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en implantant simplement des puces d'électrodes dans le cerveau et la moelle épinière et en créant un « pontage nerveux » entre le cerveau et la moelle épinière, il est possible pour les patients paralysés de reprendre le contrôle indépendant de leurs muscles et de retrouver la capacité de se tenir debout et de marcher dans leurs membres inférieurs. .

le 5 octobre, un journaliste de the paper (www.thepaper.cn) a appris de l'université de fudan qu'une équipe de jeunes enseignants de l'institut fudan des sciences et technologies de l'intelligence inspirée du cerveau et de fumin avait développé une nouvelle génération d'interfaces céphalo-rachidiennes implantables pour les patients. atteints de lésions médullaires un équipement qui apporte de l’espoir aux patients atteints de lésions médullaires qui peuvent se tenir debout et marcher. récemment, le projet connexe « développement de technologies et de systèmes clés pour des interfaces cerveau-spinale implantables » s'est démarqué parmi environ 1 400 candidatures et a remporté le concours national d'innovation technologique de rupture 2024. le premier essai clinique devrait être réalisé d'ici la fin du concours. année.

grâce à l'implantation d'électrodes mini-invasives, les patients paralysés peuvent marcher en douceur

en tant qu'« autoroute de l'information » reliant le cerveau et le système nerveux périphérique, si la moelle épinière est endommagée, les instructions du cerveau ne peuvent pas être transmises aux muscles et le patient perd la capacité de se déplacer de manière autonome. comment fairelésion de la moelle épinièrerestaurer la capacité de mouvement des patients paralysés a toujours été un problème majeur dans la communauté médicale.

en raison du caractère irréversible des lésions nerveuses, les traitements actuels destinés aux patients atteints de lésions médullaires ont une efficacité limitée. jusqu'à ces dernières années, des études confirmaient que la stimulation électrique péridurale de la moelle épinière pouvait réactiver l'activité neuromusculaire et favoriser de manière significative la rééducation motrice après une lésion médullaire. en 2023, l'équipe du dr grégoire courtine de l'ecole polytechnique fédérale de lausanne en suisse a mené des recherches. sur les interfaces céphalo-rachidiennes. il décode les signaux cérébraux et stimule électriquement les zones concernées des membres inférieurs de la moelle épinière, reliant les voies neuronales du cerveau et de la moelle épinière, permettant aux patients tétraplégiques de marcher de manière autonome, et remodèle même les synapses dans les zones lésées de la moelle épinière, permettant aux patients de marcher sans stimulation. capacité à contrôler volontairement les muscles paralysés.

bien que l'équipe suisse ait initialement vérifié la possibilité de l'interface céphalo-rachidienne pour obtenir une récupération fonctionnelle chez les patients souffrant de lésions de la moelle épinière, il existe encore de nombreuses lacunes dans des aspects tels que le décodage des mouvements électriques du cerveau, la reconstruction personnalisée des racines nerveuses spinales, l'intégration du système et l'application clinique. en réponse à ces problèmes, l'équipe de jiafumin a mené la recherche et le développement d'une nouvelle génération de technologie d'interface cerveau-spinale, qui présente les caractéristiques de « haute précision, haut débit, haute intégration et faible latence ».

comment stimuler avec précision les racines nerveuses de la colonne vertébrale et activer alternativement les groupes musculaires correspondants des membres inférieurs pour reconstruire la démarche de marche est le premier défi majeur. pour résoudre ce problème, l'équipe de jia fumin a utilisé l'équipement d'imagerie par résonance magnétique 3t du centre d'imagerie de zhangjiang pour concevoir de manière innovante un schéma d'imagerie comprenant plusieurs séquences de numérisation, et a construit un modèle d'algorithme de reconstruction automatisé basé sur des étiquettes artificielles pour capturer avec précision la structure de la racine du nerf spinal. de la caractéristique du segment lombo-sacré. les données pertinentes et le modèle individualisé généré de racine nerveuse spinale ont récemment été open source, fournissant un soutien aux experts dans le domaine de la réadaptation neurologique pour mener des recherches fondamentales sur la neurorégulation de la moelle épinière.

