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人物素描

擁有無盡浩瀚和日月星辰的宇宙，是幾千年來人類極力渴望探索卻仍覺神秘的世界。而人類的大腦，與神奇的宇宙極為相似，數(shù)百億個神經(jīng)元彼此相連，共同操控著人類的每一個動作與每一次感知，復(fù)雜且精密。因其重量只約3磅，故被科學(xué)家們稱為“三磅宇宙”。

大腦和宇宙，是人類探索物理世界的最后兩處未被征服之地。以現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)來看，探明顱腔就像征服浩瀚星辰一樣，前路漫漫。在無數(shù)科學(xué)家的努力探索下，人類對這個人體“小宇宙”的認(rèn)知仍然不到10%。目前，臨床上有上千種與之相關(guān)的疾病，約占人類總疾病的11%。發(fā)病率高、診斷困難、預(yù)后不良……這些都給無數(shù)患者和家庭帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。

為此，有許許多多的科技工作者正在努力著。本期的受訪者，天津大學(xué)醫(yī)學(xué)院副院長、先進(jìn)醫(yī)用材料與醫(yī)療器械全國重點實驗室副主任劉秀云就是其中之一。

“作為醫(yī)工交叉領(lǐng)域的科技工作者，我們致力于通過開發(fā)工程技術(shù)，解決實際臨床中腦部及神經(jīng)的相關(guān)問題。”在天津大學(xué)醫(yī)學(xué)院，記者見到了劉秀云，簡單利落的話語配合纖細(xì)身形的肢體動作，作為聽眾，很難不被她的節(jié)奏和氛圍所吸引。劉秀云說，因為從小就喜歡物理和生物，所以在報考時她選擇了天津大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)?！拔腋赣H其實挺想讓我當(dāng)醫(yī)生，但我喜歡工科，于是就綜合了一下，選擇了這個專業(yè)。”

在天大醫(yī)學(xué)院，她感受到了學(xué)科交叉的魅力，“早在1978年，天大就與當(dāng)時的天津醫(yī)學(xué)院聯(lián)合開辦了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，開創(chuàng)了我國聯(lián)辦專業(yè)的先河?！碑厴I(yè)設(shè)計時，她加入了神經(jīng)工程團(tuán)隊。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，劉秀云不僅能運用她喜愛的物理、生物等基礎(chǔ)學(xué)科的知識不斷地觀察、認(rèn)識世界，還能打破這些學(xué)科的邊界，合力轉(zhuǎn)化為許多新的認(rèn)知。所以，即使理論再晦澀、實驗再枯燥，劉秀云也不會覺得乏味，因為她覺得自己選對了路。

懷著對專業(yè)的熱愛，碩士畢業(yè)的劉秀云只身前往英國劍橋大學(xué)繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。“那段時間，我主修的是重癥麻醉與腦科學(xué)，也就是現(xiàn)在我從事的主要領(lǐng)域之一。”在那里，劉秀云接觸到了許多的前沿理論與探討，這也使得她對自己未來的研究方向有了深入的思考。她認(rèn)為，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)工交叉與人工智能在重癥監(jiān)護(hù)室與手術(shù)室的作用會越來越大，“這將會決定我們對急危重癥患者的拯救能力，同時這也是健康中國建設(shè)和新質(zhì)生產(chǎn)力的核心力量之一?！?/p>

為了能有更深刻的理解和認(rèn)識，劉秀云在完成博士學(xué)業(yè)后又來到美國加州大學(xué)舊金山分校及約翰霍普金斯大學(xué)進(jìn)行博士后研究?！霸诿绹膶W(xué)習(xí)經(jīng)歷，讓我對學(xué)科交叉又有了新的體會和感受。”劉秀云回憶說，她的三位導(dǎo)師研究的領(lǐng)域各不相同，分別是基礎(chǔ)學(xué)科、兒科以及心臟科?！叭粚?dǎo)師在一起很認(rèn)真地制定了符合我個人學(xué)科背景的科研課題，橫跨醫(yī)工、臨床與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)。同時做三個課題很有挑戰(zhàn)，但是收獲和成長也特別多?！?/p>

