腦科學(xué)開啟神經(jīng)外科學(xué)新紀(jì)元

趙繼宗

2016年國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，提出“面向2030年，再選擇一批體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目”。其中，“腦科學(xué)與類腦研究”作為“科技創(chuàng)新2030重大項目”已啟動的4個試點之一，現(xiàn)已進(jìn)入編制項目實施方案階段。該項目以腦認(rèn)知原理為主體，以類腦計算與腦機(jī)智能、腦重大疾病診治為兩翼，搭建關(guān)鍵技術(shù)平臺，搶占腦科學(xué)前沿研究制高點。面對這樣的一個重大的項目，神經(jīng)外科的醫(yī)生應(yīng)該如何站位？本文主要圍繞該問題展開述評。

一、三維度：神經(jīng)外科學(xué)發(fā)展源動力

近百年來，神經(jīng)外科的產(chǎn)生及發(fā)展離不開神經(jīng)外科領(lǐng)域的三維度，即腦解剖與認(rèn)知發(fā)現(xiàn)，生物醫(yī)學(xué)影像跨越，外科手術(shù)器械更新。

第一個維度：腦解剖與認(rèn)知發(fā)現(xiàn)。從1862年法國科學(xué)家Broca首次提出了運動性失語癥即Broca失語癥，到1950年加拿大神經(jīng)外科專家潘菲爾德和拉斯穆森共同繪制出一幅人類感覺區(qū)和運動區(qū)的大腦皮質(zhì)機(jī)能定位圖，這段時期為經(jīng)典神經(jīng)外科階段。1951年至1990年，這段時期是顯微神經(jīng)外科階段，該階段代表人物是Rhoton和Geschwind。前者于1975年在佛羅里達(dá)大學(xué)創(chuàng)立的著名的Rhoton神經(jīng)解剖實驗室，而后者首次提出大腦內(nèi)語言區(qū)的三個環(huán)路。1991年至今，是微創(chuàng)神經(jīng)外科時期，該時期突出的成就是2000年語言區(qū)腦網(wǎng)絡(luò)的提出和2016年由中國科學(xué)院自動化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心蔣田仔團(tuán)隊聯(lián)合全球其他團(tuán)隊繪制而成的人類腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜?？傊?，神經(jīng)外科第一維度的發(fā)展經(jīng)歷了從宏觀到介觀再到微觀的過程。

第二個維度：生物醫(yī)學(xué)影像的跨越。早在1895年德國人倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，為開創(chuàng)醫(yī)療影像技術(shù)鋪平了道路。而在1918年，美國人Dandy發(fā)明了氣腦造影，該技術(shù)可使腦室系統(tǒng)在X線中顯示出來，從而大大提高了腦部病變的定位診斷，使手術(shù)成功率倍增，死亡率及致殘率大為下降。1927年，葡萄牙人Moniz發(fā)明了腦血管造影，使神經(jīng)外科定位診斷的正確性顯著提高。我們把1914年至1950年這一時期稱為經(jīng)典神經(jīng)外科解剖影像學(xué)時期。隨著CT、MRI、PET-CT等影像技術(shù)的發(fā)明并應(yīng)用于臨床，神經(jīng)外科影像學(xué)經(jīng)歷了顯微神經(jīng)外科功能影像學(xué)時期（1951～1990年）。20世紀(jì)之交，伴隨著功能磁共振、MRS、PET-CT和腦磁圖等影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展和運用，微創(chuàng)神經(jīng)外科分子影像學(xué)時期應(yīng)運而生。簡言之，神經(jīng)外科第二維度的發(fā)展經(jīng)過了從結(jié)構(gòu)到功能再到分子的過程。

第三個維度：外科手術(shù)器械設(shè)備的創(chuàng)新。自1898年開顱線鋸發(fā)明出來至今，仍有不少神經(jīng)外科醫(yī)生使用該器械行開顱手術(shù)。1928年，“神經(jīng)外科之父”Cushing發(fā)明了動脈瘤夾，1932年Dandy發(fā)明了頭燈，1947年立體定向儀發(fā)明問世。1954年手術(shù)顯微鏡和1958年雙擊電凝的發(fā)明開啟了顯微神經(jīng)外科的新紀(jì)元，推動了顯微神經(jīng)外科手術(shù)的發(fā)展。近年來，伴隨著高級多模式影像引導(dǎo)手術(shù)系統(tǒng)的開展，神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)和無框架立體定向手術(shù)機(jī)器人的廣泛運用，神經(jīng)外科處于高速發(fā)展階段。一言以蔽之，神經(jīng)外科第三維度的發(fā)展經(jīng)歷了從手術(shù)技巧到手術(shù)器械再到人工智能變遷的過程。

