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simplesmente implantando chips de eletrodos no cérebro e na medula espinhal e construindo um “desvio nervoso” entre o cérebro e a medula espinhal, é possível que pacientes paralisados ​​recuperem o controle independente de seus músculos e recuperem a capacidade de ficar em pé e andar em seus membros inferiores. .

em 5 de outubro, um repórter do the paper (www.thepaper.cn) soube da universidade fudan que uma equipe de jovens professores do instituto fudan de ciência e tecnologia de inteligência inspirada no cérebro e fumin desenvolveu uma nova geração de interface cerebrospinal implantável para pacientes com lesões na medula espinhal equipamento que traz esperança aos pacientes com lesões na medula espinhal que conseguem ficar de pé e andar. recentemente, o projeto relacionado "desenvolvimento de tecnologias e sistemas-chave para interfaces cérebro-espinhal implantáveis" se destacou entre cerca de 1.400 inscrições e venceu o concurso nacional de inovação em tecnologia disruptiva de 2024. o primeiro ensaio clínico deverá ser realizado até o final do ano. ano.

com eletrodos minimamente invasivos implantados, pacientes paralisados ​​podem andar suavemente

sendo a "rodovia da informação" que conecta o cérebro e o sistema nervoso periférico, se a medula espinhal estiver danificada, as instruções do cérebro não podem ser transmitidas aos músculos e o paciente perde a capacidade de se mover de forma independente. como fazerlesão medularrestaurar a capacidade de movimento de pacientes paralisados ​​sempre foi um grande problema na comunidade médica.

devido à irreversibilidade dos danos nos nervos, os tratamentos atuais para pacientes com lesão medular têm eficácia limitada. até anos recentes, estudos confirmaram que a estimulação elétrica epidural da medula espinhal pode reativar a atividade neuromuscular e promover significativamente a reabilitação motora após lesão medular. em 2023, a equipe do dr. grégoire courtine da ecole polytechnique fédérale de lausanne, na suíça, conduziu uma pesquisa. nas interfaces cerebrospinais. ele decodifica sinais cerebrais e estimula eletricamente as áreas relevantes dos membros inferiores da medula espinhal, conectando as vias neurais do cérebro e da medula espinhal, permitindo que pacientes com tetraplegia caminhem de forma autônoma e até remodelam sinapses em áreas de lesão da medula espinhal, permitindo que os pacientes andem sem estimulação. capacidade de controlar voluntariamente os músculos paralisados.

embora a equipe suíça tenha verificado inicialmente a possibilidade da interface cerebrospinal para alcançar a recuperação funcional em pacientes com lesão medular, ainda existem muitas deficiências em aspectos como decodificação do movimento elétrico do cérebro, reconstrução personalizada das raízes nervosas espinhais, integração de sistemas e aplicação clínica. em resposta a esses problemas, a equipe de jiafumin realizou pesquisa e desenvolvimento de uma nova geração de tecnologia de interface cérebro-espinhal, que possui as características de "alta precisão, alto rendimento, alta integração e baixa latência".

como estimular com precisão as raízes nervosas espinhais e ativar alternadamente os grupos musculares correspondentes dos membros inferiores para reconstruir a marcha é o primeiro desafio central. para resolver esse problema, a equipe de jia fumin usou o equipamento de ressonância magnética 3t do zhangjiang imaging center para projetar de forma inovadora um esquema de imagem que inclui múltiplas sequências de varredura e construiu um modelo de algoritmo de reconstrução automatizado baseado em rótulos artificiais para capturar com precisão a estrutura da raiz do nervo espinhal do segmento lombossacral. dados relevantes e o modelo individualizado de raiz nervosa espinhal gerado foram recentemente disponibilizados em código aberto, fornecendo suporte para especialistas na área de reabilitação neurológica realizarem pesquisas básicas sobre neurorregulação da medula espinhal.

modelo 3d de reconstrução de imagem de raiz nervosa espinhal. as fotos neste artigo são todas de "universidade fudan"conta oficial do wechat

além disso, o processo de caminhada ideal requer otimização e ajuste em tempo real dos parâmetros de estimulação espaço-temporal da medula espinhal com base nos resultados do movimento da postura dos membros inferiores, o que requer monitoramento da marcha em tempo real. a equipe jiafumin usa tecnologias multimodais, como captura de movimento infravermelho, eletromiografia, sensores inerciais e almofadas de pressão plantar para construir uma marcha saudável e vários conjuntos de dados de marcha anormal, e estabelecer modelos de algoritmos para alcançar população cruzada, modalidade cruzada e cruzamento - tipo de rastreamento de alto desempenho de trajetória de marcha contínua, estabelecendo as bases para a tecnologia de interface cérebro-espinhal.

monitoramento multimodal em tempo real da trajetória da marcha

a solução existente de interface cérebro-espinhal adota um modelo de implantação de vários dispositivos, que requer a implantação de dois dispositivos de aquisição de eeg no córtex motor esquerdo e direito do cérebro e um dispositivo de estimulação da medula espinhal na medula espinhal. a equipe jiafumin propôs um plano de design de sistema "três em um", integrando três dispositivos em um microdispositivo implantável craniano, que não apenas reduz as feridas pós-operatórias do paciente, mas também permite a integração de coleta e estimulação, permitindo ao paciente de forma independente o movimento é controlado em circuito fechado. esta solução pode transferir o processo de decodificação de fora do corpo para dentro do corpo, melhorar a estabilidade e eficiência da coleta de sinais eeg e, finalmente, atingir uma velocidade de decodificação e saída de instruções de estimulação de 100 milissegundos - o tempo de reação de uma pessoa normal é de cerca de 200 milissegundos , o que significa que no futuro, os pacientes com lesões medulares terão uma marcha mais natural e suave.

dez anos afiando a espada, "avançando" diante dos problemas do mundo

de 2010 a 2020, como um dos membros principais do centro nacional de pesquisa em engenharia para neuromodulação liderado pelo acadêmico li luming, jia fumin participou da pesquisa e desenvolvimento e da transformação clínica da primeira geração de equipamentos de neuromodulação implantáveis ​​do meu país, e sob a orientação do acadêmico li luming, ele desenvolveu internacionalmente o primeiro marcapasso cerebral de frequência variável resolve o problema clínico de controle dos sintomas complexos da doença de parkinson. como alguém que testemunhou todo o processo da indústria de neuromodulação do meu país, desde o "rastreamento", "paralelismo" até a "liderança", jia fumin tem uma compreensão profunda das dificuldades de transformar as necessidades clínicas em resultados de pesquisas científicas.

