在最新发布的“国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要”中，我国明确提出要前瞻布局并培育壮大脑机接口等新兴产业和未来产业，彰显了对科技创新和产业升级的高度重视。
“十五五”时期（2026—2030年）是全面建设社会主义现代化国家新征程中承前启后、积厚成势的战略决胜期，更是基本实现社会主义现代化夯实基础、全面发力的关键阶段。这一时期的规划不仅对“十四五”成果的巩固与深化具有重要意义，更为未来五年乃至更长时间的经济社会发展提供了战略指引，在社会主义现代化进程中具有承上启下的重要地位。
同时，“十五五”时期也是加快实现高水平科技自立自强、引领发展新质生产力的关键阶段。面对新一轮科技革命和产业变革的历史机遇，脑机接口领域在未来五到十年将如何发展，成为科研、医疗与产业界共同关注的焦点问题。
为此，我们将通过系统回顾与分析国际顶级科学家团队的探索历程、前沿领域的发展过程，汲取宝贵经验与启示，逐步构建具有前瞻性和战略性的智库支撑体系，为脑机接口领域的创新发展提供参考。
01
前言
近年来，在脊髓损伤这一长期被视为神经康复领域珠穆朗玛峰的医学难题，迎来了一系列重大的科学突破。由瑞士洛桑联邦理工学院Grégoire Courtine教授和Jocelyne Bloch教授领衔的研究团队（G&Jocelyne团队），与医疗科技公司ONWARD密切合作，取得了一系列具有里程碑意义的科技与转化成果。
他们通过脊髓硬膜外电刺激疗法[1]，以及后续更为先进的“神经数字桥梁”脑机接口技术[2]，已成功帮助多位因严重脊髓损伤而完全瘫痪的患者，实现了站立、行走，并恢复了对下肢肌肉一定程度的自主控制。
这一系列成果代表着该领域一次根本性的范式革新。它颠覆了“脊髓损伤功能丧失不可逆”的传统医学观念，将治疗目标从维持性护理，切实地转向了功能性恢复。
G&Jocelyne团队过去十五年的探索工作为我们提供了以下重要启示：
1. 创新理论驱动技术进步：脑机接口领域的突破不仅依赖于电极、芯片等关键技术的研发，更需要创新理论的指引。面向临床重大问题的基础神经科学研究作为持续发展的思想源泉，为技术革新提供了坚实的理论基础。
2. 持之以恒的科研精神：“滴水穿石”这一亘古不变的准则在脑机接口领域同样适用。颠覆性突破从来不是一蹴而就的，而是源于日积月累的深耕细作。该领域的发展需要五到十年长期规划的支持和持续攻关，而非追求短期效应的“大跃进”式发展。
3. 跨领域融合推动原始创新：基础神经科学、技术创新与临床应用三者缺一不可，但真正的突破来自于它们的深度融合。建立“机制-技术-临床”三位一体的融合生态，并通过建设脑机接口科创转化中心，打破交流、合作与机制的壁垒，是实现原始创新的关键要素。
4. 可持续发展导向的产业转化：只有以解决医疗、健康与社会问题为导向的产业转化路径才是可持续且有价值的。健康的科技金融支持体系需要具备科技研判能力的专业化投资，或与科技机构密切合作的投资模式；而泡沫化的金融与资本投入将严重阻碍该领域的发展进程。
02
核心团队
1. Grégoire Courtine教授：科学探索者
作为瑞士洛桑联邦理工学院的神经科学教授与神经修复中心的联合主任，Grégoire Courtine是整个研究项目的科学发起者和核心推动者。他的学术生涯长期聚焦于理解脊髓的工作机制，并致力于开发修复脊髓损伤的有效方法。
该项目的理论基础源于他在动物模型（初期为大鼠，后扩展至灵长类动物）上超过十年的系统性研究[3; 4]。
Courtine教授率先提出了一个关键科学假设[5]：通过时空精准的电刺激，可以重新激活脊髓损伤平面以下的休眠神经环路。围绕这一核心思路，他设计并开展了一系列严谨的实验，逐步验证了其可行性。
他领导的实验室负责从基础神经科学研究（如理解损伤后的神经可塑性），到关键技术开发（如设计和优化电刺激的参数与模式），再到核心算法构建（如开发解码大脑运动意图并将其转化为刺激指令的软件）等所有基础科学工作。
Courtine教授不仅仅是一名杰出的科学家，也展现了超强的领导能力和对患者的人文关怀。他与参与研究的患者建立了深厚的信任关系，这种关系不仅是临床研究的必要条件，也成为他推动技术转化、确保技术发展始终以患者福祉为中心的重要动力。他多次在公开场合表示，其最终目标是推动该技术走出实验室，成为可及的临床治疗方案。