如上所述，近現(xiàn)代神經(jīng)外科的發(fā)展可以概括為3個時期：經(jīng)典神經(jīng)外科時期，顯微神經(jīng)外科時期，微創(chuàng)神經(jīng)外科時期。由于氣腦、血管造影、麻醉甚至手術(shù)器械都是神經(jīng)外科醫(yī)生發(fā)明的，所以經(jīng)典神經(jīng)外科時期可以概括為四個字：自力更生。20世紀(jì)50年代以后，神經(jīng)外科醫(yī)生學(xué)習(xí)了CT和磁共振，應(yīng)用顯微鏡實施手術(shù)操作，神經(jīng)外科進(jìn)入顯微神經(jīng)外科階段，可以概括為四個字：學(xué)習(xí)運用。而進(jìn)入微創(chuàng)神經(jīng)外科階段，用四個字來概括就是：融合轉(zhuǎn)化。因為新的基礎(chǔ)研究成果對于廣大神經(jīng)外科醫(yī)生，是較為陌生的，而且很多神經(jīng)外科醫(yī)生缺乏專業(yè)背景，很多基礎(chǔ)研究很難去涉足，因此只能夠通過融合基礎(chǔ)研究，包括理工學(xué)科的基礎(chǔ)研究，才能夠取得進(jìn)一步的發(fā)展。

二、腦科學(xué)：神經(jīng)外科學(xué)蕃昌新機(jī)遇

國家腦科學(xué)與類腦研究計劃指出：臨床疾?。〒p傷）造成的功能障礙或開顱手術(shù)時的實時功能檢測，是探討人腦神經(jīng)機(jī)制的重要途徑。依托腦手術(shù)患者資源，認(rèn)識腦認(rèn)知的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)、功能和機(jī)制，將有可能實現(xiàn)與國際同行的錯位競爭。這為神經(jīng)外科在新時期如何自我定位發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

為了順利完成國家科技創(chuàng)新2030重大項目對腦科學(xué)的目標(biāo)，蒲慕明院士提出：神經(jīng)外科學(xué)應(yīng)該重點著力于搭建兩大關(guān)鍵技術(shù)平臺，一個是基礎(chǔ)研究平臺，另一個是臨床研究平臺。前者的重點是搭建神經(jīng)元類型鑒別和標(biāo)記，宏觀磁共振、介觀光學(xué)影像、微觀電鏡影像的網(wǎng)絡(luò)分析，神經(jīng)活動調(diào)控技術(shù)，大數(shù)據(jù)信息分析，轉(zhuǎn)基因非人靈長類模型等平臺。而后者則側(cè)重于搭建人類腦影像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、遺傳信息與體液樣本的數(shù)據(jù)及標(biāo)本庫、健康人群和腦疾病患者腦庫等平臺。多學(xué)科合作，共同致力于腦計劃的研究。中國科學(xué)院自動化所隋婧團(tuán)隊結(jié)合神經(jīng)外科臨床數(shù)據(jù)庫得出以下結(jié)論：通過認(rèn)知引導(dǎo)MRI融合發(fā)現(xiàn)一組精神分裂多模態(tài)神經(jīng)標(biāo)志物，可以優(yōu)化精神分裂癥早期干預(yù)和治療評估工作記憶、注意力和語言學(xué)習(xí)，其研究成果發(fā)表在國際頂尖雜志Nature Communications上[1]。而來自土耳其神經(jīng)外科團(tuán)隊在Rhoton顯微解剖實驗成果的基礎(chǔ)上，整合目前最新的技術(shù)和設(shè)備，將全腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和功能區(qū)一一描繪出來[2]?；谝陨侠碚?，21世紀(jì)神經(jīng)外科醫(yī)生將面臨的是全新的腦網(wǎng)絡(luò)世界。

三、腦網(wǎng)絡(luò)：神經(jīng)外科學(xué)拓展新引擎

腦網(wǎng)絡(luò)是指基于功能磁共振鏈接、腦磁圖、皮層腦電描記術(shù)和彌散張量成像技術(shù)，研究大腦中處理注意力、思維、記憶、視覺和語言的網(wǎng)絡(luò)。與之相對應(yīng)的腦網(wǎng)絡(luò)外科是指，根據(jù)多模態(tài)成像確定腦病灶與腦網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，設(shè)計手術(shù)方案，保障患者腦功能安全，最大可能切除病灶。手術(shù)后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)紊亂評估預(yù)測神經(jīng)認(rèn)知缺損，判斷康復(fù)潛力。基于以上理論，首都醫(yī)科大學(xué)附屬天壇醫(yī)院神經(jīng)外科在腦網(wǎng)絡(luò)外科領(lǐng)域進(jìn)行了一些實踐。

