圣路易斯华盛顿大学揭秘大脑如何控制左腿运动

圣路易斯华盛顿大学揭秘大脑如何控制左腿运动

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2024年5月，美国食品和药物管理局（FDA）批准了一项具有里程碑意义的脑机接口研究，这项由德国CorTec公司与圣路易斯华盛顿大学合作开展的项目，将为中风康复治疗带来革命性的突破。

要理解这项突破性研究的意义，我们首先需要了解大脑是如何控制肢体运动的。根据神经科学的基本原理，大脑通过神经通路实现对侧身体的精细控制，例如右脑控制左侧肢体，而左脑则控制右侧肢体。大脑皮层中负责躯体运动的重要区域是中央前回，其中的神经元通过锥体系直接调控肌肉活动。

CorTec公司研发的Brain Interchange System（BIS）系统由植入电极AirRay、外部无线通信设备以及带软件接口的外部计算机组成。其中，AirRay电极采用超短脉冲激光微加工技术，能够制作出最小25µm的电极丝，约为发丝截面尺寸的一半。这种设计不仅减少了对周围神经组织的机械损伤，还提高了神经元活动的记录精度。

更值得一提的是，CorTec的电极设计具有高度的灵活性和定制化能力。通过改变硅胶、派瑞林涂层或金属层厚度，可以生产出不同硬度的电极，并根据临床需求定制各种形状，以满足中枢神经系统、周围神经系统等不同应用场景的需求。

在圣路易斯华盛顿大学医学院神经外科教授Jeffrey G. Ojemann和加州大学洛杉矶分校脑卒中神经病学家Steven C. Cramer的领导下，研究团队正在开发一种基于大脑可塑性的创新康复疗法。该疗法通过精准电刺激与大脑神经振荡的同步，特别是与β节律（13～30Hz）的同步，来触发大脑可塑性的重构。

具体而言，Brain Interchange One系统分为内部单元和外部单元。内部单元包括植入电极和配套电子设备，用于放大、过滤和数字化脑电信号并提供电刺激；外部单元则包括无线磁吸供电设备、无线通讯设备以及计算机。这种设计不仅简化了手术操作流程，而且确保电极即使在重复使用条件下，也能保持功能的完整性。

据统计，全球脑卒中患者人数、死亡或残疾人数在过去30年间几乎翻了一番。如果不采取紧急措施，到2050年，全球死于脑卒中的人数预计将增加50%，达到每年970万人。更令人担忧的是，在接受标准护理和康复治疗后，约50%的患者仍会遭受严重影响生活质量的后遗症。

这项创新疗法的出现，为中风康复治疗带来了新的希望。通过重新连接大脑皮质的神经网络来补偿并复原缺失的功能，例如恢复卒中患者的手部能力等，有望显著改善患者的康复效果和生活质量。

此外，这项研究还为脑-计算机接口(BCI)控制机械肢体带来了新的可能性。未来，这种技术不仅可以应用于医疗领域，还有望在残疾人辅助、虚拟现实交互等领域发挥重要作用。

圣路易斯华盛顿大学与CorTec公司的这项合作研究，不仅展示了脑机接口技术在疾病治疗领域的巨大潜力，更为中风康复治疗带来了革命性的突破。随着研究的深入和临床应用的推广，我们有理由相信，这项技术将为更多患者带来希望和改变。