modèle 3d de reconstruction d’image de racine nerveuse spinale. les images de cet article proviennent toutes de "université fudan"compte officiel wechat

de plus, le processus de marche idéal nécessite une optimisation et un ajustement en temps réel des paramètres de stimulation spatio-temporelle de la moelle épinière en fonction des résultats de mouvement de la posture des membres inférieurs, ce qui nécessite une surveillance en temps réel de la démarche. l'équipe jiafumin utilise des technologies multimodales telles que la capture de mouvement infrarouge, l'électromyographie, les capteurs inertiels et les coussinets de pression plantaire pour créer une démarche saine et divers ensembles de données sur la démarche anormale, et établir des modèles d'algorithmes pour atteindre des populations croisées, des modalités croisées et des interactions croisées. - type de suivi haute performance de la trajectoire de marche continue, jetant les bases de la technologie d'interface cerveau-spinale.

surveillance multimodale en temps réel de la trajectoire de la marche

la solution d'interface cerveau-spinale existante adopte un modèle d'implantation multi-dispositifs, qui nécessite l'implantation de deux dispositifs d'acquisition eeg dans le cortex moteur gauche et droit du cerveau et d'un dispositif de stimulation de la moelle épinière dans la moelle épinière. l'équipe de jiafumin a proposé un plan de conception de système « trois en un », intégrant trois dispositifs dans un micro-dispositif crânien implantable, ce qui non seulement réduit les plaies postopératoires du patient, mais permet également l'intégration de la collecte et de la stimulation, permettant au patient de indépendamment le mouvement est contrôlé en boucle fermée. cette solution peut transférer le processus de décodage de l'extérieur du corps vers le corps, améliorer la stabilité et l'efficacité de la collecte des signaux eeg et finalement atteindre une vitesse de décodage et une sortie d'instruction de stimulation de 100 millisecondes - le temps de réaction d'une personne normale est d'environ 200 millisecondes. , ce qui signifie qu'à l'avenir, les patients souffrant de lésions médullaires auront une démarche de marche plus naturelle et plus douce.

dix ans à aiguiser l'épée, à « avancer en rampant » face aux problèmes du monde

de 2010 à 2020, en tant que l'un des membres principaux du centre national de recherche en ingénierie pour la neuromodulation dirigé par l'académicien li luming, jia fumin a participé à la recherche, au développement et à la transformation clinique de la première génération d'équipements de neuromodulation implantables de chine, et sous la direction de l'académicien li luming, il a développé le premier stimulateur cardiaque cérébral à fréquence variable qui résout le problème clinique du contrôle des symptômes complexes de la maladie de parkinson. en tant que témoin de l'ensemble du processus de l'industrie de la neuromodulation de mon pays, du « suivi », de la « mise en parallèle » au « leadership », jia fumin a une profonde compréhension des difficultés liées à la transformation des besoins cliniques en résultats de recherche scientifique.

"dans la vie, vous devriez choisir de faire des choses difficiles et justes, et rédiger votre thèse sur la patrie." profondément influencé par ce concept, jia fumin a tourné son attention vers le domaine de la recherche sur l'interface cerveau-spinale, qui est aussi un "monde". problème", dans l'espoir de remettre le passé au premier plan. expérience appliquée aux patients atteints de lésions médullaires.

le « rapport d'enquête 2023 sur la qualité de vie et la charge de morbidité des personnes atteintes de lésions médullaires en chine » montre qu'il y a 3,74 millions de patients souffrant de lésions médullaires en chine, et qu'environ 90 000 nouveaux patients souffrant de lésions médullaires s'ajoutent chaque année. "si les patients paralysés peuvent se lever, ce sera un passage de 0 à 1. cependant, il n'est pas facile de résoudre ce problème majeur." jia fumin prédit qu'il faudra au moins dix ans pour que la technologie de l'interface cerveau-spinale passe de la recherche fondamentale à l'application clinique, et il est prêt pour une bataille prolongée.