（一）腦網(wǎng)絡(luò)動靜脈畸形評分

眾所周知，Spetzler分級是目前最常用的動靜脈畸形分級方法，以動靜脈畸形所在區(qū)是否有明顯的神經(jīng)學(xué)功能、引流靜脈的模式和動靜脈畸形血管團(tuán)的最大直徑為主要指標(biāo)，制定了6級方案：（1）位于功能區(qū)（感覺、運動、語言功能、視覺、丘腦和下丘腦、內(nèi)囊區(qū)、腦干、小腦腳和小腦深部各核團(tuán)）者記1分，否則列為“靜區(qū)”記0分；（2）引流靜脈中有部分或全部導(dǎo)入深靜脈者記1分，否則記0分；（3）小型動靜脈畸形（最大直徑6 cm）記3分；將上述3項得分相加，總分最低者為1分，最高者為5分；位于腦干、下丘腦不能手術(shù)切除者為6級[3]。

基于上述分級方法，借助腦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，我們提出了新的腦動靜脈畸形分級方案，即HDVL[4]。H代表出血史（hemorrhagic）；D 代表彌散程度（diffuseness）；V代表深部靜脈引流（deep venous drainage）；L代表病灶與腦功能區(qū)的最近距離（lesion to eloquence distance）。評分標(biāo)準(zhǔn)：有出血史記0分，無出血史記1分；病灶具有彌散性記1分，無彌散性記0分；病灶距功能區(qū)距離：≤5 mm記3分，5～10 mm記2分，＞10 mm記1分。通過整理分析2012年至2015年入住天壇醫(yī)院神經(jīng)外科的201例腦動靜脈畸形實施手術(shù)的患者的病例資料發(fā)現(xiàn)，HDVL評分預(yù)測患者預(yù)后效果明顯優(yōu)于Spetzler分級。

（二）開顱手術(shù)驗證視覺功能網(wǎng)絡(luò)

過去認(rèn)為發(fā)生于顳枕區(qū)病變的手術(shù)切除是安全的，但若病變累及視輻射或者弓狀束，術(shù)后患者有視野缺損或失語的風(fēng)險。通過腦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，對于枕葉腦動靜脈畸形，病灶與視輻射間距≤5 mm是影響損傷后功能的重要因素；神經(jīng)導(dǎo)航引導(dǎo)避開視輻射可提高視野的保存率，因此可判斷病灶與視輻射間距＞5 mm是安全的，反之≤5 mm是危險的。

（三）開顱手術(shù)驗證運動區(qū)、運動前區(qū)網(wǎng)絡(luò)

對于運動區(qū)腦動靜脈畸形患者，放射冠水平以下的錐體束損傷恢復(fù)劣于放射冠以上者；損傷錐體束較運動區(qū)皮層損傷致運動障礙嚴(yán)重；位于基底節(jié)區(qū)的病灶，可經(jīng)錐體束、弓狀束記視輻射圍成的通道切除，從而減少術(shù)后致殘率。對于運動前區(qū)的腦動靜脈畸形患者，損傷后表現(xiàn)為一過性失用及極端肌力下降；運動前區(qū)與語言區(qū)環(huán)路相關(guān)，損傷后亦可引起失語。

（四）腦動靜脈畸形與膠質(zhì)瘤患者語言區(qū)重構(gòu)對比研究

研究發(fā)現(xiàn)，累及語言區(qū)的膠質(zhì)瘤患者失語常見，而累及語言區(qū)的未出血腦動靜脈畸形患者出現(xiàn)失語的癥狀較前者少見。通過研究對比發(fā)現(xiàn)，腦動靜脈畸形患者與腦膠質(zhì)瘤患者均可出現(xiàn)語言區(qū)的右側(cè)半球優(yōu)勢。功能磁共振檢查提示，動靜脈畸形患者的語言區(qū)右側(cè)優(yōu)勢幾率顯著高于一般膠質(zhì)瘤患者，從而推斷其右側(cè)半球語言重塑能力明顯高于膠質(zhì)瘤患者。

綜上所述，腦科學(xué)研究是神經(jīng)外科蕃昌的新機(jī)遇，國家腦科學(xué)與類腦研究為神經(jīng)外科站位提供了很好的定位：（1）站位腦科學(xué)研究，融合創(chuàng)新，蕃昌神經(jīng)外科學(xué)；（2）腦網(wǎng)絡(luò)外科手術(shù)將成為神經(jīng)外科前的新引擎；（3）吸引跨學(xué)科人才，探索神經(jīng)外科醫(yī)師培養(yǎng)新機(jī)制。21世紀(jì)神經(jīng)外科醫(yī)師將面臨全新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，希望大家一起攜手，共同開創(chuàng)神經(jīng)外科新紀(jì)元。