英国《自然》杂志24日刊发的研究报告指出,科学家们数十年来一直探索如何连接刺激大脑和脊髓的装置,这是首次在人类患者身上取得成功。更喜人的是,手术一年多后,患者显示出神经系统恢复的迹象:即使关闭植入物,他也能拄着拐杖走上几步。
现年40岁的荷兰男子赫特-扬·奥斯卡姆2011年在一场事故中颈部脊髓受损,导致下肢瘫痪。2017年,他加入瑞士一个研究项目,脊椎中被植入一组电极。这组电极能够发出电脉冲刺激神经,帮助他重新站立或行走。不过,由电极诱导的动作僵硬,像机器人。另外,奥斯卡姆如果想站立或行走,得先手动按下按钮。用一名生物工程师的话说,这种脊髓刺激“有点像操纵木偶”。此后3年,奥斯卡姆运动能力方面的康复停滞不前。
于是,研究人员在原有脊椎植入物基础上,开发出“大脑脊髓接口”。他们在奥斯卡姆颅骨两侧分别植入一个圆盘状装置,每个装置内有64个电极,位于大脑的运动皮层上方,可捕捉到电信号。
主要研究人员、瑞士洛桑联邦理工学院神经外科专家格雷瓜尔·库尔蒂纳23日在新闻发布会上说,这个装置能够“捕捉”奥斯卡姆的想法,并转化为脊髓刺激,令他能够自主运动。
当奥斯卡姆想走路时,颅骨植入物会检测到他大脑皮层的脑电活动,并以无线传输方式向一个头戴式耳机发送信号。这些信号被传至他背包里一台笔记本电脑。电脑解码奥斯卡姆的预期动作,向脊椎植入物传输相应信号,提供对应模式的电脉冲,引发相应动作。
库尔蒂纳说,之前的脊椎植入物“更像是一种预先编程的刺激”,而现在“情况完全不同了,他可以完全控制刺激的参数,这意味着他可以停下来,可以走路,可以爬楼梯”。
“以前是刺激控制着我,现在是我控制刺激。”奥斯卡姆在新闻发布会上说。
为搭建大脑与脊髓之间的“数字桥梁”,研究人员利用机器学习技术,观察奥斯卡姆试图移动身体不同部位时会激活大脑哪些部分,然后使用解码器将颅骨植入物的电极活动与特定意图相匹配。他们用另一种算法连接颅骨植入物与脊椎植入物,以向身体不同部位发送电信号,引发运动。
研究人员用了数月时间微调脑脊接口。奥斯卡姆经过大约40次康复治疗,重新获得了自主移动双腿双脚的能力。令人意外的是,这种脑脊接口似乎比单纯的脊髓刺激更能促进神经系统恢复。
美国卫理公会康复中心神经科专家基思·坦西说,科学家们先前用过脊髓刺激和脑接口,但“它们从没像这样被组合在一起”。“从生物医学工程的角度看,这确实是杰作。”
不过,有专家指出,这种疗法侵入性强,风险高,需要开颅等多次手术。
研究人员说,搭建大脑脊髓“数字桥梁”的概念预示着治疗神经系统疾病引起的运动缺陷进入新阶段。他们计划开发一种更小巧的完全集成系统,还计划探索将脑脊接口用于帮助瘫痪患者恢复对灵敏度要求更高的上半身运动。
据新华社电