中國首創“左右神經互換,一側大腦管雙手”新策略——記2019年中華醫學科技獎醫學科學技術獎一等獎“調控神經可塑性,重建嚴重殘障殘缺上肢功能的新理論新技術體系”
發布日期:2020-06-04 10:07:09 來源:中華醫學信息導報 作者: 瀏覽次數:

腦卒中或損傷后上肢偏癱的患者往往生活難以自理,不僅給患者及其家庭帶來了巨大的經濟負擔,也給社會造成了沉重的壓力。如何重建嚴重殘障殘缺上肢功能是亟待解決的重大問題。復旦大學附屬華山醫院的徐文東教授帶領團隊開展了“調控神經可塑性,重建嚴重殘障殘缺上肢功能的新理論新技術體系”項目,經過十多年研究,率先提出“成人一側大腦半球具有支配雙側上肢的潛能”的腦科學領域全新觀點,并首創“左右神經互換,一側大腦管雙手”的治療腦卒中后上肢偏癱殘障的新策略,在此基礎上將可以調控神經可塑變化的“左右上肢神經互換”等修復手術以及“多功能仿生學假肢”等殘缺肢體重建技術應用于臨床治療中,取得了優異的臨床效果。研究成果在國內外廣泛推廣,取得了顯著的社會經濟效益和國際影響力。“調控神經可塑性,重建嚴重殘障殘缺上肢功能的新理論新技術體系”項目榮獲2019年中華醫學科技獎醫學科學技術獎一等獎。

提出“成人一側大腦半球具有支配雙側上肢的潛能”理論

健側頸七神經移位術(顧玉東院士于1986年提出的一種獨特的“左右上肢神經互換”手術方式,改變了原有神經投射,將外傷后的癱瘓上肢與同側半球相連)后,癱瘓上肢功能恢復呈現動態變化過程,即早期需健側上肢的帶動,而經過長時間鍛煉后,在遠期可以逐漸恢復獨立運動控制。項目組對此問題進行了深入研究,發現在術后早期,癱瘓上肢由其同側皮層支配,但隨之大腦支配逐漸由同側半球轉移至對側半球,發生“跨兩半球”的可塑變化,激活癱瘓上肢對側沉寂的功能區,癱瘓上肢恢復獨立運動控制,癱瘓上肢功能明顯恢復。項目組進一步研究發現,健側頸七移位手術后感覺中樞的恢復規律和運動中樞不同。臨床上注意到,術后患者癱瘓上肢的感覺和健側感覺共存,即觸摸患者的癱瘓手,健側和癱瘓側上肢都有感覺,而隨著時間的延長,健側和癱瘓側上肢的感覺呈分離趨勢。項目組在大鼠模型進行了皮層感覺電位長期記錄,發現健側頸七移位手術改變了外周神經通路,術后初期雙側前爪體感中樞全部集中在患肢同側半球、互相重疊,隨著時間的延長,重疊面積逐漸減小,呈現一種分離的趨勢。但感覺中樞的可塑并未出現跨半球的功能可塑,而是“一側半球內”可塑。這一結果提示,一側半球具有同時接受雙側上肢感覺的潛能。

一側半球既然可以同時接受雙側上肢感覺,那一側半球是否也可以同時支配雙側上肢的運動呢?項目組進一步在大鼠模型上將聯系兩半球間的“橋梁”胼胝體切斷,阻斷健側頸七移位術后運動中樞的“跨半球”重塑過程。運動皮層誘發電位的結果顯示,胼胝體切斷后5、7和10個月,雙側上肢的支配區都集中在一側半球內。控制癱瘓上肢的運動代表區和控制健側上肢的代表區重疊,隨著時間推移逐漸分離,癱瘓上肢也逐漸獲得獨立運動功能。這一結果提示,大腦運動中樞發生了區別于常規的特殊重塑,在一側半球內完成功能可塑,實現對雙側上肢的運動控制。由于感覺重塑也在同一側半球內完成,這意味著此時一側大腦同時支配了雙側上肢,據此項目組原創提出了“成人一側大腦半球具有支配雙側上肢的潛能”理論。

首創“左右神經互換,一側大腦管雙手”新策略

既往研究大多聚焦恢復損傷半球功能,但無突破,項目組獨辟蹊徑,基于成人一側大腦半球具有支配雙側上肢的潛能,提出“左右神經互換,一側大腦管雙手”的偏癱上肢治療全新策略,即通過健側頸七移位手術避開損傷半球,誘導健側半球出現特殊可塑,突破生理極限,讓健側半球在支配健康上肢基礎上,也支配同側癱瘓上肢。課題組在動物模型中驗證這一原創策略的安全性和有效性后,于2008年首次成功將這一原創策略應用于4歲的患兒中,取得顯著的恢復效果,患者實現生活自理。課題組隨后開展更大規模的臨床研究,證實這一手術能夠顯著恢復15~30歲成人偏癱上肢功能。項目組進一步通過隨機對照臨床實驗,對一側大腦損傷后進入平臺期(傷后2~30年)的年輕(<45歲)腦卒中患者開展臨床應用,結果表明,接受手術患者患肢功能評分提高了17.7分,相關原創論著于2017年發表在《新英格蘭醫學雜志》,是該刊發表的第一篇全部由中國學者獨立完成的外科新技術原創論著,并被《新英格蘭醫學雜志》評為“2018年全球最受矚目論著”第一名,入選“2018年中國十大醫學科技新聞”。

