最近，卧床多年的病人韩笑又能走路了！通过参加宣武医院的“再次行走计划”，经过半年系统的脑机接口康复训练，她终于能够借助助行架独自行走。
6年前，韩笑在山上放羊时，不小心掉进了一个9米深的洞里，导致“脊髓完全损伤”。他的下肢完全没有运动和感觉，生活不能自理。他一度对生活失去信心。虽然在基层医院已经开展了传统的康复训练，但是仍然不能主动锻炼双腿，站立只能在帮助下勉强完成。期间，她意外参加了宣武医院的“复走计划”。经过半年系统的脑机接口康复训练，她已经可以在戴牙套和使用助行器的情况下独自行走。
人脑可以产生运动意图，以电信号的形式输出到四肢，也可以接收来自身体的感觉信息输入。大脑活动，如打球、计算和聊天，高度依赖于输入和输出之间的相互作用。一旦信息传递功能受损，指令向下输出和感觉信息向上输入中断，就会造成严重的功能丧失，极大地影响生活质量。然而，不同程度的神经损伤有不同的预后。如果损伤发生在大脑皮层，缺失的功能可以通过“康复训练”指导下的“脑功能重组”来修复。然而，韩笑的损伤发生在脊髓水平，是脊髓损伤中最严重的“完全性脊髓损伤”。
(资料图片仅供参考)
脑机接口
"完全性脊髓损伤在神经外科临床中很常见."宣武医院院长赵国光说，“由于脊髓损伤严重，这些患者的大脑根本无法接受低于损伤水平的感觉输入，同时也无法向肌肉发送运动指令。这种损伤通过传统的手术手段或康复医学手段无法有效恢复损伤平面以下的功能。因此，在韩笑的早期治疗中，一般的治疗方法更注重“利用功能部位的主动代偿”，而忽略了损伤平面下的“主动康复训练”。
近年来，随着神经科学的发展，“脊髓完全损伤”对红豆博客有了新的认识。所谓“脊髓完全损伤”，可能并不是脊髓的完全物理性断开，而是部分神经纤维仍可能“偶联”。
那么，如何让这些“残存的神经纤维”重新发挥作用呢？“脑机接口技术是在大脑和外部设备之间建立的直接连接。通过脑-机接口技术，我们可以提取大脑神经电活动的信号，并与外部设备建立信息反馈和交互。以此为基础的脑机接口康复训练系统也是重获行走计划的核心。”赵国光说。
脑-机接口康复训练
脑机接口康复训练可以调动感觉、运动等大脑区域协同工作。将运动和感觉任务科学地应用于大脑皮层和肢体，可以刺激中枢和效应器产生电信号，通过脑机接口在大脑和肢体之间建立人工辅助传导通道，使它们之间被阻断的信息交换得以继续，从而激活脊髓中残存的神经纤维，激发它们的“残存潜在能力”，起到功能上的代偿作用，部分恢复脊髓对运动和感觉信息的传导功能。脑机接口康复训练还可以促进受损脑网络的改善和白质的恢复。配合机器人辅助技术、天体轨道减重步行训练、传统运动疗法等康复技术，可以显著提高康复效果和进度。
国际上近年来的研究和宣武医院最近的实验表明，BCI对于完全性脊髓损伤有很大的潜力，是常规康复方法无法改善的。对于不完全脊髓损伤等脑损伤，脑机接口康复训练也显示出明显的优势。
侵入式脑机接口
国际脑机接口有很多种。对于采集“脑电信号”的脑机接口，大致可以分为有创脑机接口(颅内植入电极)和无创脑机接口(头皮电极)。脑机接口(Brain-computer interface，BCI)信噪比高，信号清晰，但其电极覆盖范围相对较小，更适合衍生上肢精细动作的控制。而使用头皮脑电的无创脑机接口可以采集各个脑区的脑电信号，应用范围广。缺点是信号噪声较大，需要复杂的算法进行分析，比较适合粗运动检测。
宣武医院的“再次行走计划”是一个跨学科、多专业的合作项目。在神经外科、神经病学、神经电生理、神经康复、神经影像、生物医学工程、计算机、认知科学等学科的配合下，神经修复理论、神经电生理评估、脑机接口设备的构建与操作、信号分析与反馈等问题。并设计了完整的评估体系，对完全性脊髓损伤患者进行了临床探索。
无创脑机接口
在之前的研究中，患者的运动和感觉功能得到了明显的改善，他们的“行走”能力也得到了不同程度的恢复。同时，我们也期待未来在脑机接口技术的帮助下，帮助更多的患者恢复运动、感觉和认知能力。
“像小韩这样的患者，下肢运动功能已经受损。因此，这种节段性脊髓损伤更适合使用无创脑机接口来恢复下肢粗大运动功能。”赵国光说。
此外，与有创脑机接口相比，无创脑机接口具有受众更广、成本低、无感染风险等优势。这种脑机接口可能更适合临床康复。
“一整套用于恢复行走计划的脑机接口技术，可以帮助大范围的患者恢复行走功能。研究往往会选取一个相对纯粹、看似不可能的对象进行研究，可以证明确实是脑机接口促进了脊髓功能的恢复。我们计划在未来帮助更多的患者逐渐康复。”赵国光说:“宣武医院的神经外科也在研发各种有创闭环脑机接口，比如结合丘脑的电信号和电磁刺激来调节帕金森病、癫痫等功能性脑疾病。”
热点解读
问:科幻电影里经常有“黑科技”。比如电影《黑客帝国》中的脑机接口，完全将人脑活动“复制”到系统中。这在现实中可能吗？
赵国光:现实中，现阶段成熟的脑机接口只能解码和反馈红豆博客在额叶运动区的主观运动意图。而人脑中的各种复杂想法，如逻辑思维、抽象推理、物体识别、记忆提取等神经活动，目前还无法用脑机接口技术解码，因此无法随意控制。
基于以上原因，采用脑机接口(brain-computer interface，BCI)技术修复受损的神经回路，恢复患者的运动功能，而不是在重新行走的计划中直接使用外部通路作为控制。从这个角度来说，体现了我们“技术来源于临床需求”的特色思维。
