復旦AI4S重磅突破！腦脊接口讓癱瘓者重新行走！_風聞

來源：復旦大學

年初復旦CNS成果集中湧現之後，復旦AI for Science(科學智能，下文簡稱AI4S)，即人工智能與科學研究的深度融合，再出重磅成果。

就在昨天（3月3日）晚上8點，全球首批第4例、通過腦脊接口讓癱瘓者重新行走的臨牀概念驗證手術在復旦大學附屬華山醫院（下文簡稱：華山醫院）成功實施。

讓癱瘓者再次站立和行走。這一跨越“不可能”的奇蹟，源自復旦大學類腦智能科學與技術研究院加福民團隊全球首創的“三合一”腦脊接口技術——通過微創手術在腦與脊髓間搭建“神經橋”，**僅需4小時同步植入電極，**術後24小時，人工智能輔助下患者即可恢復腿部運動。

今年1月-2月，該團隊已聯合復旦大學附屬中山醫院（下文簡稱：中山醫院）成功完成全球首批3例臨牀概念驗證手術，嚴重脊髓損傷患者在兩週內實現自主控腿、邁步行走，標誌着脊髓損傷治療邁入“神經功能重建”新紀元。

癱瘓兩年後，34歲的小林（化名）在術後第14天，依靠自身運動意圖，行走超過5米。“放在以前，這事我想都不敢想。”曾被宣判“永遠站不起來”的小林説。2月27日，小林從老家廣東如期來到中山醫院第一次術後隨訪，康復進展比預期迅速。

小林術後第一次隨訪

“這幾位截癱患者治療效果符合甚至超出我們的預期，初步證明新一代腦脊接口方案的可行性。2家醫院、4例手術的完成，也證明腦脊接口技術可複製可推廣。這不僅是技術的勝利，更是癱瘓患者重獲新生的開始。”加福民表示，下一步將持續優化、迭代該技術，讓更多脊椎損傷患者重獲行走能力，造福全球上千萬患者及其家庭。

加福民團隊、中山醫院聯合團隊與小林合影

**“手術結束後24小時，**病人腿就抬起來了”

“3，2，1，抬左腿。很好。3，2，1，抬右腿再走一步。”一個奇蹟正在發生：在科研與醫務人員的耐心指導和鼓勵下，患者小林集中精力、用力控制自己的大腦意圖和肢體，順利邁出了第一步、第二步……

1月20日，小林術後12天，正在聯合團隊指導下開展康復訓練

脊髓損傷導致的癱瘓，在醫學界一直被視為“不治之症”。走路，本是再簡單不過的事，對於小林和千萬癱瘓病人而言，幾乎是遙不可及的夢。

兩年前，小林在離地面三米高的地方不慎墜落，導致脊髓外傷後截癱。儘管治療手段極其有限，但小林和家人一直沒有放棄任何可能。兩年來，他做過不少康復訓練，在妻子陪伴下輾轉昆明、廣州、北京等地求醫。

轉機出現在去年10月5日，復旦大學官方微信公眾號發佈加福民團隊的研究成果（點擊跳轉）。從中他獲悉，加福民團隊研發的新一代用於脊髓損傷患者的植入式腦脊接口技術取得新進展，正在招募志願者。他當天就報了名。

人的脊髓一旦損傷，大腦和脊髓神經元之間的聯繫就會被動中斷，輕者造成機體的部分感覺喪失，重者半身不遂、四肢癱瘓，甚至全身癱瘓。神奇的是，術後第一天，3位受試者都可以躺在牀上自主抬左右腿。

第二例受試者

第三例受試者

當時，在場所有醫護人員都“感到不可思議”——對於脊髓損傷患者，遠端肢體受到的影響最為嚴重，患者腳背翹起説明其踝關節活動正常，印證了腦脊接口使患者的神經通路得到重建。

1月8日術後，小林的身體變化快到以“天”計算：第3天就實現腦控狀態下的雙下肢自主運動；第10天，在重力懸吊支撐下可通過自身運動意圖自主控制雙側下肢跨步；第14天，運動反應能力逐步提升，右腿可快速反應抬高跨越移動的障礙物，懸吊下獨立使用站立架行走可超過5米。

