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10月5日,澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者从复旦大学方面获悉,复旦类脑智能科学与技术研究院加福民青年老师团队研发新一代用于脊髓损伤患者的植入式脑脊接口设备,为脊髓损伤患者带来站立行走的希望。近日,相关项目“植入式脑脊接口关键技术与系统研制”,在约1400个参赛项目中脱颖而出,获2024年全国颠覆性技术创新大赛优胜奖,预计年底开展首例临床试验。

由于神经损伤的不可逆性,目前针对脊髓损伤患者的治疗手段效果有限。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——2023年,瑞士洛桑联邦理工学院 Grégoire Courtine博士团队开展了脑脊接口研究,通过采集、解码脑部信号并对脊髓下肢相关区域进行电刺激,连接大脑和脊髓神经通路,使四肢瘫痪患者实现自主行走,甚至实现了脊髓损伤部位神经突触重塑,让患者在没有刺激的情况下也能自主控制瘫痪肌肉。

如何精准刺激脊髓神经根,对下肢相应肌群进行交替激活,从而重建行走步态,是第一个核心挑战。对此问题,加福民团队使用张江影像中心的3T磁共振成像设备,创新设计了包含多种扫描序列的成像方案,并基于人工标签构建自动化重建算法模型,从而精确捕捉腰骶段脊髓神经根结构特征。相关数据和生成的个体化脊髓神经根模型近期已开源,为神经康复领域专家开展脊髓神经调控基础研究提供支撑。

此外,理想的行走过程需要根据下肢姿态的运动结果对脊髓时空刺激参数进行实时优化调整,这就要求对步态进行实时监测。加福民团队采用红外动捕、肌电、惯性传感器、足底压力垫等多模态技术,构建健康步态以及多种异常步态数据集,建立算法模型,实现跨人群、跨模态、跨类型的连续步态轨迹高性能追踪,为脑脊接口技术奠定基础。

现有脑脊接口解决方案采用多设备植入模式,需要分别在大脑左右侧运动皮层植入两台脑电采集设备、在脊髓植入一台脊髓刺激设备。加福民团队提出“三合一”的系统设计方案,将三台设备集成为一台颅骨植入式微型设备,减小患者术后创口的同时qy千亿体育登录入口,也能实现采集与刺激一体化,对患者自主运动进行闭环调控。这个方案可将解码过程由体外转入体内,提高脑电信号采集稳定性和效率,最终实现百毫秒级别的解码速度和刺激指令输出——正常人的反应时间为二百毫秒左右,这意味在未来,脊髓损伤患者的行走步态将更加自然流畅。

2010年至2020年,作为李路明院士带领的神经调控国家工程研究中心核心成员之一,加福民参与了我国第一代植入式神经调控装备研发与临床转化工作,并在李路明院士指导下研发国际首创的变频脑起搏器,解决帕金森复杂症状调控临床难题。作为亲历者见证我国神经调控事业从“跟踪”、“并行”到“引领”的全过程,加福民深刻体会到了临床需求到科研成果转化的艰辛。

复旦大学类脑智能科学与技术研究院(简称“类脑院”)是国内高校最早成立的脑科学与类脑前沿交叉研究机构之一qy千亿体育登录入口,旨在面向全球重大科技前沿和国家战略,开展脑与类脑基础理论重大原始创新、前沿技术攻关和应用转化。2020年,加福民全职加入类脑院,并在鼓励原创、自由探索、多学科交叉合作的国际化学术环境中持续开展攻关。“复旦在基础医学、人工智能、神经影像方向的深厚底蕴让我受益匪浅。”加福民说。

在导师双选会上,2022级生物医学工程方向博士研究生刘炯晖选择加入加福民团队,成为团队中的第一个学生。“我希望在博士期间做一件对社会有意义的事情,能在这个过程中实现自己的价值。”刘炯晖目前主要负责脊髓神经根的MRI影像重建、个体化建模、神经肌骨模型仿真计算,为患者提供高精度的神经根构建和个性化刺激方案。

从那时起,加福民带着一两个学生默默“鼓捣”脑脊接口,发展到现在,产学研团队已近三十人。他将这些年的研究历程称为“匍匐前进”,“远离外界声音,默默研究,直到看到瘫痪患者重新行走”。加福民在复旦-宝山科创中心和类脑院的大力支持下,积极组建脑脊接口实验室,主要研究方向为脊髓损伤患者的下肢步行功能恢复与重建,并在此基础上探索神经调控技术在多种适应症上的应用潜力。

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备课的时候,我努力回忆着自己的英语老师的语气和身姿,一口气准备了一个单元的内容。等到真正走上讲台,我已经完全没有个人的情绪了。他们是“新鲜的”七年级新生,我是“新鲜的”老师。从他们的眼神中,读出了他们的好奇,因为我是他们身边面孔中为数不多的年轻人。我并没有立刻告诉他们我是哪里来的,而是直接步入教学正题。

第一节课大家听得都很认真,我告诉他们要养成做笔记的习惯,字母要规范写,基础差的同学不用着急,我们慢慢学习。第一次收到作业以后,我发现他们大部分都写得很认真,已经远远超过了我的期待,所以我在上晚自习的时候奖励他们看一集《猫和老鼠》。当然,我要讲里面的英文单词和涉及的句式。我不知道他们最后能记住多少,但只要多一个同学对英语增长了兴趣,那就值得。

其实,晚自习大部分时间都在写作业,或者我来讲课,好像并没有什么“好玩的”事情。但是这么一点点反馈qy千亿体育登录入口,也足以让我感到非常欢欣。他们或者喜欢英语qy千亿体育登录入口,或者喜欢我,无论怎么样,都让我觉得他们在接纳这个“新老师”。在我改作业的时候,只要上一次的作业我留下“非常棒”的批语,那么下一次的作业一定也是非常工整的。我上晚自习时,竟然有同学拿着一本《初中英语必备单词》之类的教辅书来问我一些超纲的单词,这让我喜出望外。我在班里问有没有同学愿意邀请我去家访,下面举起了很多小手,还有声音喊“老师你来,我给你切水果吃”。另外一位支教老师谈到,她前一天还严厉批评了几个调皮的男生,第二天他们见到她还会主动分享自己的零食……

这些生活中的涓滴,都在回应着那个问题。支教老师,到底是来干嘛的?除了教给他们一些日后大概率会忘记的知识,我们还要培养他们的德行,让他们知道什么可为什么不可为。我想,更重要的是,要让他们懂得感念人们之间的温情qy千亿体育登录入口,而不成为一个冷漠的人。一盏灯之所以在漆黑的夜里能够使人消除恐惧,不仅因为它能够照亮前方的路,更是因为当你沿途再无亮光时,回头望去,那盏孤灯温柔地提醒着你,自己曾有过那样的温暖,它以茕茕孑立的身姿不断告诉你,不要怕,不要怕。