“na vida, você deve escolher fazer coisas difíceis e certas e escrever sua tese sobre a pátria mãe”. profundamente influenciado por esse conceito, jia fumin voltou sua atenção para o campo da pesquisa da interface cérebro-espinhal, que também é um “mundo”. problema", na esperança de trazer o passado para o primeiro plano. experiência aplicada a pacientes com lesão medular.

o "relatório de pesquisa de 2023 sobre a qualidade de vida e a carga de doenças de pessoas com lesão medular na china" mostra que há 3,74 milhões de pacientes com lesão medular na china, e cerca de 90.000 novos pacientes com lesão medular são adicionados a cada ano. “se os pacientes paralisados ​​conseguirem se levantar, será um avanço de 0 para 1. no entanto, não é fácil superar esse grande problema.” jia fumin prevê que levará pelo menos dez anos para que a tecnologia de interface cérebro-espinhal passe da pesquisa básica para a tradução clínica, e ele está pronto para uma batalha prolongada.

professora jia fumin

o instituto de ciência e tecnologia da inteligência inspirada no cérebro da universidade fudan (referido como "instituto inspirado no cérebro") é uma das primeiras instituições de pesquisa cruzada em ciência do cérebro e pesquisa de ponta inspirada no cérebro, estabelecida por universidades nacionais. realizar pesquisas inspiradas no cérebro em face das principais fronteiras científicas e tecnológicas globais e das principais inovações originais em teorias básicas inspiradas no cérebro, pesquisa de tecnologia de ponta e transformação de aplicações. em 2020, jia fumin ingressou em tempo integral no brain institute e continuou a realizar pesquisas em um ambiente acadêmico internacional que incentiva a originalidade, a exploração livre e a cooperação multidisciplinar. “beneficiei-me muito da profunda base da fudan em medicina básica, inteligência artificial e neuroimagem”, disse jia fumin.

na reunião de seleção de supervisores, liu jionghui, candidato ao doutorado em engenharia biomédica em 2022, optou por se juntar à equipe jiafumin e se tornou o primeiro aluno da equipe. "espero fazer algo significativo para a sociedade durante meu doutorado e perceber meu próprio valor no processo." liu jionghui é atualmente o principal responsável pela reconstrução de imagens de ressonância magnética das raízes nervosas espinhais, modelagem individualizada e cálculos de simulação de modelos neuromusculoesqueléticos, proporcionando aos pacientes alta qualidade. -construção precisa de raízes nervosas e programas de estimulação personalizados.

liu jionghui, doutorando em engenharia biomédica em 2022, junta-se à equipe jiafumin

desde então, jia fumin "consertou" silenciosamente a interface cérebro-espinhal com um ou dois alunos. agora, a equipe de pesquisa indústria-universidade tem quase 30 pessoas. ele chamou seu processo de pesquisa ao longo dos anos de "avançar", "ficar longe de sons externos e estudar em silêncio até ver pacientes paralisados ​​andando novamente". com o forte apoio do centro de inovação científica e tecnológica fudan-baoshan e do instituto do cérebro, jia fumin estabeleceu ativamente um laboratório de interface cérebro-espinhal. a principal direção de pesquisa é a recuperação e reconstrução da função de marcha dos membros inferiores em pacientes com lesão medular e assim por diante. com base nisso, explora a tecnologia de neuromodulação. potencial para aplicação em múltiplas indicações.

nos últimos quatro anos, a equipe realizou simultaneamente pesquisa básica, desenvolvimento de software, iteração de algoritmos, verificação experimental e outros trabalhos. atualmente, concluiu inicialmente o acúmulo de tecnologias-chave para estimulação espaço-temporal da medula espinhal e interface cérebro-espinhal. e obteve prova de conceito em animais, atendendo às condições necessárias para aplicação clínica. espera-se que, até ao final deste ano, a equipa coopere com especialistas relevantes de hospitais terciários nacionais para conduzir o primeiro ensaio clínico.

na próxima etapa, a jiafumin planeja concluir o desenvolvimento de produtos e a transformação clínica de tecnologias-chave para interfaces cérebro-espinhais implantáveis. ao mesmo tempo, continuamos a desenvolver uma série de novos métodos e tecnologias de neuromodulação para pacientes com lesões na medula espinhal, como o desenvolvimento de equipamentos de neuromodulação vestíveis e sistemas multimodais de monitoramento de movimento para pacientes com sintomas leves, para aliviar a dor de famílias de pacientes com lesão medular e suas famílias em maior escala.

a longo prazo, com a visão de "tecnologia original ao serviço do mundo", a equipa da jiafumin espera estabelecer um sistema de propriedade intelectual independente para interfaces inteligentes cérebro-espinhal através do desenvolvimento de três tipos de dispositivos médicos inovadores implantáveis ​​activos, para que 20 milhões de pacientes com lesão medular em todo o mundo podem se beneficiar com isso.