图1 Grégoire Courtine教授
2. Jocelyne Bloch教授：连接科学研究与临床应用的桥梁
若将Courtine教授的工作视为科学蓝图，那么洛桑大学医院的功能神经外科医生、神经修复中心的另一位联合主任Jocelyne Bloch教授，则是将这张蓝图在人体中精确施工的关键执行者。
Bloch教授在神经调控外科领域拥有丰富的临床经验，负责项目的临床部分。她的角色远不止于一名外科医生：作为一名资深临床专家，她深度参与产品及其临床试验方案的顶层设计。
Courtine与Bloch的合作，是基础科学家与临床医生跨学科协作的典范。他们保持着密切沟通，确保了从理论到实践的快速迭代和无缝衔接。这种紧密的伙伴关系是项目成功的关键因素：没有Bloch教授的临床知识和外科技术，Courtine的科学构想无法安全有效地应用于人体；反之，没有Courtine教授的前沿科学和技术原型，Bloch医生也缺少能够从根本上改变治疗格局的新工具。
图2 Jocelyne Bloch教授
3. ONWARD 公司：技术产业化与全球推广的平台
一项突破性的医学技术要实现其社会价值，必须跨越从实验室原型到标准化医疗产品的巨大鸿沟。ONWARD公司正是为完成这一使命而成立的专业平台。这家2014年成立的医疗科技公司，其核心任务就是将Courtine和Bloch教授在神经康复中心开发的创新疗法，进行系统性的产品化和商业化，使其最终能够通过各国监管机构（如美国食品药品监督管理局FDA、欧盟CE认证）的严格审批，成为全球脊髓损伤患者可以使用的医疗产品。
ONWARD的职责具体且关键，它负责将实验室阶段体积较大、操作复杂的原型设备，通过专业的医疗设备工程化流程，设计并制造为可靠、小型化、易于使用的商业化产品（例如其ARC-IM™和ARC-EX™系统）。同时，该公司投入巨额资金，在全球范围内组织和管理大规模、多中心的关键性临床试验，以收集足够的高质量临床证据，证明其技术的安全性和有效性。
总结而言，这一协作体系中的三方角色清晰，相辅相成：Courtine教授提供了项目的科学理论基础和技术创新方向；Bloch教授负责将这些创新技术与产品安全、有效地转化到临床实践中；而ONWARD公司则致力于将经过验证的疗法开发成标准化的商业产品，并推动其在全球范围内的普及。三者紧密合作，共同构成了推动这一重大医学颠覆性突破的完整链条。
图3 ONWARD Medical公司
03
核心科学理念与思路
Grégoire G&Jocelyne团队之所以能够持续引领脊髓损伤治疗领域，其根本原因在于他们提出并验证了一套颠覆性的核心科学理念。这套理念不仅改变了人们对脊髓损伤的传统认知，更通过深入到细胞与分子层面的机制探究，为技术的迭代和优化提供了坚实的理论基石。
1. 颠覆传统认知：从“修复断裂”到“唤醒网络”
长久以来，医学界对脊髓损伤的主流看法是将其视为一种物理上的“断裂”。脊髓被比作一根电缆，一旦被切断，大脑与肢体之间的信息通路便永久中断，其下方的神经组织将因失去上级指令而陷入“死亡”。
图4 不同节段脊髓损伤带来的身体影响，蓝色部分为瘫痪部分 (图源: https://www.escif.org/spinal-cord-injury/)
因此，治疗的终极目标被设定为“修复断裂”，即通过生物或工程手段重新连接断端，这是一个极其困难甚至被认为不可能实现的任务。
然而，Courtine教授的核心洞见彻底颠覆了这一认知。他提出损伤平面下方的脊髓并非一堆失去功能的组织，而是一个拥有巨大潜能、但陷入“休眠”状态的智能网络[6; 7]。这个网络本身就包含了执行行走等复杂运动所需的完整神经环路，即“中央模式发生器”（Central Pattern Generators, CPGs）。
损伤平面下方的脊髓所缺失的仅仅是大脑发出的“启动”和“调控”信号。因此，治疗的哲学不应是去修复那不可逾越的物理鸿沟，而是要设法“唤醒”损伤平面下方的脊髓，并重新激活这个沉睡的脊髓智能网络，并利用神经系统固有的可塑性能力，重塑其控制功能。
