這麼多醫療黑科技：請相信有光
這麼多醫療黑科技：請相信有光
趙國光團隊為患者實施全球首例無線植入式中文語言腦機接口手術。
精准植入“北腦一號”智能腦機系統。
中國科學院自動化研究所腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室研發的電池供電可穿戴重復經顱磁刺激設備。據科技日報微信公眾號、新華網
人類細胞譜系大科學研究
會試毒試藥的“數字生理人”要來了
3月25日，“十四五”重大科技基礎設施——人類細胞譜系大科學研究設施在廣州國際生物島正式啟動建設，建成后，這一裝置有望將人體每一個細胞的全生命周期動態演化過程進行數字化刻畫，探索生命奧秘，打造研究人類發育、疾病、衰老的“國之重器”。
細胞是生命的基本單元，人體約由40萬億細胞組成，這些細胞從受精卵開始，所歷經增殖、分化直至衰老的全生命周期動態演化過程，就是“細胞譜系”。人類細胞譜系大科學研究設施建設周期4.5年，將打造成為深度解析人類細胞變化，進而重構和理解生命歷程的先進大科學裝置。
該設施通過集成人工智能等前沿技術，打造數字細胞AI大模型，就像為生命編寫一部詳盡的“細胞家譜”，未來將幫助清晰追蹤每個細胞的“前世今生”。
專家介紹，“它核心的亮點就是採集到生老病死過程中細胞的變化歷程，對細胞的變化有了解，我們就會知道生命是怎麼運轉的。”
基於高質量規模化的細胞譜系數據，未來人類細胞譜系大科學研究設施還將打造跟真人一樣能呼吸、會試毒試藥、可以新陳代謝的“數字生理人”，通過預演不同治療手段在“數字患者”體內的治療效果，助力精准診斷與治療。
據介紹，當前全球創新藥研發平均耗時10年、耗資26億美元，但臨床成功率不足10%，根本原因之一在於藥物研發過程主要在動物模型中進行，不能准確模擬人類生理系統反應。
人類細胞譜系大科學研究設施未來有望用患者的細胞信息打造一個“數字患者”，預演不同治療手段在數字患者體內治療效果，實現治療手段的“量體裁衣”。
據央視新聞微信公眾號
涉及漸凍症、卒中導致的失語
全球首例！我國腦機接口領域取得新突破
3月20日，“北腦一號”完成國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機系統的人體植入媒體通氣會在京舉行。會上發布了全球首例無線植入式中文語言腦機接口成功幫助因漸凍症導致失語的患者重建交流能力的突破性成果。這一成果標志著腦機接口在語言功能恢復領域邁出關鍵一步，為漸凍症（肌萎縮側索硬化症）、卒中等導致失語的患者提供了全新治療方案。
本次臨床試驗的首位參與者是一名67歲的漸凍症患者。3月5日，國家神經疾病醫學中心主任、首都醫科大學宣武醫院院長、主任醫師趙國光團隊為患者實施了全球首例無線植入式中文語言腦機接口手術，在神經外科手術機器人輔助下，將“北腦一號”智能腦機系統精准植入患者左側大腦控制語言運動的關鍵區域。
3月14日，患者開始接受語言解碼訓練，信號採集良好，僅經過3小時的訓練，62個常用字詞實時解碼准確率已達34%。目前，實時解碼准確率達52%，已能解碼出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好，我想和家人散步”這樣的語言。
“北腦一號”集成了自主研發的柔性高密度腦皮層電極，以及高採樣率、大通量、低功耗的腦電數據採集、處理和無線傳輸技術。臨床實踐數據顯示，其單字解碼時延小於100毫秒，為當前國際最高水平。
據科技日報微信公眾號
涉及阿爾茨海默病、卒中
僅重1.7克！頭戴式顯微鏡來了
記者3月24日從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院醫學成像科學與技術系統重點實驗室主任、中國科學院院士鄭海榮，與該院研究員劉成波、鄭煒組成的研究團隊開發出一款重量僅有1.7克的頭戴式顯微鏡，實現了自由活動下小鼠神經元與血氧代謝的同步高時空分辨成像，為大腦神經血管耦合機制探索和腦機接口技術開發提供了新思路。相關成果發表在《科學進展》上。
該頭戴式顯微鏡成像分辨率達到1.5微米，成像速度為0.78赫茲，視野范圍為400微米×400微米。通過系統硬件與算法創新，該顯微鏡可實現大腦血氧代謝成像，並同步記錄神經元鈣信號活動。
劉成波介紹，下一步，他們將在成像技術方面繼續優化頭戴式顯微鏡性能，進一步擴大成像視場，提高成像景深和速度，並探索融合多光子熒光顯微成像等其他模態，滿足更廣泛的研究需求。在腦機接口應用方面，他們將探索頭戴成像技術應用於靈長類動物腦功能信息非侵入讀取，利用神經血管耦合機制精准解析大腦功能活動，為阿爾茨海默病、卒中等腦疾病開發新的治療策略和干預措施提供科學依據。
