执行主编：赵广立编辑：李惠钰校对：王心怡E-mail押glzhao＠ 6前沿FRONTIER 2017年7月6日星期四Tel：（010）62580722 姻北京汉氏联合生物技术股份有限公司协办姻股票代码：834909 3D 脑机接口：瘫痪病人的未来 本报记者赵广立 在《钢铁侠》《攻壳机动队》等影片中，超级战甲总是那么让人向往———通过脑机接口的连接，战甲如同身体的一部分，能完成各种挑战极限的高难度动作。
殊不知，在现实之中，类似的“超级战甲”正在向人们走来。
这得益于神经科学家和工程师们的努力，巴西籍神经生物学家、美国杜克大学神经中心主任米格尔·尼科莱利斯就是其中的翘楚。
2014年巴西世界杯上，28岁的截瘫青年朱利亚诺·平托凭借身穿的“机械战甲”，为当届世界杯开球。
电视转播画面另一头的解说员激动地说：“平托行走的一小步，成为脑机接口技术发展的一大步。
” “机械战甲”的主导发明人正是米格尔·尼科莱利斯。
日前，米格尔来到中国，分享了他在脑机接口领域的研究和心得。
脑机接口的一大步 记者了解到，脑机接口系统是通过电极采集脑神经活动，然后通过计算机进行解析，最后再数字化地支配类似三维假肢这样的外部设备。
整个过程，实现了“意念控制外设”。
“机械战甲”就是这样被支配的。
米格尔介绍说，在巴西世界杯截瘫青年的双腿上，包裹着一套称作“外骨骼”的机甲装备。
虽然朱利亚诺·平托高位截瘫失去了运动能力，但他的大脑发出的行动信号，经电极采集、传输到计算机装置中后，行动信号就会被识别并转化成数字化行动指令，外骨骼收到数字指令后，就会如同截瘫青年新长出的脚一样，踢出这具有历史意义的一步。
这一革命性技术的科学展示，给全球数十亿观众传递了这样一个讯息：大脑控制机器已不仅仅是实验室的演示和技术幻想，因外伤或疾患致残的残疾人，很可能再次获得行动能力。
“我们的目标是希望病人通过自己的大脑活动，不动自己的任何身体的部分就可以控制三维假肢。
它的意义不仅仅是在实验室里面，更重要是在帮助大脑损伤的病人方面能有所用途。
”米格尔·尼科莱利斯坚定地认为，脑机接口的研究终将让更多瘫痪病人获益。
这一技术的进展得益于米格尔和他的博士后导师发明的一种方法：同时将数百个发丝般细柔的传感器（即微细线），植入大鼠和猴子的大脑。
这些灵敏的微细线可以探测到额叶和颞叶皮层中成百上千个神经元发出的微弱电信号（即动作电位），而额叶和颞叶皮层正是自主运动的主要控制脑区。
更重要的是，这一脑机接口系统不仅能够把 米格尔·尼克莱利斯在分享中。
图片来源：百度图片 大脑信号解读出来，控制人工假肢，它还能把人工假肢感受到的触觉信息重新反馈到大脑里面去，感知所触碰的事物，“这样大脑就会认为人工假肢是自己一部分。
”米格尔说。
脑机接口技术的医学前景 “受启发于世界杯男孩，我们发起了一项名为‘重新行走’的计划。
这是我们能帮助现实中病人的一个非常重要的工作。
”米格尔介绍说，该项目希望通过无创的脑机接口技术，让高位截瘫的病人通过脑活动控制外骨骼系统，在帮助他们控制肢体的同时，能够感受到外部的触觉。
在米格尔·尼科莱利斯的案例分享中，很多截瘫病人在脑机接口的帮助下都有不同程度的恢复和好转，这在坐在台下的清华大学医学院教授、美国医学与生物工程院会士高上凯看来“是个非常好的消息”。
高上凯告诉《中国科学报》记者，神经疾病患者的康复原来是一个难以翻越的高山，而脑机接口为这个领域打开了一个非常光明的前景“：我觉得未来随着神经科学研究的深入、工程技术的发展，脑机接口还会不断走向深入，开拓它新的应用领域。
” 国家康复辅具研究中心附属康复医院名誉院长毕胜也对此深表同意。
一开始，他关心的问题是，病人在脑机接口、外骨骼的帮助下，身体 “是否真的得到康复”。
米格尔给出的答案是肯定的，通过脑机接口，病人大脑的可塑性发生了变化，而且有脑电图、核磁共振证据能够证明。
“大脑的可塑性是神经康复的基础。
通过脑机接口技术改变大脑的可塑性，达到患者真正的康复，这就是这个技术最大的应用潜力。