图5 严重但不完全性脊髓损伤后，产生运动活动的感觉-运动环路虽然保留，但缺乏维持功能所需的基本调节和兴奋源。下行通路部分保留，但无法激活这些环路来引起肌肉收缩。向损伤部位以下的腰椎或颈椎施加化学和/或电神经调节疗法，可立即使脊髓感觉运动环路对特定任务的感觉输入和残留的脊髓上输入作出反应，从而产生功能性运动。结合神经康复治疗，这种干预措施可促进脑干和脊髓中保留的环路和残留连接的广泛重组，从而介导功能恢复。经过训练后，无需电化学神经调节疗法即可实现运动控制[8]。
2. 深入“黑箱”：支撑性的机制探究
这一革命性的理论建立在团队长达十余年，从动物到人类，从宏观到微观的系统性机制研究之上。他们否定了将脊髓视为一个“黑箱”的假设，而是投入巨大精力去回答“为什么有效”这一根本问题。
在神经环路层面，他们的研究揭示了功能恢复并非依赖单一路径。即便是在临床诊断为“完全性”的损伤中，通常仍有极少数的皮质脊髓束纤维残存。持续的、由意图驱动的康复训练，能够显著加强这些残存连接的信号传输效率[9]。
更重要的是，他们发现大脑的其他下行通路，如下丘脑-脊髓通路[10]，在训练过程中被“募集”并重塑，形成了替代性的“神经旁路”，部分接管了原本由皮质脊髓束负责的运动控制功能。这解释了为何患者能在训练后观察到持续的功能改善。
在细胞分子层面，该团队取得了一项里程碑式的发现：他们成功识别并证明了一群特定的脊髓中间神经元亚群，是介导运动功能恢复的关键角色[11; 7]。这群神经元因表达一种名为Vsx2的转录因子而得名。研究表明，硬膜外电刺激之所以有效，正是因为它能够选择性地激活这些Vsx2神经元，而后者如同一个“指挥中心”，负责整合来自大脑和外周的感觉信号，并精确地协调运动神经元的放电，从而产生协调的行走动作。这一发现将治疗的靶点从模糊的“脊髓网络”精准定位到了具体的“神经元类型”，为刺激方案的精细化设计提供了前所未有的生物学依据。
在再生与修复层面，团队的研究也深入研究了损伤区域的生物学变化。通过在动物模型上的细致观察，他们发现，结合了硬膜外电刺激的强化训练不仅能促进神经环路的功能性重塑，还能在一定程度上诱导损伤区域的轴突发芽[12]。同时，他们也在积极研究这种干预方式如何影响损伤后形成的胶质瘢痕，探索能否将其从一个抑制再生的“屏障”转变为一个支持修复的“桥梁”。
在比较神经生理学层面，G&Jocelyne团队展现了细致观察能力与系统分析的科学方法。他们敏锐地发现并分析了为何在四足动物（如大鼠）身上效果显著的连续电刺激方案，在应用于两足直立行走的人类时效果有限。原因在于，大鼠的行走在很大程度上依赖于来自腿部的本体感觉信号反馈，而连续刺激恰好放大了这一反馈环路。然而，人类大脑对运动的控制更为“霸道”，会主动“屏蔽”或忽略那些与主观运动意图不符的被动感觉信号[2; 13]。这一深刻洞见直接解释了单纯刺激在人体上效果不佳的症结，并催生了后续“神经数字桥梁”技术的诞生——只有当刺激与大脑的运动意图精确同步时，才能真正被人类的神经系统所接纳和利用，从而实现高效的康复。
04
技术演进与核心突破
将“唤醒脊髓网络”这一革命性理论转化为能够改变患者命运的实际技术，是一条充满了挑战、迭代与创新的漫长道路G&Jocelyne团队的成功，不仅在于其科学洞见的深刻，更在于其强大的工程实现能力和面对技术瓶颈时“持续攻关，迭代创新，逢山开路，遇水搭桥”的硬核攻坚精神。
1. 历史的肩膀：从脊髓刺激治痛到硬膜外电刺激促动
脊髓刺激并非凭空出现的技术。早在上世纪80年代，医生们便开始使用脊髓刺激疗法来治疗慢性疼痛。在这些临床实践中，一个有趣的现象被偶然观察到：部分接受脊髓刺激治疗的患者报告称，在刺激开启时，他们的腿部会出现不自主的运动。这一意外发现，为利用电刺激促进运动功能埋下了伏笔[14]。
图6 上世纪经皮脊髓电刺激技术示意图[14]，用于施加主要电刺激的电极（左）贴在目标节段皮肤上，电流穿透皮肤、脂肪和肌肉，到达深层的脊髓，最终流向腹侧的电极（右），形成闭合回路
然而，从“意外发现”到“有效治疗”之间存在着巨大的鸿沟。在2010年前后，尽管全球有多个研究团队开始尝试将脊髓刺激技术应用于脊髓损伤患者的运动功能恢复，但普遍陷入了一个“平台期”。他们使用的多是为镇痛设计的现有电极和刺激方案，效果非常有限且不稳定，通常只能在特定患者身上诱发出一些节律性的、但不受控的腿部摆动，距离真正的功能性行走相去甚远。问题的关键在于，这些早期的尝试是“粗略”的，它们未能解决如何精确地实现电刺激脉冲与脊髓的复杂控制命令进行“对话”。
