近期，臥床多年的患者小韓又能走路了！通過參與宣武醫(yī)院“重拾行走計劃”，經過半年系統的腦機接口康復訓練，她終于能在使用助行器的情況下獨自行走了。

患者小韓6年前在山上牧羊時，不慎跌入一個9米深的洞，導致“完全性脊髓損傷”，下肢完全沒有運動和知覺，生活不能自理，一度對生活失去信心。雖然在基層醫(yī)院進行了傳統康復訓練，但是仍然不能主動運動雙腿，站立也需要在幫助下才能勉強完成。期間，她偶然參與了宣武醫(yī)院“重拾行走計劃”，通過半年系統的腦機接口康復訓練，目前已經能夠在穿戴支具、使用助行器的情況下獨自行走。

神經損傷

人類大腦可以產生運動意向，以電信號形式輸出給肢體，也可以接收來自軀體的感覺信息的輸入。大腦的活動如打球、計算、聊天等過程都高度依賴輸入和輸出的交互，一旦信息的傳導功能受損，指令的下行輸出和感覺信息的上行輸入中斷，將造成嚴重的功能缺失，極大地影響生活質量。但是，神經損傷發(fā)生的層面不同，預后也不盡相同。如果損傷發(fā)生于大腦皮層，缺失的功能可以通過“康復訓練”引導的“大腦功能重組”進行修復。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重的“完全性脊髓損傷”。

“完全性脊髓損傷在神經外科臨床中很常見。” 首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院院長趙國光說，“因為脊髓嚴重損傷，這些患者的大腦完全接收不到損傷平面以下的感覺輸入，同時運動指令也無法發(fā)給肌肉。這種損傷通過傳統的外科手段或康復醫(yī)學手段都無法有效地進行損傷平面以下的功能恢復。”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行主動代償”，忽視損傷平面下的“主動康復訓練”。

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

“腦機接口技術是大腦與外部設備之間創(chuàng)建的直接連接。我們通過腦機接口技術，可以提取大腦神經電活動信號，與外部設備建立信息反饋和交互。以此為基礎的腦機接口康復訓練體系，也正是重拾行走計劃的核心。” 趙國光說。

腦機接口康復訓練可以調動大腦感覺和運動等腦區(qū)協同工作。科學地給皮層和肢體施加運動和感覺任務，可刺激中樞和效應器產生電信號，并通過腦機接口在大腦和肢體之間建立人工的輔助傳導通路，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，部分恢復脊髓對運動和感覺信息的傳導功能。腦機接口康復訓練還可以促進受損腦網絡的完善、促進白質部分恢復，與機器人輔助技術、天軌減重步行訓練、傳統運動療法等康復治療技術互相配合，可以顯著提高康復效果和進度。

近年國際上的研究和我們近期的實驗共同顯示：對于常規(guī)康復手段難以改善功能的完全性脊髓損傷，腦機接口顯示出巨大潛力；對于非完全性脊髓損傷及其他腦損傷，腦機接口康復訓練也表現出明顯的優(yōu)勢。

國際上腦機接口有很多種技術類型，對于采集“腦電信號”的腦機接口，大致可分為有有創(chuàng)腦機接口（顱內植入式電極）和無創(chuàng)腦機接口（使用頭皮電極）。有創(chuàng)腦機接口顱內腦電信噪比高，信號清晰，但電極覆蓋范圍比較小，比較適合導出上肢精細運動的控制。而采用頭皮腦電的無創(chuàng)腦機接口可采集來自大腦各個腦區(qū)的腦電信號，適用范圍廣，缺點是信號噪聲較大，需要復雜算法進行分析，比較適合粗大運動的檢測。

“類似小韓這種患者，損傷的部位是胸髓T9-T12，下肢運動功能受損。因此這種節(jié)段的脊髓損傷，更適合使用無創(chuàng)腦機接口恢復下肢粗大的運動功能。”趙國光說。

另外，相比于有創(chuàng)腦機接口，無創(chuàng)腦機接口的優(yōu)點是受眾面比較廣，成本低，無感染風險。這種腦機接口可能更加適合于臨床康復使用。

“我們項目入組的要求比較嚴格：完全性脊髓損傷（ASIA A級），胸髓T9-T12。但實際上，重拾行走計劃的成套腦機接口技術可以幫助很大范圍的患者恢復行走功能。研究工作常常挑選一個比較純粹的、看似不可能恢復的對象來研究，這樣可以證實確實是腦機接口促進了脊髓功能恢復。我們計劃今后會逐步幫助更多患者康復。”趙國光表示：“另外，我們神經外科也在開發(fā)各種有創(chuàng)的閉環(huán)腦機接口，比如丘腦引出的電信號與電磁刺激組合，調控帕金森、癲癇等功能性腦疾病。”

科幻電影常出現“黑科技”，如電影《黑客帝國》中的腦機接口將人的腦部活動完全“復制”到系統當中。但是在現實中，現階段較成熟的腦機接口只能解碼和反饋額葉運動區(qū)產生主觀的運動意圖。而人腦中各種復雜意念，邏輯思維、抽象推理、物體識別、記憶提取等神經活動，目前腦機接口技術還做不到這類信號的解碼，所以還無法實現隨心所欲的控制。

也正是因為上述原因，在重拾行走計劃中，腦機接口技術不是直接將外加的通路用作控制，而是用于修復受損的神經環(huán)路，恢復患者運動功能。“從這一點來說，體現了我們‘技術源自臨床需求’的特色思路”。趙國光說。

未來展望

宣武醫(yī)院“重拾行走計劃”為跨學科，多專業(yè)合作項目。在神經外科、神經內科、神經電生理、神經康復、神經影像、生物醫(yī)學工程、計算機、認知科學等學科的通力合作下，分別解決了神經修復理論、神經電生理評估、腦機接口設備搭建與運行、信號解析與反饋等各個環(huán)節(jié)的問題，設計了成套的評估體系，進行了完全性脊髓損傷患者的臨床探索。

在前期研究中，患者運動和感覺功能均獲得了明顯改善，不同程度地恢復了“行走”的能力。同時也期待今后借助腦機交界技術，幫助更多患者恢復運動、感覺、乃至認知能力。