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semplicemente impiantando chip di elettrodi nel cervello e nel midollo spinale e costruendo un "bypass nervoso" tra il cervello e il midollo spinale, è possibile per i pazienti paralizzati riprendere il controllo indipendente dei propri muscoli e riacquistare la capacità di stare in piedi e camminare negli arti inferiori. .

il 5 ottobre, un giornalista di the paper (www.thepaper.cn) ha appreso dall'università di fudan che un team di giovani insegnanti del fudan institute of brain-inspired intelligence science and technology e fumin hanno sviluppato una nuova generazione di interfacce cerebrospinali impiantabili per i pazienti con lesioni del midollo spinale attrezzature che danno speranza ai pazienti con lesioni del midollo spinale che possono stare in piedi e camminare. recentemente, il progetto correlato "sviluppo di tecnologie e sistemi chiave per interfacce cervello-spinale impiantabili" si è distinto tra circa 1.400 partecipanti e ha vinto il concorso nazionale per l'innovazione tecnologica dirompente del 2024. la prima sperimentazione clinica dovrebbe essere effettuata entro la fine del anno.

con gli elettrodi minimamente invasivi impiantati, i pazienti paralizzati possono essere in grado di camminare senza intoppi

essendo l'"autostrada dell'informazione" che collega il cervello e il sistema nervoso periferico, se il midollo spinale è danneggiato, le istruzioni dal cervello non possono essere trasmesse ai muscoli e il paziente perde la capacità di muoversi autonomamente. come farelesione del midollo spinaleil ripristino della capacità di movimento dei pazienti paralizzati è sempre stato un grosso problema nella comunità medica.

a causa dell’irreversibilità del danno nervoso, gli attuali trattamenti per i pazienti con lesioni del midollo spinale hanno un’efficacia limitata. fino agli ultimi anni, gli studi hanno confermato che la stimolazione elettrica epidurale del midollo spinale può riattivare l'attività neuromuscolare e promuovere in modo significativo la riabilitazione motoria dopo una lesione del midollo spinale. nel 2023, il team del dr. grégoire courtine dell'ecole polytechnique fédérale de lausanne in svizzera ha condotto una ricerca. sulle interfacce cerebrospinali. decodifica i segnali cerebrali e stimola elettricamente le aree interessate degli arti inferiori del midollo spinale, collegando i percorsi neurali del cervello e del midollo spinale, consentendo ai pazienti con quadriplegia di camminare autonomamente e persino rimodella le sinapsi nelle aree di lesione del midollo spinale. consentire ai pazienti di camminare senza stimolazione capacità di controllare volontariamente i muscoli paralizzati.

sebbene il team svizzero abbia inizialmente verificato la possibilità dell’interfaccia cerebrospinale per ottenere il recupero funzionale nei pazienti con lesioni del midollo spinale, ci sono ancora molte lacune in aspetti come la decodifica del movimento elettrico cerebrale, la ricostruzione personalizzata delle radici dei nervi spinali, l’integrazione del sistema e l’applicazione clinica. in risposta a questi problemi, il team di jiafumin ha effettuato ricerca e sviluppo di una nuova generazione di tecnologia di interfaccia cervello-spinale, che ha le caratteristiche di "alta precisione, elevata produttività, alta integrazione e bassa latenza".

la prima sfida fondamentale è come stimolare con precisione le radici dei nervi spinali e attivare alternativamente i corrispondenti gruppi muscolari degli arti inferiori per ricostruire l'andatura. per risolvere questo problema, il team di jia fumin ha utilizzato l'apparecchiatura di risonanza magnetica 3t dello zhangjiang imaging center per progettare in modo innovativo uno schema di imaging che include più sequenze di scansione e ha costruito un modello di algoritmo di ricostruzione automatizzato basato su etichette artificiali per catturare con precisione la struttura della radice del nervo spinale. della caratteristica del segmento lombosacrale. i dati rilevanti e il modello individualizzato della radice del nervo spinale generato sono stati recentemente resi pubblici, fornendo supporto agli esperti nel campo della riabilitazione neurologica per svolgere ricerche di base sulla neuroregolazione del midollo spinale.