2. 真正的“护城河”：从粗略刺激到精准神经调控
G&Jocelyne团队之所以能够突破平台期，实现质的飞跃，其真正的“护城河”在于他们建立了一套全新的、基于深刻机理的精准神经调控方法论。他们彻底摒弃了过去那种简单的“高频／低频”、“上／下区域”的试错式刺激模式，开创性地引入了三步走的研发范式：
第一步：计算建模。他们投入巨大精力，开发了高度精细的、个体化的脊髓-电极计算仿真模型。这个模型能够精确模拟植入的电极阵列产生的电流如何在复杂的生物组织中分布，以及这些电流如何影响周围数以百万计的神经纤维和细胞。这使得他们能够在电脑上预测不同刺激参数（如触点组合、频率、脉宽、电流强度）对特定神经元集群的激活效果，尤其是他们发现了至关重要的本体感觉纤维和Vsx2神经元激活特性[15]。
第二步：理论指导实践。基于计算模型的预测，他们不再是盲目地尝试，而是能够有理论依据地设计刺激方案。他们可以精确地选择一组电极触点和参数，以实现对负责启动和维持行走节律的特定神经环路进行靶向激活，同时避免激活那些可能产生干扰或拮抗作用的神经元。这种从理论到实践的转化，是实现“精准”二字的核心[15]。
图7 结合计算建模的精准刺激方案[4]
第三步：实验验证机理。设计出的刺激方案会首先在动物模型上进行严格的测试和优化，并通过电生理记录、光遗传学等先进技术手段，直接验证其是否如模型预测般激活了目标神经元，并深入理解其背后的兴奋/抑制平衡机制。最终，经过充分验证和优化的方案才会被应用于临床试验[16]。
这一套“建模－设计－验证”的闭环研发流程，构成了他们的核心竞争力，并直接指导了其技术演进。
3. “硬核攻坚”的工程哲学：逢山开路，遇水搭桥
在追求精准调控的道路上，G&Jocelyne团队屡次遇到现有工具无法满足其科学研究需求的困境。面对这些工程障碍，他们的选择不是妥协和适应，而是从根源上解决问题，自己动手创造全新的工具。
案例1：重塑电极。他们在研究中很快发现，市面上主流的美敦力565电极，其设计初衷是用于覆盖脊髓背柱以实现镇痛，其宽度和触点布局根本无法满足对分布更广的下肢运动神经根进行精准靶向的需求。面对这一根本性的工具局限，他们没有选择在现有框架下勉强优化参数，而是与孵化出的公司ONWARD合作，从零开始设计、制造并推动了一款全新的、更宽、触点布局更优化的电极阵列（ARC-IM™）上市。这一看似“绕远路”的举动，从根本上解决了工具的物理限制，为后续实现所有精准时空刺激方案奠定了基础[17]。
图8 传统电极（左）与改进电极（右）[1]。相较于美敦力565电极，G&Jocelyne团队研发的电极，增宽了三列电极触点的间隔宽度，同时在靠近尾侧部分设置了四个电极触点，从而实现更加精准的刺激传递方式。
案例2：重构康复环境。团队意识到，传统的悬吊式减重康复设备，虽然能支撑患者体重，但其固定轨道的形式极大地限制了患者在真实三维空间中进行自然的行走探索和平衡训练，这与他们希望促进大脑主动参与的理念背道而驰。于是，他们再次选择了“创造”。团队自行研发了一套名为RYSEN的智能机器人重力辅助系统[18; 19]。该系统通过天花板上的移动机器人，允许患者在水平面（X-Y轴）上自由移动，同时通过一条缆绳提供精确可调的垂直（Z轴）减重支持和安全保护。这个系统本身就是一项重大的工程创新，它为患者提供了一个前所未有的、更接近真实世界的训练环境，极大地提升了康复训练的自由度和效果。
图9 脊髓损伤患者康复环境（图源：https://www.wingsforlife.com/uk/latest/neurons-that-restore-walking）
这种“从根源上解决问题”的硬核攻坚理念，使得G&Jocelyne团队能够不断突破现有技术的天花板，为科学探索扫清工程障碍，确保了他们的科学构想能够被完美地付诸实践。
4. 技术演进三部曲
在上述“精准调控”理念和“硬核攻坚”理念的指引下，G&Jocelyne团队的技术路线清晰地呈现为三个循序渐进的阶段：
阶段一：靶向性硬膜外电刺激
这是最初的突破。通过使用定制化的电极和基于计算模型优化的刺激参数，实现了对腰骶部脊髓特定节段的靶向激活，能够唤醒沉睡的行走网络，让下肢瘫痪多年的患者在刺激开启和自身意图的驱动下，重新实现站立和行走[1; 17]。
