《文汇报》:“入手”探大脑 全新脑可塑理论震惊国际医学界

作者:沈湫莎摄影:袁婧 视频: 来源:《文汇报》2020年5月20日发布时间:2020-05-20

修复残障上肢功能新方案凝聚了华山医院手外科几代人的心血

奖项:2019年度上海市科技进步奖特等奖

项目名称:基于脑可塑理论新发展修复残障上肢的新方案

获奖团队:华山医院手外科团队

这是一个跨越半个世纪、由师徒三代接力完成的科研项目;这是一项中国原创的、有关治疗中枢性偏瘫患者的重要临床研究成果;这是华山医院建院100多年来第一篇发表于《新英格兰医学杂志(NEJM)》的中国科研成果,位列颠覆性的、对推进医疗实践具有最重要意义的“2018NEJM最受瞩目论著”第一名。

故事始于1960年,华山医院是国内首批成立手外科的单位之一。1986年,华山医院手外科顾玉东院士在国际上首创了健侧颈七神经移位术,用于治疗全臂丛神经损伤患者。针对患者术后恢复呈现出的明显动态过程,手外科徐文东教授、顾玉东院士带领课题组进行了十余年的深入研究,发现大脑功能重塑参与了这一修复过程,进而提出脑科学领域的全新观点:一侧大脑具有同时控制双侧上肢的潜能。

在昨天召开的上海市科技奖励大会上,这一震惊国际医学界的重大成果被授予上海市科技进步奖特等奖。这套中国原创的“脑可塑理论”已经发展成“修复残障上肢功能的新方案”。

抓住灵感微光,实现“脑可塑理论”重大创新

传统神经科学观念认为,成年人的脑可塑性有限,并且中枢神经传导通路也是相对固定的。彼时正在专注于研究臂丛神经损伤类疾病的徐文东,却从神经移位手术病人的临床表现中发现了与传统理论不一样的地方。

臂丛神经是人类大脑指挥手及上肢做出相应动作的一条传输通路,“通路”如果受损,上肢相应的感觉运动功能就会瘫痪。上世纪80年代,顾玉东在千例臂丛神经损伤患者治疗经验积累的基础上,大胆提出设想,在国际上首创“健侧颈七神经移位手术”,即将健康肢体一侧的颈七神经,移位至瘫痪侧的靶神经,重新开辟一条新“通路”,从而恢复患者的肢体功能。

在对此类患者长期随访的过程中,徐文东发现了一个特别现象,凡是做过这一手术的患者,在触摸其瘫痪侧手掌时,健康侧的手也会有感觉。为了确认这不是术后应激反应或个别现象,徐文东通过各种方法找到了16年前接受此项创新手术的第一位患者,在验证了他也有如此反应后,一个想法在徐文东脑海里成型了。

“我一直认为控制手的周围神经和控制脑的中枢神经应该是一套固定的系统,一侧神经通路能让双手带来反应这一临床现象说明,改变周围神经通路也会引起大脑功能的可塑性变化,而患者年龄也说明大脑的可塑性并不局限于幼年,当周围神经通路改变后,成年人大脑也会随着发生改变。”他说。

沿着内心的这一“执念”,2001年起,徐文东带领团队开始了跨界攻坚,进入了一个国际上全新的研究领域——周围神经移位和脑功能的关系研究。通过十多年潜心研究,团队发现成年人大脑可以实现一侧半球同时控制双侧上肢的现象。这一新发现拓宽了原来臂丛损伤修复的理论体系,首次证实中枢损伤后,健康大脑的可塑性可被“诱发和调控”,这是脑可塑理论体系的重要新发展,为周围神经和中枢神经一体化提供了理论支撑。

练就灵巧双手,在血管、神经丛林中自如穿梭

理论有了突破,最终能否造福患者,还得落到医生的“手”上。想要基于脑可塑理论修复残障上肢功能,就要将健侧上肢颈神经移位至瘫痪侧的颈神经,避开损伤侧大脑半球,让偏瘫上肢与同侧健康大脑半球相连接。

一开始,这被认为是不可能完成的任务:徐文东团队在小鼠身上做试验,死亡率超过90%。“颈部环境太复杂了,感觉就像是一名科技工兵,穿梭在神经、血管丛林中。”可是,他从没想过放弃。回想起学生时代,导师顾玉东给他出过的一道“难题”——将跳动在心脏旁的膈神经剥离出来而缩短传统神经移位修复的距离,那也是一台令人心跳加速、手心冒汗的手术,可经过不断探索和尝试,在克服重重困难后,最终他也顺利完成。

同样,通过无数个日夜的训练,徐文东带领团队终于练到了“惟手熟尔”的境界,试验小鼠的存活率超过了95%。2008年,徐文东团队开展了这一新技术的第一台手术。那台手术做了七个多小时,在手术放大镜下用比头发丝还细的缝合线将切断后的患侧颈七神经与健侧颈七神经交叉移位吻合。走出手术室时,所有人都汗透衣衫。

随着来华山医院接受手术治疗的患者越来越多,徐文东教授团队也在不断优化手术方案,现在完成此类手术的时间也已缩短到两小时左右。在慕名而来的人中,有不到10岁的孩子,也有年逾六旬的老人,甚至还有跨越半个地球远道而来的外国患者……那些原本被疾病折磨得生活不能自理的脑卒中、脑外伤等偏瘫患者,通过术后功能锻炼,都成功改善了患侧肢体功能,重新恢复了生活自理能力。

三代薪火相传,将“脑—手”理论引入人工智能

在证实了“半球内脑可塑”“脑可塑可诱导、可调节”等神经科学新理论并将其造福患者后,徐文东团队又推动其进一步发展。不久前,他们刚为一位下肢瘫痪的小姑娘完成了神经移位手术,经过8个月的休养,小姑娘将其翩翩起舞的视频上传到了抖音。

人工智能时代,徐文东的“脑可塑理论”还对人机结合设备有了启发。科幻片中,人们总是用脑电波操控机械臂,事实上,脑电波这种电信号并不稳定,假肢误伤人类自身的概率很大,这是产业界一个亟待解决的难题。徐文东团队提出,根据颅内神经与手相互对应的关系,可从手臂肌肉中提取电信号操控假肢。经测试,肌电信号假肢的运动模式识别率与国际同行相比有明显优势。

从上世纪60年代一路走来,华山医院手外科三代人薪火相传、不断创新,完成了理论和技术上的多项“第一”。徐文东说,人类大脑拥有许多未知和神秘的潜力,双手又是人体最复杂的器官之一。将手外科、脑外科、神经影像、神经康复、运动医学等多个学科进行整合,促进临床研究与基础研究交叉合作,未来一定会涌现出更多令人惊喜的发现和创新成果。

制图:实习编辑:何叶责任编辑:

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