modello 3d della ricostruzione dell'immagine della radice del nervo spinale. le immagini in questo articolo provengono tutte da "università fudan"account ufficiale wechat

inoltre, il processo di deambulazione ideale richiede l’ottimizzazione e la regolazione in tempo reale dei parametri di stimolazione spaziotemporale del midollo spinale in base ai risultati del movimento della postura degli arti inferiori, che richiede il monitoraggio in tempo reale dell’andatura. il team di jiafumin utilizza tecnologie multimodali come l'acquisizione del movimento a infrarossi, l'elettromiografia, i sensori inerziali e i cuscinetti di pressione plantare per costruire vari set di dati sull'andatura sana e sull'andatura anomala e stabilire modelli di algoritmi per ottenere popolazioni incrociate, modalità incrociate e incroci - tipo di tracciamento ad alte prestazioni della traiettoria dell'andatura continua, che getta le basi per la tecnologia dell'interfaccia cervello-spinale.

monitoraggio multimodale in tempo reale della traiettoria dell'andatura

la soluzione esistente di interfaccia cervello-spinale adotta un modello di impianto multi-dispositivo, che richiede l’impianto di due dispositivi di acquisizione eeg nella corteccia motoria sinistra e destra del cervello e di un dispositivo di stimolazione del midollo spinale nel midollo spinale. il team di jiafumin ha proposto un piano di progettazione del sistema "tre in uno", integrando tre dispositivi in ​​un unico microdispositivo impiantabile cranico, che non solo riduce le ferite postoperatorie del paziente, ma consente anche l'integrazione della raccolta e della stimolazione, consentendo al paziente di indipendentemente il movimento è controllato in un circuito chiuso. questa soluzione può trasferire il processo di decodifica dall'esterno del corpo al corpo, migliorare la stabilità e l'efficienza della raccolta del segnale eeg e, infine, raggiungere una velocità di decodifica e un'istruzione di stimolazione in uscita di 100 millisecondi: il tempo di reazione di una persona normale è di circa 200 millisecondi , il che significa che in futuro i pazienti con lesioni del midollo spinale avranno un'andatura più naturale e fluida.

dieci anni trascorsi ad affilare la spada, "strisciando in avanti" di fronte ai problemi del mondo

dal 2010 al 2020, come uno dei membri principali del centro nazionale di ricerca ingegneristica per la neuromodulazione guidato dall'accademico li luming, jia fumin ha partecipato alla ricerca, allo sviluppo e alla trasformazione clinica della prima generazione di apparecchiature di neuromodulazione impiantabili del mio paese e, sotto la guida dell'accademico li luming, ha sviluppato a livello internazionale il primo pacemaker cerebrale a frequenza variabile che risolve il problema clinico del controllo dei complessi sintomi del morbo di parkinson. essendo stato testimone dell'intero processo dell'industria della neuromodulazione del mio paese dal "tracciamento", dal "parallelo" al "leader", jia fumin ha una profonda comprensione delle difficoltà legate alla trasformazione delle esigenze cliniche in risultati della ricerca scientifica.

"nella vita, dovresti scegliere di fare cose difficili e giuste e scrivere la tua tesi sulla madrepatria. profondamente influenzato da questo concetto, jia fumin ha rivolto la sua attenzione al campo della ricerca sull'interfaccia cervello-spinale, che è anche un "mondo". problema", sperando di riportare in primo piano il passato. esperienza applicata ai pazienti con lesione del midollo spinale.

il “rapporto dell’indagine 2023 sulla qualità della vita e sul carico di malattie delle persone con lesioni del midollo spinale in cina” mostra che ci sono 3,74 milioni di pazienti con lesioni del midollo spinale in cina e ogni anno si aggiungono circa 90.000 nuovi pazienti con lesioni del midollo spinale. "se i pazienti paralizzati riuscissero ad alzarsi, sarebbe un passo avanti da 0 a 1." tuttavia, non è facile superare questo grave problema. jia fumin prevede che ci vorranno almeno dieci anni perché la tecnologia dell’interfaccia cervello-spinale passi dalla ricerca di base alla traduzione clinica, ed è pronto per una lunga battaglia.

