神经外科学是脑科学研究的一支主力军

佘德宏

神经外科学是以手术为主要治疗手段，研究脑、脊髓和周围神经系统疾病发病机制，探索新的诊断与治疗方法的一门学科。21 世纪是脑的世纪，聚焦攻克脑重大疾病是未来医学和生命科学领域重要前沿领域。作为脑科学研究领域的一支重要主力军，神经外科学具有直面脑病患者大脑的独特优势。

神经外科学直面认知功能研究
神经外科学直接面对人类病患大脑，从脑疾病切入揭示发病机制，为人脑认知功能定位与重塑提供直接证据。脑科学研究在过去几十年中有了长足进展，但由于脑结构、功能复杂，研究方法的局限和脑部的难以进入，人脑认知功能研究依然面临巨大的挑战。神经外科颅脑手术具备直接面对患者病态大脑的天然优势，不仅对研究脑部重大疾病的发生发展机制和治疗发挥重要作用，同时可以直观显示认知功能区和神经传导束。功能神经影像学为脑科学研究临床与基础沟通搭起一座桥梁。在实施脑部手术过程中，利用功能磁共振影像( fMＲI) 、弥散张量成像传导束( diffusion tensor imaging，DTI) 影像、脑磁图、脑血管造影、电生理等多模态影像，可以清晰展示脑的解剖结构和病灶的毗邻关系。通过神经导航系统技术引导手术操作，不仅可以避免患者重要的脑功能区和传导束免于受损，更可以在开放暴露的大脑皮层，采用手术中磁共振 ( iMＲI) 、术中 B 超、脑血管造影、电生理监测( 体感诱发电位、脑干听觉诱发电位、肌电和电刺激功能区及中央沟定位) 等实时监测手段，直观显示认知功能区和神经传导束，达到保护并印证脑功能区作用，为脑科学研究搭建一个技术平台。

脑疾病或脑部手术造成脑损伤后，脑功能重塑是脑疾病治疗后的神经功能康复重要过程，开展脑疾病认知障碍环路重塑临床转化研究，具有重要的临床意义。研究显示，语言功能右侧半球重塑几乎仅见于左侧半球病变患者，相对AVM 胶质瘤右侧半球语言区重塑少见，同样为先天性脑疾病，CM 语言区重塑比例( 10．3%) 明显低于 AVM (37.0%) 。脑白质纤维束、上纵束、下纵束、弓状束( 长纤维，前部纤维，后部纤维) 、钩束、下额枕束等均与语言功能相关，发现弓状束长纤维在语言加工中作用至关重要，是影响语言功能最重要功能束。对侧弓状束以及同侧下额枕束在语言区损伤后的脑功能重塑中起到重要作用。在此基础上，对功能区AVM，根据 AVM 病灶与弓状束之间的距离提出基于功能影像的脑动静脉畸形辅助分级( H: Hemorrhage; D: Diffuseness; V: Deep venous drainage; L: LED， Lesion-to-eloquence distance，HDVL ) 评 分，对临床AVM 的手术适应证有参考价值。

与认知相关的脑疾病之所以诊治困难，主要原因是对这些疾病的发病机制缺乏认识。建立脑库为研究脑疾病的机制提供基础，对提高脑疾病的诊治水平具有重要意义，将促进脑科学、人工智能、信息学等相关学科的发展。神经外科在诊治神经系统疾病的过程中，获取人体生物学标本( 血、脑脊液、脑疾病标本) ，开颅手术获得各类人脑疾病的病理学标本，都是建立中国脑库至关重要不可或缺的。神经外科与基础医学协作研发脑疾病机制与脑疾病生物标志物诊断试剂，与影像学科合作研发活体脑成像新技术和重大脑疾病影像标志物。中国拥有脑疾病丰富的临床资源，多个地区仍存在遗传背景比较单一的群体，人口遗传背景多样化为脑疾病临床样本提供了丰富的资源，非常适合于遗传家系、大样本临床研究和疾病流行病学研究。为此，建立中国大规模、标准化研究队列，脑重大疾病遗传信息和脑成像图谱研究也需要神经外科参与。神经外科学是我国脑科学研究具有独特优势的学科。