阶段二：时空靶向性刺激 (Spatio-temporal Stimulation)
这是对硬膜外电刺激的重大升级。团队意识到，行走是一个动态过程，不同肌肉群的激活在时间和空间上都有着精确的顺序。因此，他们开发了能够实时改变刺激位置和时序的“时空靶向”方案。刺激不再是持续不变的，而是像一位精确的指挥家，模拟自然行走时神经信号的流动，依次激活屈肌和伸肌对应的神经根，从而产生更自然、更流畅、更高效的步态[4]。
图10 时空靶向性刺激助力脊髓损伤患者进行自由活动
阶段三：“神经数字桥梁”-脑-脊接口 (Brain Spinal Interface, BSI)
这是迄今为止最重大的飞跃，旨在解决完全性脊髓损伤患者大脑意图无法下达的根本问题。通过在大脑运动皮层植入传感器（Brain，B），在脊髓植入硬膜外电刺激系统（Spine，S），并用先进的解码算法和无线通信技术将两者连接起来（Interface，I），他们成功搭建了一座“神经数字桥梁”。大脑中“行走”的意图被实时解码，并转化为指令，直接驱动脊髓刺激器，从而恢复了患者对腿部运动的自主控制[20; 2]。
图11 BSI实现患者对腿部运动的自主控制
5. 电刺激与康复协同策略
G&Jocelyne团队深知，单一的电刺激并非万能。康复是一个多因素共同作用的复杂过程。因此，他们始终强调协同策略的重要性。
早期探索：在早期的动物实验中，为了配合电刺激进行高强度的步态训练，他们就曾为大鼠开发了运动辅助系统，用于带动大鼠后肢进行康复训练[18]。
临床整合： 在后来的临床试验中，他们将这一理念发扬光大。患者在接受硬膜外电刺激治疗的同时，会结合使用机器人外骨骼或RYSEN重力辅助系统进行训练。更进一步，他们实现了硬膜外电刺激刺激系统与外骨骼控制系统的同步触发，当外骨骼带动腿部运动时，硬膜外电刺激会同步发出匹配的刺激信号，这种“主动＋被动”的协同输入，能够最大程度地激活神经可塑性，显著增强康复效果[1]。
综上所述，G&Jocelyne团队的技术演进之路，是一部将深刻的科学洞见、严谨的工程方法论与持续攻关的创新理念相结合的科技诗篇。他们不仅创造了技术，更创造了实现技术所需的全套工具和环境，从而稳健地将脊髓损伤治疗带入了一个全新的纪元。
05
ONWARD的商业化
路径与产品管线
一项革命性的技术，若想真正改变世界，就必须走出实验室，转化为可及、可靠、可用的产品。为此，Grégoire Courtine和Jocelyne Bloch联合创立了神经科技公司ONWARD。该公司的核心使命是开发和商业化其创新的脊髓刺激疗法。其产品管线主要由两大系统构成：植入式的ARC-IM™系统和体外无创式的ARC-EX™系统，两者针对不同的临床需求，形成了互补的解决方案。
1. ARC-IM™ 系统 (植入式)
ARC-IM™是ONWARD的旗舰平台，代表了其最前沿的植入式神经调控技术，主要针对功能恢复需求更为迫切的中重度慢性脊髓损伤患者。
图12 ARC-IM™ 系统
1.1. 构成：
该系统主要由两部分植入物组成：
ARC-IM™ 电极 (Paddle Lead): 这是一个经过精心设计的片状电极，与传统的用于疼痛管理的细长电极不同，它的面积更宽、覆盖范围更大。这种设计使其能够精准地覆盖负责下肢运动和感觉的腰骶段脊髓的多个背根神经。
植入式脉冲发生器 (IPG): 这是一个功能强大的微型计算机和电池，类似于心脏起搏器，通常植入于患者的腹部或臀部的皮下。它负责产生精确的电脉冲，并通过导线传递给ARC-IM™电极。
1.2. 原理：
ARC-IM™系统基于靶向性硬膜外电刺激原理。IPG发出的电脉冲能够实时、精确地作用于脊髓特定区域。这种刺激并非强行“命令”肌肉收缩，而是通过调节特定神经元的兴奋性，“唤醒”损伤平面以下处于休眠状态的脊髓神经网络。这使得该神经网络能够重新接收并处理来自大脑的微弱残留信号，或响应患者的运动意图，从而协同大脑完成自主的运动控制。
1.3. 应用：
核心应用1：恢复下肢运动功能
这是ARC-IM™系统最引人瞩目的应用，并在多项临床研究中得到验证。通过将ARC-IM™电极植入腰骶段脊髓，结合个性化的康复训练，该系统已被证实能够帮助完全或不完全性脊髓损伤患者恢复下肢的自主运动能力。
