“医生，把我站起来腿能交替迈步的照片拍下来发给我妈妈看看！”在中山医院神经内科，患者小赵在瘫痪在床一年多后，终于能够在悬吊状态下，在助步器的帮助下自主迈步，并且跨过障碍物了。此前他已经躺在床上腿部无法动弹一年多，肌肉也已严重萎缩。而在同一天，复旦大学附属华山医院也有一例患者接受了脑脊接口设备的植入，今天（3月4日）中午，就在刚刚，已经开机，脑脊打通验证成功，腿部可以自主抬动了。
复旦大学类脑科学与智能研究院青年副研究员加福民领衔的新一代微创脑脊接口原创成果从1月8日在中山医院临床用于全国首例患者至今，已有4位患者成功完成了手术。患者一小时可以自主抬腿，5到7天可以坐起来抬腿，一周后可以在悬吊状态下借助助步器自主迈步。
这是全国首个成功用于临床的微创脑脊接口原创成果，也是全球首次通过微创脑脊接口设备让患者实现自主站立、迈步。
“更神奇的是，大多数截瘫患者的下肢不会出汗，但是他们植入脑脊接口设备后，下肢恢复了出汗，这很可能说明患者的植物神经等部分神经在重塑。此前全球唯一一例见诸文献的植入脑脊设备的患者在借助设备行走半年后撤去设备，发现脊椎神经得以重塑。我们也会不断跟踪这些患者，期待通过运动帮助他们的脊椎神经重塑。”加福民告诉记者，“我们会为这些患者不断迭代脑脊接口设备，直到他们满意为止。并且会在不断完善后推向临床的广泛应用。”
从0到10的创新
《中国脊髓损伤者生活质量及疾病负担调研报告2023版》显示，中国现存脊髓损伤患者374万，每年新增脊髓损伤患者约9万人。作为连接大脑与外周神经系统的“信息高速通道”，正常人通过脊髓把大脑的运动指令传递到四肢，而脊髓一旦损伤，大脑运动指令就无法通过脊髓以控制肌肉，患者就可能面临终身瘫痪。
如何使脊髓损伤致瘫患者恢复运动能力，一直是医学界重大难题。“恢复受损的脊髓神经通路一直被认为是脑机接口领域的珠穆朗玛峰，而一旦实现，可以改变无数截瘫患者的人生”。此次参加临床试验的四位患者都是高空坠落截瘫一到两年。其中有患者此前辗转世界各地求助，都未有解决方案。
此次加福民团队成功用于临床试验的新一代脑脊接口技术研发，主要通过大脑内植入电极采集患者运动意图，并使用该运动意图驱动脊髓刺激器，作用于脊髓神经根，进而激活下肢肌肉，从而重建患者运动功能，帮助他们重获行走能力。具有“高精准、高通量、高集成、低延时”的特点。
设备分为颅内脑电解码，脊髓刺激和体外监测三个部分。脑电解码方面，使用预训练的跨用户神经网络对患者实时的运动意图实现了低延迟解码，使得脑电传输时间降低至300毫秒，“也就是说，当患者大脑的运动指令只需要百毫秒量级就可以传送到腿部肌肉。”加福民解释称，“这是一个重要的指标，因为走路是需要实时调动肌肉的活动，信号必须快速传输。”
同时，团队通过个体化脊髓神经根模型，实现精准刺激脊髓神经根来交替激活下肢相应肌群，重建行走功能。并且通过利用3T磁共振成像设备，创新性地设计了多种扫描序列的成像方案，并基于人工标签开发自动化重建算法，从而精确捕捉腰骶段脊髓神经根的结构特征。实验已生成个体化脊髓神经根模型，为个性化脊髓损伤治疗提供了新的方向。
在体外监测方面，基于大量动捕和IMU等多模态体外监测数据，在仿真环境中使用强化学习训练迭代出以抬腿和行走为目标的刺激策略。再在个体化的患者上进行策略迁移，利用实时多模态的监测数据反馈调整刺激参数，减少患者站立训练时的人力投入。
期待让更多截瘫患者能实现自主行走
“让截瘫患者的下肢动起来一直是我们临床上的难题，接到过太多患者的求助，很多时候我们医生无能为力的感觉也让我们自己很无奈。”复旦大学附属中山医院神经内科主任丁晶说：“当1月8日第一例患者手术成功时，我们除了惊喜还有一点疑惑，担心是偶然，所以很快做了第二例，当第二例患者也成功地自主动腿时，我们团队和加老师团队的所有人才松了一口气。”
脊髓损伤在医学界公认为是不可修复的。直至近年，有研究证实脊髓硬膜外电刺激可以重新激活神经肌肉活动，显著促进脊髓损伤后的运动康复。去年，瑞士洛桑联邦理工学院团队初步验证了脑脊接口实现脊髓损伤患者功能恢复的可能。
加福民在在2020年入职复旦大学类脑科学与智能研究院后一直专注于这一技术。直到去年，这一技术才获得了突破。其间要解决的不仅有科学问题，还有各种工程问题，最简单比如，成果要用于临床还必须实现工程化，涉及到材料、电池、信号传输等难题的解决。脑脊接口项目是复旦大学脑机接口领域系列突破性成果之一。
学校建立了神经调控与脑机接口研究中心，打造脑机接口交叉学科科研合作平台，构建了材料、芯片、人工智能到临床的全技术链条，正在建设融合前沿探索、科创转化与企业孵化为一体的脑机接口创新平台。复旦大学自由探索与交叉融合的科研文化正在孕育脑脊接口、人工视网膜、超时空分辨超声成像、人脑言语解码等一系列颠覆性技术的突破。
去年10月，加福民的成果获得了全国颠覆性技术创新大赛优胜奖，消息公布后，团队每天都能过收到来自世界各地截瘫患者的邮件，他们都要求参与试验，最多的一天收到了500多封。合作的复旦大学附属中山医院、华山医院神经外科团队每天都收到参与临床试验的请求。华山医院神经外科负责征集志愿者的青年医生吴泽翰说：“每天都接到铺天盖地的要求，手机微信都被加爆了。”
“我从最开始不敢相信到自己做植入式脑脊接口关键技术与系统研制，我希望这个技术能够不断地发展，完善。”加福民在独立开展脑脊接口研究后，所有时间都投入在这一项目的研究中，“其实我们这一代年轻人的成功，都是站在上一代的巨人肩膀上。我也希望能够让这个中国原创技术走向世界，这个事一定不容易”。