”毕胜介绍说，在原来的概念中，一个脊髓损伤的病人，是不可能变成一个脊髓无损伤状态的，也就是不可恢复的。
传统的做法就是替代———用外骨骼机器人代替病人行走；而有了脑机接口后，病人是“自己走”，是“真正康复了”。
植入和非植入的选择 清华大学医学院教授洪波注意到，米格尔·尼科莱利斯早期的实验室工作基本上都是“植入式”脑机接口的介入———也就是需要将电极植入在颅内；而近些年的工作多是无创的非植入式脑电介入。
他认为，这是因为“做植入式脑机接口还是很困难的”。
其中一条原因就是，植入的电极会被神经包裹，从而降低信道效率。
而对于短期康复而言，非植入式有其优点。
并且，非侵入式本身也不必在“开脑洞”上大费周章。
不过洪波表示，一般来讲，侵入式脑机接口相比于非侵入式可以更高频、更准确、更平滑地控制外部机械，并且可以完成复杂得多的动作。
而且，侵入式脑机接口并不仅仅能读取脑电信号来控制外部设备，还可以进行精确的电刺激进而让大脑产生特定的感觉。
“我们现在可以既不做头皮开颅骨的植入式，也不做区分度和信号复杂度都难以尽美的脑电，还有第三个选择———在颅骨里面只做微创的手术，就可以跟这些长期卧床的病人跟家人进行日常沟通，解决心理需求的问题。
”洪波说，这是从技术上或者需求上更接近实现的途径，毕竟现在工程能力还有很多困难，比如带宽、供电等问题，“这是我们希望再往前推进的”。
不过，记者通过现场几位业内人士了解到，由于非侵入式脑机接口对正常人并没有任何风险（连理发都不用），可以推知其一个非常重大的潜在市场就是VR／AR的游戏控制。
未来的脑网络 不过，在植入式脑机接口的研究中，米格尔·尼科莱利斯提到一个超前的概念“脑网络”。
“这个概念非常有趣，缘于我们在实验中的一个思考，是不是可以通过脑机接口，让猴子互相协作？后来我们用实验证明，这个问题的答案是肯定的。
”米格尔说。
米格尔和助手设计了这样一个“有社交活动控制”的实验：两只猴子分别是观察者和骑着小车的“司机”。
司机猴子完成一项指定任务后，观察者会得到奖励。
因此在这个试验中，作为“吃瓜群众”的观察者非常关心司机猴子能否完成任务。
然后，两只猴子的身份会互换，“互相体验一下对方的感觉”。
在这样的情况下，两个猴子必须互相配合，才能各自在当“吃瓜群众”的角色时更能获得奖励。
米格尔通过无线传输记录下两只猴子的大脑活动。
他发现，两只猴子能够很默契配合得到奖励，而大脑活动也显示，在圈出来的时间点上，两个大脑“好像有同步的活动”。
“这非常有意思，道理同样也适用于人的身上。
”米格尔说，这可以应用于训练或恢复系统之中。
他举例道，一个新来的病人没有用过康复系统的话，可能开始要花很长的时间使用它，而如果有一个实验员熟悉这个系统，就能通过这种协作加速新病号适应康复系统。
“基于脑网络的概念和实验，我们认为未来治疗师可以通过互联网帮助成百上千的病人渡过第一阶段的训练难关。
”米格尔说，由此可以得出，脑机接口不仅给人们认识大脑带来了新的角度，更多的是帮助更多的残疾人能够重新获得感觉和运动的能力，甚至成为一种新的康复方式。
酷技术 机器人技术领域的一项突破性进展将对医疗界，特别是乳腺癌的诊断和治疗产生重大影响。
近日，由荷兰屯特大学机器人和机电一体化实验室开发的一款3D打印机器人Stormram4可以在一台MRI（核磁共振成像）机器中运转，从而让癌症的检测和治疗变得更容易。
为了让机器人能用于标准的临床实践，该实验室还与屯特医院集团放射学专家进行了合作。
在最近举办的伦敦Hamlyn国际研讨会上，这款机器人参与了外科机器人挑战赛并获得奖项。
乳腺癌是一种常见癌症，越早诊断越利于治疗。
但对医疗专业人员来说，人工进行乳房活组织检查操作起来很难。
在Stormram机器人之前，MRA扫描仪内的强打磁场限制了其他用金属导电材料制成的机器人的使用。
这两方面的因素阻碍了乳腺癌的早期检测。
Stormram4完全由塑料3D打印而成，由空气压力而不是电力驱动，医生可以用5米长的液压软管从MRI扫描仪外部来控制它。
