脑重塑，让残障人群重新起舞

　　严重创伤、脑中风等意外和疾病，是造成上肢残障的主要病因。仅我国因此而造成的终身残疾者就达三千余万，如何重建此类残障人群的肢体功能，一直是国际性的医学难题。

　　由复旦大学附属华山医院徐文东等完成的科技进步奖特等奖项目《基于脑可塑理论新发展修复残障上肢功能的新方案》，历经十余年的研究，创新性地拓展了脑可塑理论，首次提出“神经可塑可以调控，改变大脑可以增强外周”理念，在此基础上提出中国原创方案、技术和方法，并应用于各种原因导致的上肢严重残障、残缺治疗中。

　　这一方案，颠覆了传统思维定式，避开损伤半球，而着力于开发健康半球的潜能，不仅创造性地提出了治疗中枢神经疾病的全新途径，而且深化了我们对于大脑及其神经系统的认识，对于促进人工智能产业的发展也具有启示意义。在国内，该研究系列成果已在全国范围十余家著名大型医院（医联体）推广，造福患者2500余例；国际上，已在美国、法国等著名机构得到了应用，并吸引德国的患者来沪就医治疗，取得了显著的社会、经济效益和一定的国际影响力。

　　早在1872年，国际最具影响力的医学期刊《新英格兰医学杂志（NEJM）》就曾经提出过革命性的观点：一侧大脑半球可以影响两侧的躯体。一百多年来，科学家们始终在探索，一侧大脑真的有能力同时控制两侧肢体么？如果有，怎么能够把瘫痪的肢体连接到同侧大脑呢？

　　突破出现在1986年。当时的华山医院手外科的顾玉东教授遇到了一位车祸外伤的29岁病人，车祸外伤让他一侧的臂丛神经根撕脱性断裂，与中枢神经彻底分离。这样的“根性撕脱”造成的上肢瘫痪，在以往通常是不治之症。顾玉东突破手术禁区，在积累了上千例患者治疗经验后，于国际上首创了“健侧颈七移位术”，从病人健康上肢中取出一根颈7神经借给患病的一侧，从而让瘫痪的手臂重新动了起来。

　　作为顾玉东的学生，徐文东在负责对此类患者进行术后的随访中发现了诸多难以解释的临床现象，其认知完全被颠覆了。为了证实他发现的临床现象不是偶然的，16年后，徐文东教授历经千辛万苦找到了当年第一位接受健侧颈七移位术的患者，他惊喜地发现，触摸患者瘫痪侧的手指尖，另一侧手指同样有被触摸到的感觉。徐文东敏锐地意识到，大脑可能存在一种尚未被重视和利用的重要代偿手段——脑神经可塑机制。在这一机制下，大脑中的运动中枢和感觉中枢都具有一侧半球同时控制双侧上肢的潜能。

　　从2002年开始，徐文东团队开始研究挑战“左右颈七互换”的手术方案，将瘫痪的一侧上肢的臂丛神经移位连接到健康的一侧大脑。经过反复验证，徐文东团队提出了中枢损伤后偏瘫治疗的中国方案：避开修复损伤大脑半球的传统思路，而着力于开发健康半球的潜能，通过“左右颈七神经互换”显微手术，使“一侧健康半球在支配对侧健康上肢时，也支配同侧瘫痪上肢”，开辟了“通过外周功能的改变治疗中枢损伤”的新领域。术后瘫痪上肢功能的患者实现了生活自理，至今这种新方法在临床应用已400余例。

　　相关论文于2017年在《新英格兰医学杂志（NEJM）》发表，这是该刊第一篇由中国学者独立完成的外科原创论著。杂志为此专发长篇社论: “创造性地通过切断外周神经并（左右）互换治疗中枢神经疾病，是全新的途径”。入选 “颠覆性(Game Changer)的、在推进医疗实践具有最重要意义”的“2018年NEJM最受瞩目论文”，并名列榜首”，且列为“2018年中国十大医学科技新闻”。

　　除了手术创新，徐文东团队还通过动物实验和对患者脑功能及神经电生理长期研究证实：互换术后，健康半球是在原本单独支配对侧健康上肢的功能区中，通过“脑可塑变化”，“分离”出一个“新生功能区”，与同侧瘫痪上肢产生生理连接，继而实现独立支配，从而实现了健康侧大脑管双手。它首次证实大脑可塑性可以“被诱发和被调控”，是脑可塑理论体系的创新发展。对此，《NEJM》杂志评价 “为解释神经解剖学和神经生理学的基本问题提供了机会！”。

