近期，臥床多年的患者小韓又能走路了！通過(guò)參與宣武醫(yī)院“重拾行走計(jì)劃”，經(jīng)過(guò)半年系統(tǒng)的腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練，她終于能在使用助行器的情況下獨(dú)自行走了。

患者小韓6年前在山上牧羊時(shí)，不慎跌入一個(gè)9米深的洞，導(dǎo)致“完全性脊髓損傷”，下肢完全沒(méi)有運(yùn)動(dòng)和知覺(jué)，生活不能自理，一度對(duì)生活失去信心。雖然在基層醫(yī)院進(jìn)行了傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練，但是仍然不能主動(dòng)運(yùn)動(dòng)雙腿，站立也需要在幫助下才能勉強(qiáng)完成。期間，她偶然參與了宣武醫(yī)院“重拾行走計(jì)劃”，通過(guò)半年系統(tǒng)的腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練，目前已經(jīng)能夠在穿戴支具、使用助行器的情況下獨(dú)自行走。

神經(jīng)損傷

人類大腦可以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)意向，以電信號(hào)形式輸出給肢體，也可以接收來(lái)自軀體的感覺(jué)信息的輸入。大腦的活動(dòng)如打球、計(jì)算、聊天等過(guò)程都高度依賴輸入和輸出的交互，一旦信息的傳導(dǎo)功能受損，指令的下行輸出和感覺(jué)信息的上行輸入中斷，將造成嚴(yán)重的功能缺失，極大地影響生活質(zhì)量。但是，神經(jīng)損傷發(fā)生的層面不同，預(yù)后也不盡相同。如果損傷發(fā)生于大腦皮層，缺失的功能可以通過(guò)“康復(fù)訓(xùn)練”引導(dǎo)的“大腦功能重組”進(jìn)行修復(fù)。但是，小韓的損傷發(fā)生在脊髓層面，而且是脊髓損傷中最嚴(yán)重的“完全性脊髓損傷”。

“完全性脊髓損傷在神經(jīng)外科臨床中很常見。” 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院院長(zhǎng)趙國(guó)光說(shuō)，“因?yàn)榧顾鑷?yán)重?fù)p傷，這些患者的大腦完全接收不到損傷平面以下的感覺(jué)輸入，同時(shí)運(yùn)動(dòng)指令也無(wú)法發(fā)給肌肉。這種損傷通過(guò)傳統(tǒng)的外科手段或康復(fù)醫(yī)學(xué)手段都無(wú)法有效地進(jìn)行損傷平面以下的功能恢復(fù)。”所以，在小韓的前期的治療中，一般的治療方法更著重于“使用功能完好部分進(jìn)行主動(dòng)代償”，忽視損傷平面下的“主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練”。

但近年來(lái)，神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展對(duì)“完全性脊髓損傷”有了新的認(rèn)識(shí)。所謂“完全性脊髓損傷”可能并非脊髓物理上完全斷開，其中仍有部分神經(jīng)纖維可能存在“藕斷絲連”。那么，如何讓這些“殘存的神經(jīng)纖維”再次發(fā)揮功能呢？

“腦機(jī)接口技術(shù)是大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接。我們通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)，可以提取大腦神經(jīng)電活動(dòng)信號(hào)，與外部設(shè)備建立信息反饋和交互。以此為基礎(chǔ)的腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練體系，也正是重拾行走計(jì)劃的核心。” 趙國(guó)光說(shuō)。

腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練可以調(diào)動(dòng)大腦感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)等腦區(qū)協(xié)同工作。科學(xué)地給皮層和肢體施加運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)任務(wù)，可刺激中樞和效應(yīng)器產(chǎn)生電信號(hào)，并通過(guò)腦機(jī)接口在大腦和肢體之間建立人工的輔助傳導(dǎo)通路，使得兩者之間阻斷的信息交流能夠延續(xù)，這樣可以激活脊髓殘存的神經(jīng)纖維，激發(fā)出其“殘存的潛在能力”，在功能上發(fā)揮代償作用，部分恢復(fù)脊髓對(duì)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)信息的傳導(dǎo)功能。腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練還可以促進(jìn)受損腦網(wǎng)絡(luò)的完善、促進(jìn)白質(zhì)部分恢復(fù)，與機(jī)器人輔助技術(shù)、天軌減重步行訓(xùn)練、傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)療法等康復(fù)治療技術(shù)互相配合，可以顯著提高康復(fù)效果和進(jìn)度。

