焦点快播：瘫痪男子站起来行走，还能爬楼，原来大脑中植入了信号传递装置

荷兰一名瘫痪男子通过思维控制得以行走，这得益于电子脑植入物，他称这是一项改变了他生活的医学突破。

【资料图】

植入物关闭时也能借助拐杖行走

英国广播公司（BBC）25日报道，40岁的荷兰人格特-詹·奥斯坎，12年前因一起事故瘫痪。通过大脑和脊柱上的植入物，他将思维无线传输到他的腿和脚上。这个系统仍处于实验阶段，但英国一家领先的脊髓慈善机构称其“非常令人鼓舞”。

奥斯坎先生说：“我感觉像一个学步的婴儿，重新学会走路。”他现在也可以站立和爬楼梯。他说：“这是一段漫长的旅程，现在我可以站起来和我的朋友喝啤酒了。这是很多人不能体会的愉悦。”

在24日发表在《自然》杂志上的一项研究中，瑞士的研究人员描述了植入物具体信息。它为奥斯坎先生的大脑和脊髓之间提供了一个“数字桥梁”，绕过受伤的部分。他们开发了一种算法，将这些信号转化为控制腿部和足部肌肉运动的指令，并通过脊柱的植入物将这些指令插入奥斯坎的脊髓，布洛克教授将其精细地连接到与行走相关的神经末梢。

（奥斯坎头上的传感器传送他的大脑信号。）

这一发现使得奥斯坎能够站立、行走和爬上陡坡。在植入物插入一年多之后，他保持了这些能力，甚至在植入物关闭时，他也表现出了神经恢复的迹象，使用拐杖行走。

该项目负责人、洛桑联邦理工学院的格雷瓦尔·库尔廷表示，他的行动虽然缓慢但流畅。他说：“看到他如此自然地行走，令人动容。这是之前不可想象的转变。”

颅骨两侧切孔植入设备

卢桑娜大学的神经外科医生乔斯琳·布洛克，是为奥斯坎进行手术的人，她强调该系统仍处于基础研究阶段，离瘫痪患者能够使用还有多年时间。她说，团队的目标是尽快将其从实验室推向临床应用。她表示：“对我们来说，重要的不仅仅是进行科学试验，而是最终让更多的脊髓损伤患者获得更多机会，这些患者已经习惯于接受自己永远无法再动的事实。”她补充说：“对我来说，这起初确实像科幻小说，但今天已经成为现实。” 

（两处植入物传递信号示意图。）

手术在2021年7月进行，为恢复奥斯坎的行动能力，布洛克在他的颅骨两侧各切开两个直径为5厘米的圆孔，位于脑部控制运动的区域上方。然后，她插入了两个圆盘状的植入物，这些植入物通过无线方式将奥斯坎的大脑信号传输到连接在头盔上的两个传感器上。

奥斯坎在这次手术之前已经接受过刺激训练，并且甚至恢复了一些行走能力，但最终他的进展停滞不前。在新闻发布会上，奥斯坎表示，这些刺激技术让他感觉到运动中有些陌生，他的思想和身体之间有一种外来的距离感。 他说：“以前的刺激是控制着我，而现在是我在控制刺激。”

先进的刺激程序能让瘫痪者当天会游泳骑车

这种脑植入物是基于库尔廷教授先前的工作，当时只使用了脊髓植入物来恢复运动。脊髓植入物放大了从大脑到受损脊柱部位的微弱信号，并通过计算机预设的信号进一步增强。

近几十年来，治疗脊髓损伤方面技术上取得了许多进展。2016年，一组由库尔廷领导的科学家恢复了瘫痪的猴子的行走能力，另一组科学家帮助一名男子重新控制了他瘫痪的手。2018年，由库尔廷领导的另一组科学家设计了一种通过电脉冲发生器刺激大脑的方法，使部分瘫痪的人能够再次行走和骑自行车。去年，更先进的脑刺激程序使瘫痪患者在治疗的当天就能够游泳、行走和骑自行车。

（奥斯坎移动双腿的意图，被一个计算机程序翻译成了腿部肌肉的指令。）

在这项新研究中，研究人员称之为“脑—脊髓接口”的技术利用了人工智能思想解码器，来读取奥斯坎的想法，这些想法可在他的大脑中以电信号形式检测到，并将其与肌肉运动相匹配。从思想到意图到行动的自然运动过程得以保留。正如库尔廷所描述的那样，唯一的增加就是跨越受伤脊髓部分的数字桥梁。

纽卡斯尔大学的神经科学家安德鲁·杰克逊没有参与该研究，他说：“这引发了有关自主权和指令来源的有趣问题。你继续模糊了大脑和技术之间的哲学界限。”杰克逊补充说，该领域的科学家们几十年来一直在理论上探讨将大脑与脊髓刺激器连接起来，但这是他们首次在人类患者身上取得如此成功。“说起来容易，做起来更难。”他说。

大脑控制不同部位有规律，用上机器学习程序

为了实现这个结果，研究人员首先在奥斯坎的头骨和脊髓中植入电极。然后，该团队使用机器学习程序观察他在试图移动身体不同部位时大脑的哪些部分发光。这个思想解码器能够将特定电极的活动与特定意图相匹配：一种配置在奥斯坎试图移动脚踝时发光，另一种配置在他试图移动髋部时发光。

然后，研究人员使用另一个算法将脑植入物与脊髓植入物连接起来，后者被设置为向他身体的不同部位发送电信号，引发运动。该算法能够考虑到每个肌肉收缩和放松的方向和速度的微小变化。由于大脑和脊髓之间的信号每300毫秒发送一次，奥斯坎可以根据有效和无效的策略迅速调整。在第一次治疗会话中，他就能扭动髋部肌肉。

（曾经无法行走的奥斯坎与其他患者。）

在接下来的几个月里，研究人员对脑—脊髓接口进行了微调，以更好地适应基本的行走和站立动作。奥斯坎获得了一种看起来相对健康的步态，并能够相对轻松地走过阶梯和斜坡，即使数月未接受治疗也是如此。此外，在接受治疗一年后，他开始注意到自己的运动在没有脑—脊髓接口的帮助下明显改善。研究人员记录了他在承重、平衡和行走测试中的这些改善。

研究人员承认他们的工作存在一些限制。大脑中的微小意图很难区分，虽然目前的脑—脊髓接口适用于行走，但恢复上半身的运动可能就不太适用。这种治疗方法也是要动刀子的，需要多次手术和数小时的物理治疗。目前的系统并不能修复所有的脊髓瘫痪。

但该团队对进一步的进展充满希望，使这种治疗方法更易获得并更系统地有效。“这是我们真正的目标。”库尔廷说，“使这项技术在全球范围内为所有需要的患者提供。”

（通讯员希澈）

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