(tuán)隊(duì)開展了腦脊接口研究，通過采集、解碼腦部信號(hào)并對(duì)脊髓下肢相關(guān)區(qū)域進(jìn)行電刺激，連接大腦和脊髓神經(jīng)通路，使四肢癱瘓患者實(shí)現(xiàn)自主行走，甚至實(shí)現(xiàn)了脊髓損傷部位神經(jīng)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。
03
利用高精度醫(yī)學(xué)影像構(gòu)建個(gè)性化修復(fù)方案
我國(guó)的加福民團(tuán)隊(duì)在瑞士團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，解決了腦電運(yùn)動(dòng)解碼、個(gè)性化、集成化、精確化、高延時(shí)等諸多問題，讓新一代腦脊接口技術(shù)有了臨床應(yīng)用的可能。
傳統(tǒng)的腦機(jī)接口技術(shù)中為了采集大腦信號(hào)，需要戴頭套或在大腦左右側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層植入兩個(gè)采集設(shè)備。為了刺激脊髓神經(jīng)還需要在脊髓植入一臺(tái)脊髓刺激設(shè)備。新的腦脊接口技術(shù)將兩個(gè)采集設(shè)備和一臺(tái)脊髓刺激設(shè)備集成在一起，實(shí)現(xiàn)采集與控制一體化，縮小后的植入設(shè)備可以用微創(chuàng)手術(shù)植入了。
對(duì)大腦信號(hào)的解碼設(shè)備則轉(zhuǎn)移到體外，高性能人工智能設(shè)備將解碼到輸出刺激信號(hào)的時(shí)間壓縮到了百毫秒級(jí)別，而正常人反應(yīng)時(shí)間為200毫秒，這意味著即使經(jīng)過了外接設(shè)備解碼，患者的運(yùn)動(dòng)仍然會(huì)流暢自然。
在植入腦脊接口設(shè)備后還需要采用紅外動(dòng)捕、肌電、慣性傳感器、足底壓力墊等多種監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控患者的大腦信號(hào)和步態(tài)信號(hào)，通過對(duì)比患者的異常步態(tài)和健康步態(tài)的數(shù)據(jù)集，讓人工智能幫助患者走得更自然。
訓(xùn)練中的小林說：“我現(xiàn)在要做些類似‘解碼’的工作，努力用意念來控制自己的身體重新學(xué)會(huì)走路。我是抱著順其自然的心來的，手術(shù)能有這樣的效果，我非常開心?！?/p>
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編輯｜張毅
主編｜黎坤
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