“我現在要做些類似‘解碼’的工作，努力用意念來控制自己的身體重新學會走路。我是抱着順其自然的心來的，手術能有這樣的效果，我非常開心。”小林坦言。

2月底再回中山醫院隨訪，小林的脊椎損傷感覺平面（身體兩側具有正常感覺功能的最低脊髓節段）有所下移，腳會發熱出汗、有酥麻感，站的時候感到腿部肌肉收縮、大小便也開始有感覺……諸多變化令人欣喜。

同樣感到重獲新生的，還有來自河北的小趙、來自山東的小温，以及這次從塞爾維亞受傷輾轉到華山手術的海員小周，他們分別在2月5日、2月25日、3月3日成功手術。

**微創手術+輕量級AI算法，**讓癱瘓患者即時、精準控制肌肉

腦機接口，是在軀體與外部設備間創建連接通路，大腦神經元發電形成的腦電波會被接口識別，進而通過外部設備實現所謂的“意念”控制。這也是埃隆·馬斯克（Elon Musk）採取的技術路線。

這一思路默認患者肢體已“報廢”，只能接入外部設備，比如機械臂、遙控輪椅、鼠標。

加福民則選擇了另一條路——通過植入式腦脊接口技術，在大腦和脊髓間搭建一條“神經橋”****，採集、解碼腦電信號，給特定神經根進行時空電刺激，讓癱瘓者再次掌控自己的肢體，而非依靠外部設備。

設想很美好，現實卻很骨感。放眼全球，經驗幾乎為零。

唯一先例，來自2023年瑞士洛桑聯邦理工學院團隊在Nature發表的論文。他們通過採集數據、電刺激、神經解碼等手段連接神經通路，讓患者自主控制癱瘓肌肉。

原理基本一致，但具體方法和效果迥異——

瑞士方案要在患者雙側開顱，植入兩塊芯片，創面達到兩個掌心大小，極易導致感染。此外，腦部和脊髓的手術，間隔長達2年。

而加福民團隊採取微創手術，通過2個直徑1毫米左右的電極芯片植入到運動腦區，腦部、脊髓的手術可以在4小時左右一次完成，手術效率較前者顯著提高。

這是因為加福民團隊採取了“三合一”的方法，將多台設備集合為一台腦部植入式微型設備，不僅大大降低手術創傷，也有助於提高腦電信號採集穩定性和效率，具有“高精準、高通量、高集成、低延時”的特點。

目前可用於植入人體的成熟電極通道數比較少，信息量受限的情況下，如何實現對人體運動解碼的即時性、準確性，是團隊面臨的最大挑戰。

解決辦法，就是設計一套運算速度快、運算能力準確、算力需求低的輕量級AI算法模型。

加福民與團隊學生討論算法優化相關問題

“如果患者想抬腿，但算法沒有解碼出來，或者只是晚了幾秒，患者可能就會摔跤。”加福民説，團隊花了將近3年時間，才在算法層面實現了對大腦運動意圖即時解碼的突破。

此外，每個人的脊髓生理結構都不一樣，且人體運動非常複雜，站着抬腿和坐着抬腿的腦電信號都會有所差異。如何精準刺激脊髓特定神經根，是另一個難題。

為此，加福民團隊搭建了電刺激參數-神經激活-肌肉骨骼運動仿真計算平台，根據仿真人受到電刺激後的仿真計算結果在電腦上調整參數，排除掉大多數無效刺激參數，效率大大提升。

加福民團隊在患者術後調整模型參數

**“這也是為什麼患者在手術當天就能實現抬腿，如果沒有仿真計算得到的刺激參數，一個月可能也難以達到這種效果。”**加福民説。

如今，在患者康復訓練現場，紅外動捕攝像頭用於即時記錄患者步態。團隊每天記錄下患者的腦電、肌電和步態等康復數據，用於進一步優化仿真模型，**“相當於把人給數字化，精準控制病人的運動意圖和肢體動作。”**隨着模型不斷優化，病人逐漸適應模型，就會越走越好。

多年與脊髓損傷患者打交道，加福民認為康復過程的最大痛點就是患者信心。區別於傳統康復方法時間長、見效慢，新一代腦脊接口技術讓患者在每天的訓練中都能夠看到自身變化，治療信心和意願也大大增強，從而進入正向循環。