Stormram4尺寸紧凑，可以放入扫描仪的狭窄通道内，并且与MRA机器内的强大磁场兼容。
这款3D打印机器人能将一个针尖准确移到一个目标上，误差不过几毫米，这样的精度水平人工操作是难以达到的。
活检程序包括将一根针移到异常或病变组织上，然后取品分析。
医生也可以用类似方式来治疗癌症，用一根非常热（热消融）或非常冷（低温消融）的针来破坏肿瘤细胞，从而避免侵入性手术。
（李惠钰） 全塑料打印机器人成测癌助手 中国 医 工学 程院 贵 院在 士樊 整 代明： 合、 难 本报记 在 者贡晓 整丽 合、 赢在整合 “整合医学是顺应时代发展应运而生的，是未来医学发展的必然方向和必由之路，是引领未来的新医学体系，为患者带来更好的治疗方案。
”中国工程院院士樊代明在近日举行的科学中国人颁奖典礼上表示，整合医学不仅能治愈疾病，还能让人们生活得更健康、更有质量，进一步延长寿命。
医学发展的“第三时代” 虽然整合医学已存在数十年，但整体概念近年来才得到推广。
2012年，作为整合医学中国倡导者，樊代明将整体整合医学引入中国。
整合医学即从人的整体出发，将医学各领域最先进的知识理论和临床各专科最有效的实践经验分别加以有机整合，并根据社会、环境、心理的现实进行修正、调整，使之成为更加符合和适合人体健康和疾病诊疗的新的医学体系。
樊代明表示：“医学光靠科学不够了，除了科学以外，医学还涉及到人类学、社会学、经济学、语言学、艺术、心理学等，凡是和人有关的学问都应该用来服务医学，所以医学必然进入到整合医学时代。
” “全科医学强调一个 医生掌握多种本领，一专 多能，建立在现有基本理 论和普通实践基础上，相当于‘A+B+C’。
整合医 学强调各种先进知识理论和有效实践经验的有 机、科学的整合，相当于‘A×B×C’。
”樊代明说。
整合医学是医学发展的“第三时代”，其核心 包括整体观、整合观和医学观。
整合医学是将医学 各领域先进的知识理论和临床各专科有效的实践 经验分别加以有机整合，更加适合人体健康和疾 病治疗的新的医学体系。
提出三间健康学 樊代明认为，过去，科学与医学功不可没，但
是现阶段，它们的局限性就是对现代医学的局限性，已经不能适应现阶段人类的需求。
因此，樊代明提出三间健康学———空间健康学、时间健康学 与人间健康学。
空间健康学是指人是一个整体，离不开自然 和社会。
人间健康学是指人体有不同层次的构成。
物质、能量、信息把我们联系起来。
樊代明指出，信息是物质与物质之间的联系，能量是物质与物质之间的反应。
“当我们去研究物质，把人整体分割成器官，再用显微镜把器官分割成细胞，再把细胞分割成分子。
这种过于微观的研究对整体没有好处，我们不能再沉溺在微观世界孤芳自赏。
”樊代明说。
所有的物质、能量都是随时间的变化而变化。
人在中午12点的时候生命力最强，晚上12点生命力最弱，中药讲究时辰的选择，就是时间健康学。
“医学不能脱离整体观，过于微观的、局部的、瞬时的、个体的研究跟医学的本质是不一样的。
”樊代明指出，医学也要用发展的眼光看问题。
此外，现代医学还面临多重困境。
医学过于科学化，就可能丢掉了人文性，医生离病人会越来越远；医学越智能化，可能离真实性越远；医生治疗疾病的标准越多，也就丧失了灵活性。
“我们现在所持有的是生物医学观和狭隘的科学医学观，我们一定要有正确的医学观，是一种整合的观念。
”樊代明说。
整合医学整合什么 “医学与自然首先需要整合。
”樊代明说，现在医生的诊疗大多发生在治病阶段，而病人却越来越多。
“那我们是不是考虑往前或者往后走一点？”他建议，改善自然环境加医疗条件提高，两者加在一起疾病治疗效果才会更好。
医学与社会需要整合。
“医改是一个系统的社会工程，我们只抓住局部改、单一的改，可能对整体改革不一定有好处，医改绝对不是改医，而是一个社会的共同体。
”樊代明说。
再有医学与语言的整合。
语言是可以治病的，医生一定要掌握医学语言。
“好话一句三冬暖”，医生要学会说话。
另外还有医学与工程的整合。
“现在的病人崇拜医生，医生崇拜仪器。