临床表现： 患者能够在刺激开启的状态下，凭借自身意愿控制双腿，实现站立、行走、甚至骑行和游泳等更复杂的动作[17]。
进阶应用： 在最新的“脑-脊接口”研究中，ARC-IM™系统作为“神经数字桥梁”的输出端，接收来自大脑解码的运动意图，实现了更自然、更实时的步态控制，标志着该应用领域的重大飞跃。
核心应用2：改善自主神经功能（如调控血压稳定性）
除了恢复运动功能，ARC-IM™系统在调节因脊髓损伤而紊乱的自主神经功能方面，也显示出巨大的临床价值。
问题背景：许多高位脊髓损伤患者患有严重的直立性低血压，即从躺卧位变为坐位或站位时，血压会急剧下降，导致头晕、黑朦甚至昏厥。这不仅严重影响生活质量，也极大地阻碍了康复训练的进行。
解决方案：临床研究发现，对腰骶段脊髓的硬膜外电刺激能够有效稳定患者的血压。通过激活负责调节血管收缩的交感神经通路，ARC-IM™系统可以帮助患者在改变体位时维持正常的血压水平[21; 22]。
临床意义：这一功能是实现运动康复的前置基础。通过稳定血压，患者能够进行更长时间、更高强度的站立和行走训练，从而形成一个“稳定血压 → 促进康复 → 进一步改善整体健康”的良性循环。
2. ARC-EX™ 系统 (体外无创系统)
ARC-EX™是ONWARD的无创解决方案，它提供了一种无需手术、更为便捷的神经调控方式，拓宽了疗法的适用人群和应用场景。
图13 ARC-EX™ 系统
2.1. 构成：
该系统完全在体外使用，主要包括：
体外刺激器：一个便携的设备，用于生成和控制电刺激程序。
皮肤电极片：特制的电极片，贴在患者目标脊髓节段对应的皮肤表面（如颈部或背部）。
控制软件：运行在平板电脑上的应用程序，供治疗师和患者设置和调整刺激参数。
2.2. 原理：
ARC-EX™系统采用经皮脊髓刺激 (Transcutaneous Spinal Cord Stimulation) 技术。电流通过皮肤电极片，以无创的方式穿透皮肤、脂肪和肌肉组织，在目标脊髓区域形成一个电场。尽管其精确度低于植入式系统，但该电场仍能有效调节脊髓神经网络的兴奋性，促进神经功能的恢复。
2.3. 应用：
核心应用：恢复上肢功能
对于颈部脊髓损伤所致四肢瘫痪的患者而言，恢复手和手臂的功能对于提升生活自理能力至关重要。ARC-EX™系统在该领域展现了巨大的潜力。
应用方式：将电极片贴在患者颈部皮肤上，针对控制上肢运动的颈段脊髓进行刺激。
临床效果：结合针对性的上肢功能训练，ARC-EX™疗法已被证明能够显著改善患者的手臂力量、手部抓握力和精细运动控制能力。多项研究表明，经过一段时间的治疗，患者在执行如吃饭、写字、使用电子设备等日常活动方面的独立性得到显著提高[23]。
应用优势：其无创、易于使用的特性，使其非常适合在康复中心早期介入，或作为一种评估工具来筛选可能从植入式疗法中受益的患者。
06
成功的启示深远影响与未来展望
Grégoire Courtine教授与Jocelyne Bloch教授团队及其公司ONWARD的成就，不仅仅是一系列令人振奋的技术突破，更是一种科研范式和转化路径的成功典范。它的深远影响，源自其扎实的科学理论研究基础，并指向一个充满无限可能的未来。
1. 成功的基石：严谨的科研范式与稳健的转化路径
在当今这个追求快速迭代和“弯道超车”的时代，G&Jocelyne团队的成功显得尤为可贵，其根基在于一种近乎古典、却极其稳健的科研哲学。
稳扎稳打，由浅入深： G&Jocelyne团队的每一项重大临床突破，背后都有长达数年、甚至十数年的动物实验（从大鼠到非人灵长类动物）作为坚实的基础。这种“从动物到人，步步为营”的经典转化医学范式，虽然耗时更长，但确保了技术的安全性和有效性在进入人体试验前得到了充分的验证和优化。例如，在实现“神经数字桥梁”之前，团队早已在灵长类动物模型上成功验证了其可行性[24]。
机制为先，知其所以然：G&Jocelyne团队的另一个显著特点是，他们投入了巨大的精力去回答“为什么有效？”，而不仅仅是展示“它有效”。他们利用最先进的分子生物学、遗传学和成像技术，深入探究电刺激疗法作用于神经通路、特定细胞亚群乃至基因表达层面的具体机制[8]。这种对“所以然”的执着追求，不仅极大地增强了技术的可靠性和可预测性，也为整个神经科学领域贡献了宝贵的知识财富。