硬件產品有望年底進入臨牀，面向全球招募患者

針對創新醫療技術臨牀試驗所面臨的高昂成本和複雜環節，復旦大學附屬醫院充分發揮其臨牀科研優勢，整合多學科醫療資源，深度推進醫工交叉融合創新。

在中山醫院領導和各級部門支持下，中山醫院為3位臨牀試驗提供人員、場地等全方位保障。期間，加福民團隊與神經內科、神經外科、康復醫學科、影像科等多科室專家緊密配合，就臨牀試驗方案開展多輪討論。

加福民與中山醫院聯合團隊研討

第一次面向社會公開招募患者，共有300多位患者報名參加臨牀試驗，綜合考慮患者的年齡、病情、心理健康等各項條件，聯合團隊最終選取的受試者均為男性“90”後。

加福民解釋，目前研發的腦脊接口設備僅適用於成年患者，且參與臨牀試驗的患者每日要進行5-7小時的康復訓練，這需要患者和患者家屬的積極配合。

1月8日，原本預計6小時完成的首例腦脊接口植入手術，4小時左右順利完成。中山醫院神經內科丁晶、康復科餘情負責術前評估、術後觀察與康復，神經外科餘勇和胡凡分別負責植入脊髓電極和腦部電極。多學科交叉隊伍緊密配合，為臨牀試驗的成功打下基礎。

早在四年前，餘勇就開始開展脊髓電極植入術工作，但主要用於頑固性神經病理性疼痛病人的治療。脊髓電刺激能否在癱瘓患者治療中發揮作用？他起初心裏也沒底，“但科學需要我們不斷探索和嘗試。”

“癱瘓患者的治療能夠跨上一個新台階，離不開科學的巨大推動力。外科醫生終身致力於不斷優化手術技術，就像想方設法跳一支漂亮的舞，但只有與科學結合，才能站上更大舞台。”

參與手術的臨牀醫生，用“震撼”形容第一次看到小林站立的畫面。

“任何醫生聽到這個技術都會很興奮。”胡凡認為，此次臨牀研究讓大家親眼看到了治療癱瘓的可能性，既然站立、行走是可行的，不斷優化腦脊接口系統治療方案，或許能夠在未來幫助患者完成更加精細的動作，並向更多醫院推廣。

更令人興奮的是，團隊還在受試者身上發現了腦脊接口對神經重塑的作用。

在瑞士團隊的研究中，腦脊接口植入手術後6個月左右出現神經重塑效果，即患者在沒有外部刺激的情況下也能自主控制癱瘓肌肉。而小林在術後不到2周，就表現出了神經重塑效果。加福民團隊將進一步觀察，以瞭解其背後機制。

一個更為大膽的假設也隨之浮現——腦脊接口技術可能只是手段，而非目標。

“如果通過植入腦脊接口，加上三五年的康復訓練，患者的神經重新連接、得到重塑，最終我們可能會為患者擺脱設備，而不是終身依賴它。”

加福民認為，“舍筏登岸，這才是最好的腦脊接口技術。”

下一步，加福民團隊計劃繼續聯合中山醫院、華山醫院等臨牀單位，開展更多腦脊接口臨牀概念驗證工作，積累更多真實數據，進一步迭代算法。

同時，團隊將完善“三合一”顱骨植入式腦脊接口微型設備，完成第三方產品型式檢驗，做好產品註冊臨牀試驗準備。

在此基礎上，他們還將研發針對脊髓損傷患者的系列神經調控新方法、新技術，如針對輕症患者開發穿戴式神經調控裝備、多模態運動監測系統等。

“過去，大家熟悉的是國外的高端醫療器械國產化，但現在我們進入了‘無人區’，在全球首次實現了新一代原創性腦脊接口系統方案。”加福民説。

該研究得到了上海市科委、衞健委等相關部門和上海顛覆性技術創新中心的高度重視。為加快顛覆性技術突破，搶抓腦機接口的發展機遇，培育未來產業，上海市於2025年初出台了《上海市腦機接口未來產業培育行動方案（2025-2030年）》，加福民團隊積極融入上海建設腦機接口科創高地的熱潮中，將技術和設備儘快轉化落地，讓中國原創顛覆性技術走向世界，為全球2000萬脊髓損傷患者推開希望之門。