2021年，劉秀云結(jié)束了近十年的海外求學(xué)生涯，回到她的母校天津大學(xué)。對此，她認(rèn)真向記者解釋說：“回國是追求初心。我從小就想當(dāng)一名科學(xué)家或是老師，所以在國外的時候，除了認(rèn)真做好科研工作，我也特別留意了幾個學(xué)校課程體系的不同，博士后第一年就參與了學(xué)校組織的未來教授培訓(xùn)計劃，學(xué)習(xí)一些好的經(jīng)驗?！背藢崿F(xiàn)自己的理想外，促使劉秀云回國的另一個原因就是國內(nèi)的科研氛圍?！拔抑車耐瑢W(xué)，大多數(shù)都選擇了回國發(fā)展，這些年大家能真切感受到國家對青年科技工作者的關(guān)愛，無論是硬件平臺還是政策方面，都給予了我們大力的支持?！?/p>

回到天大醫(yī)學(xué)院任教后，劉秀云繼續(xù)致力于探索腦部疾病及神經(jīng)重癥這個全球人類健康面臨的重大難題。多年來，她聚焦麻醉與重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)工結(jié)合研究工作，為一線醫(yī)生提供了精準(zhǔn)的治療手段及策略。由她開發(fā)的多窗個性化最佳腦灌注技術(shù)，已被應(yīng)用于美國約翰霍普金斯醫(yī)院等臨床診斷中；同時，她還在國內(nèi)首次引入腦脊液動力學(xué)評估技術(shù)，并聯(lián)合腦機接口、蛋白組學(xué)開展腦積水患者精確診斷與干預(yù)，大大縮短了患者的診斷時間，該技術(shù)已在天津環(huán)湖醫(yī)院、天津總醫(yī)院、北京航空總醫(yī)院等醫(yī)院應(yīng)用。目前，劉秀云正在帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行神經(jīng)重癥腦疾病機理探究及診療新技術(shù)的研發(fā)，并努力在此基礎(chǔ)上研發(fā)出國產(chǎn)高端醫(yī)療器械。

在談及科研時，劉秀云的臉上滿是認(rèn)真與專注，可一提到學(xué)生們，她的表情就立馬變成了寵溺的微笑。在學(xué)院的展板前，她特意向記者介紹了學(xué)生們?yōu)榻ㄔ褐苣陸c所創(chuàng)作的畫作，“這些都是小朋友們畫的，他們把自己的想象和理解融入到畫作里，用獨特的視角來詮釋對生命的熱愛?！薄靶∨笥选笔莿⑿阍茖W(xué)生的愛稱?！疤齑蟮膶W(xué)生都有著實事求是的好品格，而且非常踏實努力，學(xué)院求仁求是的院訓(xùn)對正向引導(dǎo)學(xué)生成長十分關(guān)鍵?！眲⑿阍普f，天大醫(yī)學(xué)院每年都會開設(shè)“開學(xué)第一課”，邀請知名院士專家來分享成長經(jīng)歷，“我覺得這門課很好，科技在不斷創(chuàng)新發(fā)展，但家國情懷、科學(xué)家精神等我們要更好地傳承下去。”

在講她的工作時，劉秀云眼里始終充滿著光，那份光是她對專業(yè)的熱愛與對社會的感恩?！皬氖乱粋€自己喜歡的事業(yè)，是人生中最幸福的事情，我很感恩這份幸福！”劉秀云說。

獨家對話

記者：一直以來，您在醫(yī)工結(jié)合尤其是腦機交互方面重點做了哪些工作？其難點有哪些方面？

劉秀云：腦機交互曾是科幻作品里常見的場景，近幾年隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們在新聞報道中也看到了其在現(xiàn)實場景中的一些應(yīng)用，比如讓失語者“開口說話”、通過“意念”指揮機械等。