神经外科学对接类脑智能转化
类脑智能是受脑神经运行和认知行为机制的启赵继宗．神经外科学是脑科学研究的一支主力军 3 发，以计算机为手段，通过软件协同实现的机器智能。目前类脑智能尚处于实验室研究阶段，类脑智能研发缓慢原因之一，是由于脑功能认知尚不十分清楚。类脑智能需要神经外科的参与，将类脑智能产品，如脑机接口、医疗外骨骼机器人和类脑芯片等向临床转化应用。脑机接口是类脑领域唯一产业化的领域。脑机接口技术是在人或动物与外部设备之间建立直接连接通路，以脑信号为基础，通过脑-机接口实现控制人机混合系统。脑机接口应用于脑功能损害的患者，偏( 截) 瘫患者通过脑机设备机械臂完成相应动作。医疗外骨骼机器人将改变神经康复的理念，为偏( 截) 瘫患者做步态康复训练开辟一条新途径。经颅磁刺激和外骨骼机器人相结合研究，是目前世界神经康复和机器人康复领域中前沿的方向。国家神经系统疾病临床医学研究中心联合公司，开发脑血管病及脑肿瘤人工智能( artificial intel- ligence，AI) 技术，机器人阅读神经影像诊断脑卒中和颅脑肿瘤获得成功，AI 神经影像直接汲取脑研究成果转化，同时也是对脑科学应用研究的重要贡献。人脑芯片研发为脑科学研究提供技术平台。人脑芯片埋入人脑，在人类想要做出某个动作时，芯片电极接收神经冲动信号，通过数据处理技术分析大脑神经活动，经无线发射器将信息从大脑里传出，发送给与芯片匹配的假肢。近日，洛杉矶 Ben Gurion大学Vatine 等还研发出真实重现血脑屏障生理机能的芯片，助推大脑疾病的药物研发。无论是脑机接口、迈步机器人等康复设备产品，还是人脑芯片的开发与应用，都需要神经外科对接转化为临床应用。



神经外科学凭借“医工结合”发展
“医工结合”即生命科学，是物理科学及工程科学的交叉融合。神经外科学将继续凭借“医工结合”开拓学科的创新发展。百年神经外科学发展经历了经典神经外科、显微神经外科和微创神经外科3 个阶段，而推动神经外科发展的源动力之一是医疗设备的更新换代。X-线医学成像、CT 和 MＲI 等医学史重要的里程碑式突破，无一不是经过物理学的发现，工程学的设计制造，最后形成供临床使用的医疗设备，这是“医工结合”辉煌结晶。今天，神经外科学在攻克脑科学的研究仍需继续沿着“医工结合”成功之路推进学科不断前行。 临床医疗工作要有高的水平就必须有优良的仪器设备。要达到这一点，医疗器械的研制、生产必须与应用密切结合。我国植入式神经电刺激研发是一个“医工结合”的成功范例。植入式深部脑刺激( deep brains timulation，DBS) 通过植入电极给予刺激干预相关神经环路，治疗精神疾病( 抑郁症) 和神经退行性疾病( 癫痫和帕金森病) 等特定脑疾病有效。在治疗同时，记录相应变化研究相应功能，结合多模态影像技术分析研究脑功能神经环路特征和调控变化。




脑科学和类脑智能是一门新兴学科，需要理工学科科学家涉足医学，“医工结合”打破学科间壁垒，生命科学的各学科与应用数学、计算机科学、信息学等学科结合，围绕脑科学研究实际需求协同创新。神经外科学以诊治脑部重大疾病为切入点，展开脑认知科学研究与类脑智能的临床转化应用，需要培养复合型神经外科临床医师。探索神经外科高端人才培养的新机制，急需在学科交叉、学术交流和激励机制上进行新的尝试。 “国家神经系统疾病临床医学研究中心”的宗旨是以人脑重大疾病防治为切入点，还原临床医学和脑科学研究本质关系，努力跨越基础研究与临床应用的鸿沟，逐渐淡化神经内科、神经外科、精神科等医学专业之间的界限，不同专业领域关注焦点相互连接，以创新驱动脑疾病研究。我国脑部计划“一体两翼”的战略部署，聚焦攻克脑重大疾病是未来医学和生命科学领域最重要前沿领域，必将显著提升交叉学科的整体科技水平，催化脑健康产业的发展。神经外科学是脑科学研究和类脑智能研发的一支生力军，神经外科医师抓住脑科学研究新契机，有所作为，积极投入脑科学研究，跨越基础研究与临床应用的鸿沟，开启临床神经外科学新征程。

何何

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