professeur jia fumin

l'institut universitaire de fudan des sciences et technologies de l'intelligence inspirée du cerveau (appelé « institut inspiré du cerveau ») est l'une des premières institutions de recherche croisée sur la science du cerveau et la recherche de pointe inspirée par le cerveau créée par les universités nationales. mener des recherches sur le cerveau et inspirées du cerveau face aux principales frontières scientifiques et technologiques mondiales et aux stratégies nationales. innovations majeures originales dans les théories fondamentales inspirées du cerveau, la recherche technologique de pointe et la transformation des applications. en 2020, jia fumin a rejoint le brain institute à temps plein et a continué à mener des recherches dans un environnement académique international qui encourage l'originalité, la libre exploration et la coopération multidisciplinaire. « j’ai beaucoup bénéficié des connaissances approfondies de fudan en médecine fondamentale, en intelligence artificielle et en neuroimagerie », a déclaré jia fumin.

lors de la réunion de sélection des superviseurs, liu jionghui, doctorant 2022 en génie biomédical, a choisi de rejoindre l'équipe jiafumin et est devenu le premier étudiant de l'équipe. "j'espère faire quelque chose de significatif pour la société pendant mon doctorat et réaliser ma propre valeur dans le processus." liu jionghui est actuellement principalement responsable de la reconstruction des images irm des racines nerveuses spinales, de la modélisation individualisée et des calculs de simulation de modèles neuromusculo-squelettiques, offrant ainsi aux patients une expérience élevée. -construction de racines nerveuses de précision et programmes de stimulation personnalisés.

liu jionghui, doctorante 2022 en génie biomédical, rejoint l'équipe jiafumin

depuis, jia fumin a discrètement « bricolé » l'interface cerveau-spinale avec un ou deux étudiants. aujourd'hui, l'équipe industrie-université-recherche compte près de 30 personnes. il a qualifié son processus de recherche au fil des années de « progressant », « en restant à l'écart des bruits extérieurs et en étudiant en silence jusqu'à ce qu'il voie des patients paralysés marcher à nouveau ». avec le fort soutien du centre d'innovation scientifique et technologique fudan-baoshan et du brain institute, jia fumin a activement créé un laboratoire d'interface céphalorachidienne. la principale direction de recherche est la récupération et la reconstruction de la fonction de marche des membres inférieurs chez les patients atteints de lésions de la moelle épinière. sur cette base, il explore la technologie de la neuromodulation et son potentiel d'application dans de multiples indications.

au cours des quatre dernières années, l'équipe a mené simultanément des recherches fondamentales, le développement de logiciels, l'itération d'algorithmes, la vérification expérimentale et d'autres travaux. à l'heure actuelle, elle a initialement achevé l'accumulation de technologies clés pour la stimulation spatio-temporelle de la moelle épinière et l'interface cerveau-spinale. et a obtenu une preuve de concept chez l'animal, répondant aux conditions nécessaires à une application clinique. il est prévu que d'ici la fin de cette année, l'équipe coopère avec les experts concernés des hôpitaux tertiaires nationaux pour mener le premier essai clinique.

dans la prochaine étape, jiafumin prévoit d'achever le développement de produits et la transformation clinique de technologies clés pour les interfaces céphalo-rachidiennes implantables. parallèlement, nous continuons à développer une série de nouvelles méthodes et technologies de neuromodulation pour les patients souffrant de lésions médullaires, telles que le développement d'équipements de neuromodulation portables et de systèmes de surveillance de mouvement multimodaux pour les patients présentant des symptômes légers, afin de soulager la douleur de les familles des patients atteints de lésions médullaires et leurs familles à une plus grande échelle.

à plus long terme, avec la vision d'une « technologie originale au service du monde », l'équipe de jiafumin espère établir un système de propriété intellectuelle indépendant pour les interfaces intelligentes cerveau-rachidien grâce au développement de trois types de dispositifs médicaux innovants implantables actifs, de sorte que 20 des millions de patients atteints de lésions médullaires dans le monde peuvent en bénéficier.