據科技日報微信公眾號
涉及帕金森
全球首款電池供電的可穿戴經顱磁刺激設備研發成功
記者3月25日從中國科學院自動化研究所獲悉，該所腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室近日成功研發出全球首款電池供電的可穿戴閾上重復經顱磁刺激設備（rTMS），相關成果已發表在國際學術期刊《自然·通訊》上。
論文的共同第一作者、中國科學院自動化研究所副研究員戚自輝介紹，這台設備重量小於3公斤，性能卻與商用大型設備相當，為rTMS技術在家庭、社區及自由行動中的全場景應用提供了新可能。
“腦機接口技術將大腦與機器建立聯系，實現腦與外部設備的信息交換，按照信息流的方向可分為‘腦控’和‘控腦’兩類。”中國科學院自動化研究所研究員、腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室主任蔣田仔說。
蔣田仔介紹，“腦控”實現了腦信號解碼到外部設備的信息轉換，而“控腦”也叫神經調控，通過電、磁、聲、光、熱等手段，將物理能量寫入大腦來干預神經元的活動，實現機器到腦的信息交換。相較於藥物治療，物理神經調控技術因其副作用小、靶向性好，是臨床腦疾病治療的利器。以深部腦刺激（DBS）為代表的有創神經調控技術已在治療帕金森病等領域取得進展。
論文的共同第一作者、中國科學院自動化研究所高級工程師劉浩表示，可穿戴rTMS設備未來可與腦電、近紅外等非侵入式腦信號檢測技術結合，通過對腦信號的實時解碼優化rTMS調控過程，形成可穿戴式閉環rTMS神經調控系統，提升現有rTMS的治療穩定性，讓閉環腦機接口從實驗室走向真實場景的大規模應用成為可能。
據新華網
涉及精神分裂症、抑郁症
科學家做出尋找疾病相關細胞的“導航圖”
3月20日，西湖大學楊劍課題組在《自然》上發表研究論文，向全球科學家開放了一項名叫gsMap的新方法——利用這項方法，他們繪制出一張從疾病到細胞分布的“導航圖”，並成功定位到了精神分裂症、抑郁症等復雜疾病的相關細胞及其空間分布。
楊劍團隊注意到近年來逐步成熟的一項新技術——空間轉錄組（ST），“GWAS關聯了復雜疾病與特定基因，ST關聯了特定基因與細胞位置，能否開發出一項新方法，以基因為橋，把疾病和細胞對應起來？”
針對目前ST數據噪聲較大的局限，研究團隊引入圖神經網絡（GNN），一種人工智能方法，對ST數據進行降噪和平滑處理。經過反復修改與調試，一個創新性的數據分析模型成功落地，不僅能夠“認出”復雜疾病所對應的細胞類型，還能“追蹤”到這些細胞在人體中的位置。也就是說，他們成功做出了一張尋找疾病相關細胞的“導航圖”。
由gsMap“導航”，研究團隊發現，不論是精神分裂症還是抑郁症，都與谷氨酸能神經元有顯著關聯，但在對應不同疾病時，它們的分布位置是不同的。
目前，西湖大學楊劍課題組已將這項gsMap算法封裝為開源軟件。“一個課題組的奇妙想法，將變成許許多多課題組的工具，希望幫助更多人照亮前行的路。”楊劍說。
據光明日報微信公眾號
涉及唐氏綜合征
科學家通過基因編輯技術去除多余染色體
據新華社電 日本三重大學等機構研究人員組成的團隊日前在美國《國家科學院學報·交叉學科》上發表成果說，他們借助基因編輯技術去除了唐氏綜合征患者細胞中多余的21號染色體，並確認了相關結果，這項技術如果發展成熟將有助研究人員未來找到唐氏綜合征各類並發症的預防和改善方法。
本項研究中，團隊從唐氏綜合征患者皮膚中提取成纖維細胞並以此培育出誘導多功能干細胞（iPS細胞）。接著，他們應用染色體工程學培育出3種iPS細胞，這3種iPS細胞分別被刪除了3條21號染色體的其中一條。以對這些細胞的全基因組測序結果為基礎，研究人員提取出每條21號染色體所特有的供CRISPR/Cas9基因編輯技術識別的序列。
以提取的這些序列信息為基礎，研究團隊構建起可將目標21號染色體從多個點位切割的CRISPR/Cas9系統。用這一系統處理唐氏綜合征患者的iPS細胞，能以高至37.5%的准確率去除目標21號染色體。
研究人員詳細分析了已去除多余染色體的iPS細胞，包括其基因表達模式、細胞增殖速度以及對活性氧的處理能力等，結果發現，這些細胞的特性已恢復正常。研究人員還確認，iPS細胞以外的分化細胞、如成纖維細胞以及非分裂細胞中，也可以用CRISPR/Cas9系統去除染色體。
不過，公報也表示，目前這項技術還處於體外細胞實驗驗証概念的階段，還存在一些缺點，今后需要研發不依賴切割的更安全的染色體去除技術。
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