一个病人接受治疗，先B超再CT再核磁共振，其实做一个就行了，全部做反而有可能使病情激化。
”樊代明说。
医学与药学也需整合。
同一个疾病，不同的人，好医生的用药是不一样的。
“综合药学就像厨师一样，每一个厨师的用料不一样，材料的调配比例不一样。
”樊代明说。
与此同时也包括专业与专科的整合。
樊代明认为，专科越分越细造成了很大的问题“，病人有时都不知道该挂什么科”。
樊代明指出，医学发展的总体思路应该是：转化医学是路、循证医学是规矩、精准医学是路标、整合医学是理想。
“我们要认识到现代医学的现状，努力走向整合医学。
因为未来的世界、未来的医学贵在整合、难在整合、赢在整合。
”樊代明说。
肿瘤标志物在消化道肿瘤性疾病诊疗中的临床价值 薛坤 我国消化道肿瘤的发病率较高，常见的消化道肿瘤包括食管癌、胃癌、结直肠癌、肝癌和胰腺癌等。
在我国高发的六大癌症（肺癌、胃癌、肝癌、食管癌、结直肠癌和乳腺癌）中，消化道相关肿瘤占据4个席位。
日前，在北京举办的“2017罗氏肿瘤标志物专家研讨会”上，北京大学肿瘤医院消化肿瘤内科专家张晓东教授就肿瘤标志物在消化道肿瘤性疾病诊疗中的临床价值以及肿瘤标志物检测结果的合理解读进行了分享。
肿瘤标志物检测的规范化管理及对检测结果的合理解读有助于临床获取更有价值的医学信息以改善临床决策，继而优化诊疗质量。
肿瘤标志物助力消化道肿瘤诊疗全过程 肿瘤标志物是提示肿瘤存在并反映其一定生物特性的生化物质，它存在于肿瘤细胞内或细胞膜表面，由肿瘤细胞表达分泌入血液、其他体液及组织中，或由机体对肿瘤发生免疫反应而产生并进入体液或组织中。
张晓东教授表示“：肿瘤标志物是临床不可或缺的一个重要指标，从辅助诊断、监测复发、评价疗效、判断预后到指导用药，肿瘤标志物的应用贯穿整个诊疗过程，其在消化道肿瘤诊疗中的应用尤为广泛。
” 消化道肿瘤常用的肿瘤标志物有癌胚抗原（CEA）、糖抗原-19-9（CA19-9）、糖抗原-72-4（CA72-4）、癌抗原-125（CA125）和神经元特异性烯醇化酶（NSE）等。
这些肿瘤标志物在诊断治疗中的临床意义和应用价值各不相同。
研究表明，CEA水平升高可以辅助肠癌诊断，还与癌转移密切相关，对于结直肠癌复发或转移的患者，CEA水平出现升高的时间较临床影像学发现复发或转移提前2个月（SuWT,etal.Clinicalsignificancebineddetectionofserumtumormarkersinthediagnosisandtreatmentofgastriccancer[J].LabMedClin,2008,5(10):585-586）。
根据美国临床肿瘤协会（ASCO）提出的“肿瘤标志物临床应用级别评分标准”，CEA对于结直肠癌的术前分期、术后常规监测具有高应用价值，并能独立地决定临床意义。
CA19-9是胰腺癌的首选检查指标，同时 CA19-9水平升高也是淋巴结阴性结直肠癌患者术后复发的一个独立标志物，CA19-9显著升高是广泛转移和预后不良的指标（NakagoeT,etal.PreoperativeserumlevelofCA19-9predictsrecurrenceaftercurativesurgeryinnode-negativecolorectalcancerpatients[J].Hepatogastroenterology,2003,50(51):696-699），具有术前诊断和术后随访的指导意义。
CA72-4在胃癌中应用较多，它对胃癌诊断的阳性率优于其他肿瘤标志物，含量与胃癌分期、肿瘤大小、淋巴结受累及浸润转移等生物学行为密切相关（TakahashiY,etal.TheusefulnessofCEAand/orCA19-9inmonitoringforrecurrenceingastriccancerpatients:aprospectiveclinicalstudy[J].Gastriccancer,2003,6
(3):142-145）。
CA125也是目前胃癌检查的常规指标，能够预测胃癌腹膜转移。
