研究人员首次恢复四肢瘫痪患者的感觉和持久运动

　　利用大脑植入物、人工智能和新型刺激技术，研究人员完成了第一次“双神经旁路”手术。

　　

在一项史无前例的临床试验中，诺斯韦尔健康公司范斯坦医学研究所的生物电子医学研究人员、工程师和外科医生成功地将微芯片植入一名瘫痪患者的大脑，并开发出人工智能(AI)算法，将他的大脑与身体和脊髓重新连接起来。

这种双神经旁路形成了一座电子桥，使信息再次在瘫痪的身体和大脑之间流动，从而恢复了手的运动和感觉，在实验室之外，他的手臂和手腕也得到了持久的恢复。研究小组于3月9日在北岸大学医院(NSUH)进行了15个小时的开颅手术，四个月后公布了试验参与者的突破性进展。

范斯坦研究所生物电子医学研究所教授、诺斯韦尔健康公司高级工程副总裁Chad Bouton说:“这是第一次将瘫痪的人的大脑、身体和脊髓通过电子连接在一起，以恢复持久的运动和感觉。当研究参与者想要移动他的手臂或手时，我们会给他的脊髓‘增压’，刺激他的大脑和肌肉，帮助重建连接，提供感官反馈，促进恢复。这种思想驱动的疗法改变了游戏规则。我们的目标是有一天利用这项技术，让瘫痪患者能够过上更充实、更独立的生活。”

45岁的基思·托马斯(Keith Thomas)胸部以下瘫痪，他是第一个使用这项技术的人。在疫情最严重的2020年7月18日，一次潜水事故导致托马斯先生脊柱C4和C5椎体受伤，胸部以下无法移动和感知。

“有一段时间，我甚至不知道我是否会活下去，或者坦率地说，我是否想活下去。现在，我能感觉到有人牵着我的手。这是压倒性的，”托马斯先生说。

全世界有超过1亿人患有某种形式的运动障碍或瘫痪。这项临床试验旨在恢复持久的身体运动——在研究实验室之外——并重建触觉。

范斯坦研究所的研究人员和临床医生，包括博士Santosh Chandrasekaran和医学博士、诺斯韦尔健康中心(Northwell Health)物理医学和康复主任Adam Stein，花了几个月的时间用功能性核磁共振成像绘制托马斯的大脑图谱，以帮助确定负责手臂运动和手部触觉的区域。

有了这些信息，外科医生在NSUH进行了15个小时的手术，在此期间，研究参与者保持清醒，并向外科医生提供实时反馈。当他们探测他大脑表面的部分区域时，托马斯会告诉他们他双手的感觉。

“因为我们有基思的图像，他在部分手术过程中与我们交谈，我们知道大脑植入物的确切位置，”范斯坦研究所生物电子医学研究所教授、诺斯韦尔人脑测绘实验室主任、进行大脑植入的外科医生Ashesh Mehta医学博士说。“我们在负责运动的区域植入了两块芯片，在负责手指触摸和感觉的大脑区域植入了另外三块芯片。”

回到实验室后，托马斯通过头部突出的两个端口连接到一台电脑上，该电脑使用人工智能来阅读、解读并将他的想法转化为行动，这被称为思想驱动疗法，也是双神经旁路疗法的基础。

旁路手术从托马斯的意图开始(比如，他想握紧自己的手)，从他的大脑植入物向电脑发送电子信号。然后，计算机将信号发送到高度灵活、非侵入性的电极贴片，这些贴片被放置在他的脊柱和前臂的手部肌肉上，以刺激和促进功能和恢复。

他的指尖和手掌上的微型传感器将触摸和压力信息发送回大脑的感觉区域，以恢复感觉。这种双臂电子桥形成了新的双神经旁路，旨在恢复运动和触觉。在实验室里，托马斯先生现在可以随心所欲地移动他的手臂，当他姐姐握住他的手时，他可以感受到她的触摸。这是事故发生三年来他第一次有任何感觉。

值得注意的是，研究人员说，由于采用了这种新方法，托马斯的伤势已经开始出现一些自然恢复，可能会彻底扭转一些损伤。自从参加这项研究以来，他的手臂力量增加了一倍多，即使在系统关闭的情况下，他也开始在前臂和手腕上体验到新的感觉。

Bouton教授之前的研究，以及后来其他研究小组的研究，都是通过单一的神经旁路来帮助人们用思想重新移动瘫痪的肢体。

在这种情况下，医生在大脑中植入一个或多个微芯片，完全绕过脊髓损伤，并使用刺激器激活目标肌肉。然而，这种方法仅在参与者连接到计算机时有效，通常只能在实验室中使用，并且不能恢复实际肢体的运动和感觉，而只能促进长期自然恢复的可塑性。

希望是大脑、身体和脊髓将重新学习如何沟通，并且由于双神经搭桥，新的通路将在受伤部位形成，类似于肾脏如何再生以克服创伤或疾病。

范士丹研究所总裁兼首席执行官、卡奇家族医学研究杰出主席Kevin J. Tracey医学博士说:“数以百万计的人生活在瘫痪和感觉丧失之中，改善他们状况的选择有限。Bouton教授和他的团队致力于推进新的生物电子技术，并为恢复运动和感觉开辟新的临床途径。”