打破傳統肌電假肢天花板效應,顯著提升假肢使用效果

嚴重創傷所致上肢殘缺以傳統肌電假肢替代治療為主,但由于外周信號中斷后大腦迅速發生不良重塑,殘缺肢體代表區功能沉寂,導致外周肌電信號質量不佳,傳統肌電信號處理方式存在天花板效應。項目組基于腦可塑研究成果,率先將“調控神經可塑治療來增強外周”引入上肢殘缺治療中。通過經顱電刺激直接激活殘缺肢體運動代表區,啟動大腦良性可塑,進一步將多種觸覺信息(壓力、振動、滑動、剛度)相結合,開發模擬生理狀態的復合感覺反饋假肢,持續誘導大腦良性可塑,并采用腦電信號量化分析觸覺反饋誘發的中樞神經響應。由此建立經顱直流電刺激和觸覺刺激的規范化治療模式,從根源上改善肌電信號質量,突破傳統肌電假肢控制天花板效應,加速腦可塑過程,增加觸覺電刺激反饋功能,開發假肢的雙向人機接口,實現了肌電假肢閉環控制,有效提升了肌電假肢的控制性能。與傳統肌電假肢的同類研究比較,運動模式識別準確率提升約10%,完成任務成功率提高約12%,時間縮短約25%,達到國際先進水平。

將中國原創手術技術在世界范圍推廣

腦卒中后上肢偏癱殘障或嚴重創傷后上肢殘缺的功能重建是世界醫學難題, 習總書記說: “ 全面建成小康社會,殘疾人一個也不能少。”恢復患者癱瘓手的功能、讓患者重返工作崗位,對于減輕社會負擔、解決社會問題具有重要意義。項目組堅持十多年持續研究,取得多項理論創新和應用轉化成果,獲多項國家發明專利授權、軟件著作權登記及實用新型專利。為了將這一新技術在國內外推廣應用,項目組通過開展醫教扶貧專項行動、設立偏癱專項聯盟、啟動院士工作站、開展全國多中心項目、開辦國家級新技術學習班等方法,在全國廣泛推廣,并運用“互聯網+遠程醫療”的新技術,開展“輕癱在基層,重癱到三甲”的立體覆蓋醫療模式,將新技術推廣到偏遠地區及基層醫院,取得顯著的社會效益。同時,項目組通過培訓國際進修學員、接受國際知名專家特別訪問等方式,將中國原創手術技術在國際范圍內推廣,多項原創成果及后續研究在嚴重肢體殘障、殘缺診治中得到廣泛應用,已在美國、法國、瑞典等國家的著名周圍神經診治中心開展應用并得到國際報道,造福了全世界患者。

創新點1. 發現改變外周神經,大腦會發生特殊可塑,在國際上首次提出“成人一側大腦半球具有支配雙側上肢的潛能”,實現理論創新

(1)運動中樞呈“跨兩半球”可塑,實現對癱瘓側的獨立運動控制

(2)感覺中樞表現為 “一側半球內”可塑,雙側上肢感覺匯聚至一側半球

(3)將聯系雙側半球的“橋梁”胼胝體切斷后,運動中樞發生特殊可塑,此時一側大腦可同時支配兩側上肢

創新點2. 提出“調控神經可塑可以用來治療中樞神經疾病”,顛覆傳統,首創“左右神經互換,一側大腦管雙手”治療腦卒中后上肢偏癱殘障的新策略

(1)“左右上肢神經互換”手術重建腦卒中后偏癱上肢功能原創策略的初步驗證

(2)“左右上肢神經互換”手術重建腦卒中后偏癱上肢功能原創策略的大規模應用及推廣

創新點3. 率先將“神經可塑可以調控,改變大腦可以增強外周”理念引入上肢殘缺治療中,打破傳統肌電假肢天花板效應,顯著提升假肢使用效果

(1)通過經顱電刺激直接激活殘缺肢體運動代表區,啟動大腦良性可塑,增加觸覺電刺激反饋功能,開發雙向人機接口,實現肌電假肢閉環控制

(2)醫工創新結合,闡明外周神經功能解剖,開發多種高選擇性神經移位方法,重建殘留肢體功能(文/左舒穎)(摘自《中華醫學信息導報》2020年第35卷第9期)


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