CA125水平增高提示预后不良和生物学行为不良（YamamotoM,etal.PeritoneallavageCEA/CA125isaPrognosticfactorforgastriccancerpatients[J].CancerResClinOncol,2007,133
(7):471-476）。
研究发现，根据胃癌患者血清CEA、CA19-
9、CA125水平预测胃癌腹膜转移时，CA125预测腹膜转移最优（HwangGI,etal.PredictivevalueofpreoperativeserumCEA,CA19-9andCA125levelsforperitonealmetastasisinpatientswithgastriccarcinoma[J].CancerResTreat,2004,36
(3):178-181）。
NSE主要是对于神经内分泌肿瘤较为特异，也可用于食管鳞癌的鉴别诊断、监测疗效和复发。
张晓东教授指出：“目前为止，还没有找到灵敏度和特异性均达100%的肿瘤标志物。
单一指标的检测很难准确实现肿瘤早期检测、病程监控及预后评估等。
进行肿瘤标志物联合检测有助于提高诊断的灵敏度和准确性，提升恶性肿瘤的检出率，并有助于恶性肿瘤的临床分期、转移预测及预后评估。
” 联合检测优化肿瘤标志物临床应用 一项关于胃癌检测的研究数据显示，相比CEA、CA19-9和CA72-4的单独检测，多种肿瘤标志物联合检测可将灵敏度从20%提高至48%左右（YLiang,WWang,etal.Clinicalsig- nificanceanddiagnosticvalueofserumCEA,CA19-9andCA72-4inpatientswithgastriccancer.Oncotarget,2016,7(31):49565-49573）。
另一项关于大肠癌检测的研究也得到相似的结论，通过联合检测能将特异性和阳性预测值提高至100%（JIANGXiao-ting,JournalofOncology,2010,Vol.16,No.2）。
ASCO的“肿瘤标志物临床应用级别评分标准”提出，CA19-9联合CEA检测是目前首选的结直肠癌术后监测手段。
《中国结直肠癌诊疗规范（2015年版）》指出，结直肠癌患者在诊断、治疗前、评价疗效、随访时必须联合检测CEA、CA19-9；有肝转移患者建议检测甲胎蛋白（AFP）；疑有卵巢转移患者建议检测CA125。
张晓东教授补充道：“胃癌患者首次筛查一定要加入AFP检测，因为胃癌有一个特殊的病理类型，即胃肝样腺癌，还有很多胃腺癌可以分泌AFP，它很早期就会表现出AFP升高。
之所以要区分这些特殊类型的胃腺癌是因为它们与普通的胃腺癌无论是在预后和治疗上都有很大差异。
” 在治疗过程中，肿瘤标志物检测的主要时间节点是：第一次治疗前，无论是手术、化疗、激素治疗还是放疗，治疗前都必须检测；启动治疗后（尤其是手术治疗），包括治疗后判定疗效时都要进行检测。
随诊的患者在1~2年内每间隔3个月检测一次，在3~5年内每间隔6个月要检测一次，在治疗方法改变之前也要检测；怀疑复发或者转移时；发现升高后的2~4周。
张晓东教授强调“：肿瘤的诊疗过程中，肿瘤标志物检测至关重要，一定要重视首次检查高的患者。
肿瘤标志物的合理应用可以减少侵入性的诊断方法对于人体的损伤，而准确检测是肿瘤标志物在临床上被正确解读和合理应用的前提。
” 作为全球体外诊断市场的领先者，罗氏诊断在消化道肿瘤领域提供完善的肿瘤标志物检测菜单，采用Elecsys电化学发光免疫检测技术，为临床提供完善的肿瘤标志物检测菜单，尤其在消化道肿瘤领域，可实现一管血同时进行CEA、CA19-
9、CA72-
4、CA125、NSE等多个标志物的联合检测，拥有合理的抗体设计，线性范围广，抗干扰能力强，大大提升了肿瘤早期诊断、疗效监测和预后评估的灵敏度和准确性，并帮助实验室做到患者样本的有效保存和必要时的样本回溯功能，进一步加强消化道肿瘤疾病管理水平。