“隨著高級神經影像學、大數據技術及人工智能的飛速發展，連接組學、全腦建模、基于腦網絡的神經調控、腦機接口（BCI）以及現代神經外科復合手術室技術平臺的搭建應用，為神經外科手術帶來了全新理念與模式變革，標志著網絡神經外科時代的到來。”近日，中國科學院院士趙繼宗在《中華醫學雜志》發表的題為《網絡神經外科學發展及技術應用新進展》的文章指出，當前人類對大腦功能定位的認識已從簡單的腦功能定位發展為交互連接的復雜腦網絡系統。
趙繼宗院士（受訪者供圖）
新技術帶來跨越式發展
20世紀初期，神經外科拉開了百年歷史帷幕，歷經經典神經外科學階段、顯微神經外科學階段和微創神經外科學階段，腦功能定位探索一直在進行中。進入21世紀，傳統的大腦皮質功能“定位論”已逐漸被“大腦回路”這一新概念取代。人們認識到，言語功能通過多模態、大規模腦網絡系統的動態調節與并行處理來實現。
所謂的網絡神經外科，是指以研究及保護腦功能網絡拓撲為基礎，以連接組學分析、全腦建模及腦網絡神經調控等方法為手段，結合微創手術及腦機接口技術，輔助醫師制定個體化診療方案。其旨在保護并恢復患者腦功能。
那么，網絡神經外科學的發展基于當前哪些技術方法快速發展？
趙繼宗告訴《醫學科學報》，主要有連接組學、全腦建模、基于腦網絡的神經調控、BCI、現代神經外科復合手術室等。
連接組學是研究腦連接組的學科，借助大數據分析方法探索大腦結構和功能連接。神經外科醫師可通過病變網絡映射技術深入理解神經系統疾病機制，實現術前個性化評估與手術規劃，最大限度地保護大腦功能。此外，將連接組學與神經調控結合，可誘導神經可塑性并加速術后功能康復進程。
全腦建?？擅枥L腦網絡動力學理論，該技術將大腦構想為由相互關聯區域構成的復雜網絡，網絡節點由神經成像定義，網絡邊緣及權重基于神經成像或化學示蹤確定。“全腦模型能夠模擬虛擬治療效果、評估腦病理對網絡影響、模擬癲癇網絡并預測傳播路徑，從而指導個性化治療。”趙繼宗說。
神經調控可通過植入或非植入、物理或化學手段，興奮、抑制或調控神經元或神經網絡信號轉導。趙繼宗表示，隨著腦網絡概念深化和技術創新，神經調控理念正經歷快速變革。以深部腦刺激（DBS）為例，當前研究范式從對局部靶點影響轉向分布式DBS網絡效應。整合術前腦網絡數據，能預測患者對神經調控的反應，識別潛在獲益群體。結合連接組學和全腦建模，將開啟個性化腦網絡引導神經調控新紀元。
“BCI則利用腦電圖、功能性近紅外光譜、腦磁圖及皮質腦電圖等多種技術收集大腦活動信號，將其轉化為計算機或其他設備的操作指令，使用戶不依賴神經或肌肉，僅通過思維就能控制機器和設備，從而實現人機交互。”趙繼宗表示，BCI在運動障礙、意識障礙、認知及精神障礙等多種功能障礙的診療及康復管理中具有極大的應用潛力。
最后，集成術中磁共振、血管造影與介入系統、術中喚醒麻醉、無框架立體導向機器人及電生理監測等前沿技術的現代神經外科復合手術室為網絡神經外科學實施提供了重要保障。
在不同疾病診治中展示潛能
“網絡神經外科學的理論與技術已經在腦腫瘤、癲癇、腦血管病、帕金森病等疾病診療過程中有所展現?！壁w繼宗特別提到了BCI在不同功能障礙中的研究進展。
BCI技術作為神經和精神疾病治療前沿，正逐步展現其在解決運動、認知、意識及感覺障礙方面的巨大潛力。
具體來說，在運動障礙領域，基于BCI可創建神經假體裝置，通過解碼神經活動信號并將其轉為外部設備指令，幫助脊髓損傷、肌萎縮側索硬化等患者控制外部設備，促進患者肢體運動功能恢復。未來該技術的臨床試驗及應用需注意提升感覺的真實性、運動的精確性以及功能恢復的多元性。
對于意識障礙患者，BCI技術提供了可靠的測量與評估手段，能夠識別傳統方法難以捕捉的意識指標，助力患者與外界溝通。
在認知與精神障礙管理方面，BCI技術通過捕獲和分析腦電圖信號中細微的早期神經活動變化，可實現阿爾茨海默?。ˋD）、抑郁癥等疾病的早期診斷與實時監測，彌補傳統評估手段的不足。
此外，BCI技術在聽力、視力、睡眠障礙及癲癇、帕金森病等疾病的診療及康復管理中同樣潛力巨大。
盡管目前已取得初步成果，趙繼宗指出，BCI技術的成熟應用之路仍漫長。BCI發展仍面臨長期植入物生物相容性、安全性及倫理監管等挑戰。為實現其廣泛應用，未來需進行更多技術創新，如雙向、高性能BCI系統，算法優化，開發閉環刺激系統，并加強跨學科合作與法規建設，推動BCI技術規范化、標準化，從而確保其安全有效。
展望未來，趙繼宗認為，隨著計算神經科學、人工智能及機器學習技術的飛速進步，新的腦網絡分析方法不斷涌現，如腦網絡通信模型與腦網絡多變量分析等。未來仍需加速技術升級換代，以進一步深化對腦網絡運行機制的認識，促進網絡神經外科學技術成為強有力的臨床決策支持工具，從而最大限度地保護并恢復患者腦功能。
相關論文信息：
https://doi.org/10.3760/cma.j.cn112137-20241114-02551
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