　　基于这一发现，徐文东团队还开发出多种神经移位术，重建残障肢体功能。对于肢体严重残缺的患者，徐文东团队与上海交通大学张定国教授团队开展医工结合项目的合作研究，在多维度开发仿生学假肢，让假肢也能够通过大脑控制，达到国际先进水平。对于一侧上下肢同时偏瘫的患者，团队基于脑可塑理念将神经移位手术方案拓展延伸至下肢功能障碍的治疗，进一步促进下肢功能的恢复，目前已成功治疗一位脑出血后单侧上下肢偏瘫的民族舞女孩，术后通过一段时间的恢复训练民族舞女孩已重新翩翩起舞……

上海科技功臣田禾

（1962年7月——）

　　中国科学院院士，发展中国家科学院院士。现担任华东理工大学学术委员会主任，费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心主任，结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室主任，教育部“材料生物学与动态化学”前沿科学中心首席科学家。

　　改革开放之初的1978年，田禾离开出生地新疆跨入了大学校门。1989年华东理工大学博士毕业留校任教至今，与上海结缘逾三十载。

　　从国际上最早开展染料敏化太阳能电池研究，到国际首次利用荧光信号表征分子机器运动状态，从原创性提出振动诱导发光（VIE）新概念和新机制，再到开创动态共价键、非共价键及光响应基团构建智能超分子聚合物新策略……田禾教授深耕有机功能分子材料的基础与应用研究，为我国化学领域在国际范围内实现从跟跑到并跑的转变作出重大贡献。

　　经过长期的研究积累，田禾院士在功能分子机器及超分子聚合物、振动诱导发光机理、染料敏化太阳能电池、新颖分子探针等方面，取得了系统性与创新性成果。

　　瞄准分子机器这个世界最前沿尖端的科学问题，田禾院士带领研究团队，针对分子机器的状态表征方法复杂、难度大以及信号读出灵敏度低的缺点，首次提出用荧光信号来表征分子机器运动状态的思路，构建了一系列光学输出信号的功能分子机器，解决了分子尺度上精确表征分子机器运动的关键问题，创新发展了微观分子机器在界面定向排列的方法，实现了分子机器在微纳米尺度下的功能输出。

　　如何使微观分子机器实现功能化和实用化？这是众多国际科研团队面临的前沿挑战。田禾院士带领研究团队，创新性地将分子机器与纳米颗粒进行连接，精准实现了人工分子肌肉在分子尺度的收缩—舒张功能，并巧妙地将分子机器横跨细胞的磷脂双分子层，首次实现人工分子机器在离子跨膜运输领域的应用，为分子机器的功能化与实用化提供了新思路。

　　“提供了一种分子机器运动的便捷信号响应方式，解决了多重复杂逻辑电路这一挑战性难题。”2016年诺贝尔化学奖得主J. F. Stoddart教授在其最新的专著中，先后30余次对田禾院士在分子机器领域的创新成果正面引用并给予高度评价，其中配图详细论述22次。

　　田禾院士利用原创提出的VIE分子设计理念，构建了一系列生物分子探针，使其在精准检测上显现出巨大潜力。外国同行高度评价田禾院士在VIE领域的开创性贡献，称“这个闪耀的突破激发出荧光膜探针的设计灵感”。

　　田禾院士还与团队聚焦解决功能染料的“卡脖子”技术难题，发展了一系列具有自修复功能的聚合物，极大地拓展了超分子聚合物在生物及智能材料领域的应用，切实促进成果转化推动社会经济效益发展。其中，光变色浓缩液、光变色树脂等研究成果已成功应用于变色镜领域，支撑民族企业占领全球市场60%以上的份额。

　　田禾院士从全球范围内引进诺贝尔化学奖得主等多位国际知名教授，先后领衔建设教育部结构可控分子工程国际合作联合实验室、教育部结构可控分子工程创新引智基地，上海市精准化学国际联合实验室以及相关的国际合作平台，并在华东理工大学建设费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心，以此作为上海市建设具有全球影响力的科技创新中心的重要承载区之一，进一步促进有机智能材料与分子工程的源头创新，努力在动态化学领域引领学科未来发展。

　　“这里将设立化学合成的人工智能实验室，提升新材料、新能源的研发速度。”田禾表示，现在很多化学合成还像“手工作坊”，今后这些合成任务可以交给AI机器，它们可以24小时连续工作，这将大大加快研发的速度。（陈冰）