正是这种不走捷径的严谨态度，这种对基础科学的尊重和对临床转化的审慎，构成了他们能够持续引领该领域、不断取得颠覆性成果的根本原因。
2. 深远影响：重塑生命与科学
基于如此坚实的科研基础，这项技术正从多个层面产生着深远的影响。
2.1. 对患者的意义：从“改善”到“重建”独立生活
这项技术为脊髓损伤患者带来的，已远不止是身体功能的些许改善。它正在重新定义功能重建的“可能性”。
恢复核心功能： 通过ARC-IM™和ARC-EX™系统，患者不仅能够恢复行走、站立等下肢运动能力，还能改善手部功能、稳定血压、控制膀胱。这些都是维持生命尊严和实现独立生活的核心要素。
实现生活场景的回归：正如Gert-Jan Oskam可以背着便携设备在社区自由活动，这项技术的终极目标是让患者回归家庭、回归社会，能够独立完成购物、工作、社交等日常活动。这是一种从依赖他人到重获自主权的根本性转变。
促进神经再生：更令人惊喜的是，长期接受靶向性硬膜外电刺激训练后，部分患者即使在刺激关闭的状态下，其运动功能也表现出了一定程度的恢复。这表明该疗法不仅是功能性的辅助”，更可能诱导了脊髓神经网络的重塑和再生，为“ 治愈”带来了曙光。
2.2. 对神经科学的贡献：创新的研究方法论
G&Jocelyne团队的工作不仅是应用科学的胜利，更是基础科学研究方法论的革新。他们开创了一套独特的研究闭环理论：
提出假说：基于对神经科学的深刻理解，提出关于神经调控的新理论。
技术开发：创造出能够验证该假说的时空特异性硬膜外电刺激电极、BSI解码算法等全新工具。
实验验证：在动物模型和人体上进行严谨的实验，验证假说并观察现象。
机制探究：利用实验数据和生物样本，反过来深入探究背后的神经机制。
这种“以工程技术驱动科学发现，以科学发现指导技术优化与临床应用”的模式，为探索大脑和脊髓等复杂系统的功能提供了一个强有力的范例，其影响力已远远超出了脊髓损伤领域本身。
3. 未来展望：无限拓展的边界
站在已有成功的基础上，G&Jocelyne团队的研究及ONWARD的技术平台展现出广阔的拓展潜力。
3.1. 病症的拓展
帕金森病：G&Jocelyne团队已经将在脊髓损伤研究中积累的经验应用于帕金森病[25]。初步研究表明，针对性的脊髓刺激可以显著改善帕金森患者的步态冻结和平衡障碍，且可能比现有的脑深部电刺激更安全、副作用更小。
中风：中风是导致成年人长期残疾的主要原因之一。脊髓或大脑皮层的电刺激，有望促进中风后运动功能的恢复。
其他神经系统疾病：脑瘫、多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化症等多种以运动功能障碍为特征的疾病，都有可能成为这项技术的潜在适应症。
3.2. 技术的融合与智能化
与人工智能（Artificial Intelligence，AI）的深度融合：未来的刺激策略将更加智能化。AI算法可以实时分析患者的生物信号（脑电、肌电、运动学数据），自动优化刺激参数，实现真正个性化、自适应的“闭环”治疗。
与生物材料和再生医学的结合：电刺激疗法可以与干细胞移植、神经生长因子等生物疗法相结合，创造一个更有利于神经再生的微环境，从而起到“1+1>2”的协同增强效果。
更微创、更智能的硬件：未来的植入物体积将更小、生物兼容性更高，甚至可能实现自体供电。体外设备将更加隐形、无感，完全融入患者的日常生活。
从瑞士洛桑的一间实验室出发， G&Jocelyne团队和ONWARD公司不仅为无数脊髓损伤患者点燃了重生的希望，更以其严谨的科研范式和稳健的转化路径，为整个神经科学和转化医学领域树立了新的标杆。
G&Jocelyne团队和ONWARD公司正在书写的，是一个关于科学、勇气和生命奇迹的伟大故事，而这个故事的未来，才刚刚开始。
撰文：修嘉，刘炯晖，王守岩
审核：王守岩
王守岩
复旦大学神经调控与脑机接口研究中心主任、中国神经科学学会神经调控基础与转化分会主任委员
参考文献
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附录：Grégoire G&Jocelyne团队近十五年重要论文汇总列表