我們在團(tuán)隊負(fù)責(zé)人明東教授的帶領(lǐng)下，正在從事腦機交互技術(shù)在臨床上的應(yīng)用研究，重點關(guān)注了麻醉重癥和腦積水這兩個方面。比如在麻醉重癥上，我們會通過腦電的信號去評價患者的麻醉深度；再比如說，我們剛才說的通過腦機交互技術(shù)來診斷腦積水或者是阿爾茨海默病，或是我們通過一些其他的生理多模態(tài)信號去診斷患者是不是譫妄，提前預(yù)估患者術(shù)后的并發(fā)癥等。

從科研和技術(shù)攻關(guān)的角度來說有以下幾個難點，首先是前期的腦電信號以及生理微弱電信號的采集，比如說芯片、相關(guān)的電極等，我們怎么可以更好、更精準(zhǔn)、更快速地把微弱的電信號采集出來，這是一個最基本的前端科研攻關(guān)技術(shù)難題。其次就是采集到這個信號，我們要進(jìn)行信息解讀，這就有了相應(yīng)的算法、核心的一些指標(biāo)等，包括我們說的腦機交互范式，比如我們怎么提取聽覺、視覺相應(yīng)的腦電信號，這些都需要進(jìn)行相應(yīng)的研究。最后，就是我們說的應(yīng)用和集成，這些提取出來的信號怎么去展示、怎么去顯示呈現(xiàn)出來，從而應(yīng)用于終端的控制，也是需要著重攻關(guān)的。

記者：您剛剛提到腦機交互在針對腦積水患者上已經(jīng)有了實際的臨床應(yīng)用，能否簡單介紹一下？

劉秀云：人們應(yīng)該都會見到過記憶減退、認(rèn)知功能下降、走路不穩(wěn)、經(jīng)常摔跤、尿失禁的老人，或者是一些腦袋比正常孩子要大的大頭娃娃。醫(yī)生通常會讓這些患者去做一個CT或者核磁檢查，在這些影像上，我們會發(fā)現(xiàn)他們的腦室有擴張，那么造成腦室擴張有很多的原因，腦積水和腦組織凋亡是常見的原因之二。

這就涉及了兩種疾病的診斷，一個是腦積水，一個是阿爾茨海默病。據(jù)全球統(tǒng)計，我們每5000個人里邊就有兩三個人是腦積水患者，而腦積水的誤診率高達(dá)1/3。此外，我們傳統(tǒng)的診斷方法不客觀、不精準(zhǔn)，同時需要患者在臨床上待大概2至3天的時間，大大占用了臨床資源，增加了臨床開支。而腦機交互技術(shù)的發(fā)展，就為這類患者提供了一個更好的辦法，可以既精準(zhǔn)又快速地幫助醫(yī)生進(jìn)行診斷。另外，對于腦積水的治療，臨床上目前也沒有無創(chuàng)的方法。我們對此也正在進(jìn)行無創(chuàng)的神經(jīng)刺激和相應(yīng)的一些藥物開發(fā)，希望能夠為腦積水患者帶來新的福音。

除了上述疾病，我們也在利用工程技術(shù)手段對其他相關(guān)疾病進(jìn)行相應(yīng)的研究，進(jìn)行臨床瓶頸問題的突破。希望通過這些工程技術(shù)，我們能夠提高患者的滿意度、降低患者的開支，同時降低患者的死亡率。

記者：在前沿技術(shù)的開發(fā)上，我們了解到目前天大醫(yī)學(xué)院開發(fā)有兩款芯片，請您介紹一下它們的特點及應(yīng)用。

劉秀云：天津大學(xué)聯(lián)合中國電子等自主研發(fā)了兩款腦語者芯片，一個是C系列，一個是D系列，用于神經(jīng)電生理信號的采集與解析。

目前，采集芯片已經(jīng)迭代到了第三代，不僅填補了國內(nèi)在腦機交互專用芯片領(lǐng)域的空白，也打破了國外的技術(shù)壟斷，相關(guān)核心指標(biāo)對標(biāo)甚至超越了國際上主流芯片。目前，編解碼芯片也已經(jīng)流片，為國產(chǎn)高端醫(yī)療器械研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

（編輯 趙暉 安桐瑤）