趙繼宗院士：網絡神經外科將成腦科學轉化研究紐帶

“進入21世紀，隨著腦科學研究不斷取得新突破，人工智能、醫學影像、微創手術技術等生物醫學及科技的加速創新，神經系統疾病防治手段不斷提升，神經外科學需要從單學科邁向多學科、跨領域的交叉融合和協同發展，網絡神經外科不僅為難治性神經系統疾患提供了更安全可靠的診療方法，同時也為神經外科學開辟一條腦科學研究臨床轉化之路。”前不久，中國科學院院士趙繼宗在《空軍軍醫大學學報》上發文指出，網絡神經外科將成為腦科學轉化研究的紐帶。

所謂的網絡神經外科是以腦網絡的拓撲特性為基礎，以多模態智能神經功能影像和微創手術技術為手段，在診治神經系統疾患過程中，使患者腦功能網絡得到保護或重塑，藉此提高難治性神經系統疾患診治水平。

那么，網絡神經外科發展興起的基礎是什么？未來還將朝著哪些方向縱深發展？

神經外科的三個時期

趙繼宗表示，縱觀百年神經外科發展史，腦解剖與腦功能、醫學影像、醫療器械三個維度是推進神經外科學不斷前進的原動力，也基于此神經外科經歷了經典神經外科時期、顯微神經外科時期和微創神經外科時期。

20世紀初至20世紀50年代為經典神經外科時期，腦解剖和腦功能研究成果為神經外科奠定了理論基礎。這個時期發明的“腦室空氣造影術”、腦血管造影術為診斷神經系統疾病發揮了重要作用。特別是腦血管造影術逐漸演進為如今的數字減影血管造影（DSA）。

20世紀60至70年代為顯微神經外科時期。1972年，美國神經外科醫師羅頓在佛羅里達大學建立了顯微神經解剖實驗室，創建了顯微神經外科解剖學為顯微神經外科奠定了基礎。特別是CT、MRI、DSA等神經影像設備的應用，提高了神經科疾病診斷的水平，以手術顯微鏡為核心的一系列顯微手術器械（材）研制成功，將經典神經外科“腦葉手術”向病灶性手術推進，減少了對腦組織的牽拉。

20世紀80年代進入微創神經外科時期。隨著20世紀后期PET、fMRI、MEG等技術在臨床的應用，其不僅能直接顯現患者肢體運動和語言等重要腦功能定位圖像，還為避免手術中損害神經功能提供了可靠的影像學保障。一批新型手術設備器械，如術中磁共振、神經導航、神經內鏡等有力地支撐微創神經外科手術。

“微創神經外科學理念是在診斷和治療神經外科疾患時，以最小創傷的操作，最大限度保護腦神經功能，盡量減少醫源性損傷和手術后并發癥。”趙繼宗在接受《醫學科學報》采訪時說。

為網絡神經外科學奠定基礎

進入21世紀后，科學家在神經突觸結構與可塑性、神經細胞類型與功能、復雜神經網絡、 感覺信息處理機制、記憶與決策、 神經編碼與計算、精神疾病的神經機制等諸多方面實現了重要突破。

比如，2012年，中國科學院啟動了戰略性先導科技專項“腦功能聯結圖譜計劃”，目標是對特定腦功能的神經聯結通路和網絡結構的解析及模擬。

2016年，中國科學院自動化所蔣田仔教授團隊成功繪制出全新的人類腦網絡組圖譜。該圖譜包括246個精細腦區亞區以及腦區亞區間的多模態連接模式，引入了腦結構和功能連接信息，建立了宏觀尺度上的活體全腦聯結圖譜。

隨后，2023年《科學》《科學進展》和《科學·轉化醫學》雜志的21篇論文公布并闡釋了迄今最全的人類大腦細胞圖譜，有助于深入理解人類大腦的獨特之處，并推進腦部疾病和認知能力等研究。

“可以說，21世紀腦科學研究成果成就了網絡神經外科學。”趙繼宗說。

而認知神經科學、分子神經生物學和腦功能成像技術快速發展，使科學家在大腦感覺、知覺、記憶和語言等認知研究方面取得的成果助力神經外科臨床繼續前行。

趙繼宗表示，多模態神經影像提取活體人腦的全腦結構與功能連接模式，揭示腦網絡組織形式及其拓撲屬性，用于神經精神疾病的研究與臨床應用實踐。非侵入性M/EFG-fMRI融合分析技術，顯示腦結構成像與其功能性網絡之間的關系，形成一門新科學領域———神經網絡。

此外，以DSA或MRI為主體的復合手術室使術前、術中、術后的檢查和手術相融。手術中實時、動態定位神經和病灶成像，進而精準全切病灶，最大程度地保護腦功能。而術中喚醒麻醉則實現了在避免損傷關鍵功能結構的前提下，最大程度地切除病灶。

從理論走向臨床實踐

“神經網路是腦高級功能的關鍵點，網絡組織從根本上影響各類腦部疾病。神經網絡分析不僅可以描繪腦神經連接基本方式，更重要的是可以直觀模擬腦病變及其對神經可塑性造成的影響，準確預測手術導致的腦功能損傷和術后患者神經功能可塑性。這將有助于醫師更好地計劃手術，決定切除腦病灶方案和預判術后神經功能障礙恢復的程度。”趙繼宗表示，腦網絡關鍵節點、供血區域的保護將有助于患者的遠期預后，減少遠期神經功能障礙的發生。

據了解，人腦功能網絡中連接數較多的節點被稱為關鍵節點。手術中保護語言、視覺、默認網絡等區域的關鍵節點對網絡神經外科手術具有重要作用；同時，基于人腦血流供應和腦網絡結構與功能連接密切相關的研究成果，趙繼宗建議，積極完善患者術前的血管、腦網絡等的綜合性評估。

趙繼宗認為，意識和認知的產生與調控發生在神經環路水平，腦皮質在意識和認知功能中起核心作用。他建議，開發基于調控機制和理論的自適應閉環神經調控方法，形成意識障礙喚醒臨床規范，為解析“腦認知原理和意識的神經機制”提供新思路。

同時，鑒于DBS可直接測量病理性腦活動，對大腦特定區域或遠隔部位的神經元或神經網絡提供可調節刺激，應積極開展治療與腦電功能異常相關的神經和精神性疾病。

針對于日益增長的腦腫瘤，趙繼宗表示，其不僅在腫瘤周圍的限制區域干擾腦的功能和有效連接， 而且手術治療本身也可能引起大范圍功能連接的改變。“這意味著腦腫瘤外科不是一種局部手術，而是一種腦神經網絡手術”。

最后，談到在越來越多場景中應用的腦機接口（BCI）技術時，趙繼宗認為，BCI是在大腦與外部環境之間建立一種全新的交流與控制通道，從而實現大腦與外部設備的直接交互。它可以改善偏（截）癱患者與外界交流或控制外部環境的能力，輔助因腦卒中、腦損傷、顱腦手術后造成的意識障礙、偏癱、失聰、失語以及神經退行性疾病等患者恢復腦功能，必將為康復醫學開辟一條新路。