la professoressa jia fumin

l'istituto di scienza e tecnologia dell'intelligenza ispirata al cervello dell'università fudan (denominato "istituto ispirato al cervello") è uno dei primi istituti di ricerca incrociata sulla scienza del cervello e sulla ricerca all'avanguardia ispirata al cervello istituiti da università nazionali condurre ricerche sul cervello e ispirate al cervello di fronte alle principali frontiere scientifiche e tecnologiche globali e alle strategie nazionali. principali innovazioni originali nelle teorie di base ispirate al cervello, nella ricerca tecnologica all'avanguardia e nella trasformazione delle applicazioni. nel 2020, jia fumin è entrata a far parte del brain institute a tempo pieno e ha continuato a svolgere ricerca in un ambiente accademico internazionale che incoraggia l'originalità, la libera esplorazione e la cooperazione multidisciplinare. “ho tratto molto beneficio dalle profonde basi di fudan nella medicina di base, nell’intelligenza artificiale e nel neuroimaging”, ha affermato jia fumin.

alla riunione di selezione del supervisore, liu jionghui, un dottorando in ingegneria biomedica del 2022, ha scelto di unirsi al team jiafumin ed è diventato il primo studente del team. "spero di fare qualcosa di significativo per la società durante il mio dottorato e di realizzare il mio valore nel processo." liu jionghui è attualmente il principale responsabile della ricostruzione delle immagini mri delle radici dei nervi spinali, della modellazione individualizzata e dei calcoli di simulazione del modello neuromuscoloscheletrico, fornendo ai pazienti risultati elevati. -costruzione precisa delle radici nervose e programmi di stimolazione personalizzati.

liu jionghui, un dottorando 2022 in ingegneria biomedica, si unisce al team di jiafumin

da allora, jia fumin ha tranquillamente "armeggiato" con l'interfaccia cervello-spinale con uno o due studenti. ora, il team di ricerca tra industria e università conta quasi 30 persone. ha definito il suo processo di ricerca nel corso degli anni "strisciare in avanti", "stare lontano dai suoni esterni e studiare in silenzio finché non ha visto pazienti paralizzati camminare di nuovo". con il forte sostegno del centro di innovazione scientifica e tecnologica fudan-baoshan e del brain institute, jia fumin ha creato attivamente un laboratorio di interfaccia cerebrospinale. la direzione principale della ricerca è il recupero e la ricostruzione della funzione di deambulazione degli arti inferiori in pazienti con lesioni del midollo spinale e così via su questa base, esplora il potenziale di applicazione della tecnologia di neuromodulazione in molteplici indicazioni.

negli ultimi quattro anni, il team ha svolto contemporaneamente ricerca di base, sviluppo di software, iterazione di algoritmi, verifica sperimentale e altri lavori. attualmente, ha inizialmente completato l'accumulo di tecnologie chiave per la stimolazione spaziotemporale del midollo spinale e l'interfaccia cervello-spinale. e ha ottenuto la prova di concetto negli animali, soddisfacendo le condizioni necessarie per l'applicazione clinica. si prevede che entro la fine di quest'anno il team coopererà con esperti competenti degli ospedali terziari nazionali per condurre la prima sperimentazione clinica.

nella fase successiva, jiafumin prevede di completare lo sviluppo del prodotto e la trasformazione clinica delle tecnologie chiave per le interfacce cerebrospinali impiantabili. allo stesso tempo, continuiamo a sviluppare una serie di nuovi metodi e tecnologie di neuromodulazione per pazienti con lesioni del midollo spinale, come lo sviluppo di apparecchiature di neuromodulazione indossabili e sistemi di monitoraggio del movimento multimodale per pazienti con sintomi lievi, per alleviare il dolore di le famiglie dei pazienti con lesioni del midollo spinale e le loro famiglie su scala più ampia.

a lungo termine, con la visione di una "tecnologia originale al servizio del mondo", il team di jiafumin spera di istituire un sistema di proprietà intellettuale indipendente per le interfacce cervello-spinale intelligenti attraverso lo sviluppo di tre tipi di dispositivi medici innovativi impiantabili attivi, in modo che 20 milioni di pazienti con lesioni del midollo spinale in tutto il mondo possono trarne benefici.