近年國(guó)際上的研究和我們近期的實(shí)驗(yàn)共同顯示：對(duì)于常規(guī)康復(fù)手段難以改善功能的完全性脊髓損傷，腦機(jī)接口顯示出巨大潛力；對(duì)于非完全性脊髓損傷及其他腦損傷，腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

國(guó)際上腦機(jī)接口有很多種技術(shù)類型，對(duì)于采集“腦電信號(hào)”的腦機(jī)接口，大致可分為有有創(chuàng)腦機(jī)接口（顱內(nèi)植入式電極）和無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口（使用頭皮電極）。有創(chuàng)腦機(jī)接口顱內(nèi)腦電信噪比高，信號(hào)清晰，但電極覆蓋范圍比較小，比較適合導(dǎo)出上肢精細(xì)運(yùn)動(dòng)的控制。而采用頭皮腦電的無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口可采集來(lái)自大腦各個(gè)腦區(qū)的腦電信號(hào)，適用范圍廣，缺點(diǎn)是信號(hào)噪聲較大，需要復(fù)雜算法進(jìn)行分析，比較適合粗大運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。

“類似小韓這種患者，損傷的部位是胸髓T9-T12，下肢運(yùn)動(dòng)功能受損。因此這種節(jié)段的脊髓損傷，更適合使用無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口恢復(fù)下肢粗大的運(yùn)動(dòng)功能。”趙國(guó)光說(shuō)。

另外，相比于有創(chuàng)腦機(jī)接口，無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口的優(yōu)點(diǎn)是受眾面比較廣，成本低，無(wú)感染風(fēng)險(xiǎn)。這種腦機(jī)接口可能更加適合于臨床康復(fù)使用。

“我們項(xiàng)目入組的要求比較嚴(yán)格：完全性脊髓損傷（ASIA A級(jí)），胸髓T9-T12。但實(shí)際上，重拾行走計(jì)劃的成套腦機(jī)接口技術(shù)可以幫助很大范圍的患者恢復(fù)行走功能。研究工作常常挑選一個(gè)比較純粹的、看似不可能恢復(fù)的對(duì)象來(lái)研究，這樣可以證實(shí)確實(shí)是腦機(jī)接口促進(jìn)了脊髓功能恢復(fù)。我們計(jì)劃今后會(huì)逐步幫助更多患者康復(fù)。”趙國(guó)光表示：“另外，我們神經(jīng)外科也在開發(fā)各種有創(chuàng)的閉環(huán)腦機(jī)接口，比如丘腦引出的電信號(hào)與電磁刺激組合，調(diào)控帕金森、癲癇等功能性腦疾病。”

科幻電影常出現(xiàn)“黑科技”，如電影《黑客帝國(guó)》中的腦機(jī)接口將人的腦部活動(dòng)完全“復(fù)制”到系統(tǒng)當(dāng)中。但是在現(xiàn)實(shí)中，現(xiàn)階段較成熟的腦機(jī)接口只能解碼和反饋額葉運(yùn)動(dòng)區(qū)產(chǎn)生主觀的運(yùn)動(dòng)意圖。而人腦中各種復(fù)雜意念，邏輯思維、抽象推理、物體識(shí)別、記憶提取等神經(jīng)活動(dòng)，目前腦機(jī)接口技術(shù)還做不到這類信號(hào)的解碼，所以還無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨心所欲的控制。

也正是因?yàn)樯鲜鲈颍谥厥靶凶哂?jì)劃中，腦機(jī)接口技術(shù)不是直接將外加的通路用作控制，而是用于修復(fù)受損的神經(jīng)環(huán)路，恢復(fù)患者運(yùn)動(dòng)功能。“從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，體現(xiàn)了我們‘技術(shù)源自臨床需求’的特色思路”。趙國(guó)光說(shuō)。

未來(lái)展望

宣武醫(yī)院“重拾行走計(jì)劃”為跨學(xué)科，多專業(yè)合作項(xiàng)目。在神經(jīng)外科、神經(jīng)內(nèi)科、神經(jīng)電生理、神經(jīng)康復(fù)、神經(jīng)影像、生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)、認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科的通力合作下，分別解決了神經(jīng)修復(fù)理論、神經(jīng)電生理評(píng)估、腦機(jī)接口設(shè)備搭建與運(yùn)行、信號(hào)解析與反饋等各個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了成套的評(píng)估體系，進(jìn)行了完全性脊髓損傷患者的臨床探索。

在前期研究中，患者運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)功能均獲得了明顯改善，不同程度地恢復(fù)了“行走”的能力。同時(shí)也期待今后借助腦機(jī)交界技術(shù)，幫助更多患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、乃至認(rèn)知能力。