[1]Phillips, Aaron A., et al. "An implantable system to restore hemodynamic stability after spinal cord injury." Nature Medicine 31.9 (2025): 2946-2957.
[2]Hankov, Nicolas, et al. "Augmenting rehabilitation robotics with spinal cord neuromodulation: A proof of concept." Science Robotics 10.100 (2025): eadn5564.
[3]Cho, Newton, et al. "Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury." Nature Medicine 30.12 (2024): 3676-3686.
[4]Moritz, Chet, et al. "Non-invasive spinal cord electrical stimulation for arm and hand function in chronic tetraplegia: a safety and efficacy trial." Nature Medicine 30.5 (2024): 1276-1283.
[5]Milekovic, Tomislav, et al. "A spinal cord neuroprosthesis for locomotor deficits due to Parkinson’s disease." Nature Medicine 29.11 (2023): 2854-2865.
[6]Squair, Jordan W., et al. "Recovery of walking after paralysis by regenerating characterized neurons to their natural target region." Science 381.6664 (2023): 1338-1345.
[7]Lorach, Henri, et al. "Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface." Nature 618.7963 (2023): 126-133.
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[14]Cho, Newton, et al. "200 Unbiased Interrogation of Whole Brain Circuits Identifies Neurons That Restore Walking After Spinal Cord Injury." Neurosurgery 68.Supplement_1 (2022): 61.
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[16]Rowald, Andreas, et al. "Activity-dependent spinal cord neuromodulation rapidly restores trunk and leg motor functions after complete paralysis." Nature Medicine 28.2 (2022): 260-271.
[17]Kathe, Claudia, et al. "Wireless closed-loop optogenetics across the entire dorsoventral spinal cord in mice." Nature Biotechnology 40.2 (2022): 198-208.
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来源：脑机接口产业未来
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