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人物素描

擁有無(wú)盡浩瀚和日月星辰的宇宙，是幾千年來(lái)人類極力渴望探索卻仍覺(jué)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(gè)神經(jīng)元彼此相連，共同操控著人類的每一個(gè)動(dòng)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(lái)看，探明顱腔就像征服浩瀚星辰一樣，前路漫漫。在無(wú)數(shù)科學(xué)家的努力探索下，人類對(duì)這個(gè)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(wú)數(shù)患者和家庭帶來(lái)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(zhǎng)、先進(jìn)醫(yī)用材料與醫(yī)療器械全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guò)開發(fā)工程技術(shù)，解決實(shí)際臨床中腦部及神經(jīng)的相關(guān)問(wèn)題?！痹谔旖虼髮W(xué)醫(yī)學(xué)院，記者見到了劉秀云，簡(jiǎn)單利落的話語(yǔ)配合纖細(xì)身形的肢體動(dòng)作，作為聽眾，很難不被她的節(jié)奏和氛圍所吸引。劉秀云說(shuō)，因?yàn)閺男【拖矚g物理和生物，所以在報(bào)考時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(guó)聯(lián)辦專業(yè)的先河。”畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，她加入了神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，劉秀云不僅能運(yùn)用她喜愛(ài)的物理、生物等基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)不斷地觀察、認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)再枯燥，劉秀云也不會(huì)覺(jué)得乏味，因?yàn)樗X(jué)得自己選對(duì)了路。

懷著對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)，碩士畢業(yè)的劉秀云只身前往英國(guó)劍橋大學(xué)繼續(xù)攻讀博士學(xué)位?！澳嵌螘r(shí)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?！痹谀抢?，劉秀云接觸到了許多的前沿理論與探討，這也使得她對(duì)自己未來(lái)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(huì)越來(lái)越大，“這將會(huì)決定我們對(duì)急危重癥患者的拯救能力，同時(shí)這也是健康中國(guó)建設(shè)和新質(zhì)生產(chǎn)力的核心力量之一。”

為了能有更深刻的理解和認(rèn)識(shí)，劉秀云在完成博士學(xué)業(yè)后又來(lái)到美國(guó)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?guó)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，讓我對(duì)學(xué)科交叉又有了新的體會(huì)和感受?！眲⑿阍苹貞浾f(shuō)，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。“三位導(dǎo)師在一起很認(rèn)真地制定了符合我個(gè)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(shí)做三個(gè)課題很有挑戰(zhàn)，但是收獲和成長(zhǎng)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(duì)此，她認(rèn)真向記者解釋說(shuō)：“回國(guó)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(guó)外的時(shí)候，除了認(rèn)真做好科研工作，我也特別留意了幾個(gè)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(lái)教授培訓(xùn)計(jì)劃，學(xué)習(xí)一些好的經(jīng)驗(yàn)。”除了實(shí)現(xiàn)自己的理想外，促使劉秀云回國(guó)的另一個(gè)原因就是國(guó)內(nèi)的科研氛圍?！拔抑車耐瑢W(xué)，大多數(shù)都選擇了回國(guó)發(fā)展，這些年大家能真切感受到國(guó)家對(duì)青年科技工作者的關(guān)愛(ài)，無(wú)論是硬件平臺(tái)還是政策方面，都給予了我們大力的支持。”

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(gè)全球人類健康面臨的重大難題。多年來(lái)，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(gè)性化最佳腦灌注技術(shù)，已被應(yīng)用于美國(guó)約翰霍普金斯醫(yī)院等臨床診斷中；同時(shí)，她還在國(guó)內(nèi)首次引入腦脊液動(dòng)力學(xué)評(píng)估技術(shù)，并聯(lián)合腦機(jī)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(shí)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(duì)進(jìn)行神經(jīng)重癥腦疾病機(jī)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(guó)產(chǎn)高端醫(yī)療器械。

在談及科研時(shí)，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(dú)特的視角來(lái)詮釋對(duì)生命的熱愛(ài)?！薄靶∨笥选笔莿⑿阍茖?duì)學(xué)生的愛(ài)稱。“天大的學(xué)生都有著實(shí)事求是的好品格，而且非常踏實(shí)努力，學(xué)院求仁求是的院訓(xùn)對(duì)正向引導(dǎo)學(xué)生成長(zhǎng)十分關(guān)鍵?！眲⑿阍普f(shuō)，天大醫(yī)學(xué)院每年都會(huì)開設(shè)“開學(xué)第一課”，邀請(qǐng)知名院士專家來(lái)分享成長(zhǎng)經(jīng)歷，“我覺(jué)得這門課很好，科技在不斷創(chuàng)新發(fā)展，但家國(guó)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(shí)，劉秀云眼里始終充滿著光，那份光是她對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)與對(duì)社會(huì)的感恩?！皬氖乱粋€(gè)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(shuō)。

獨(dú)家對(duì)話

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

劉秀云：腦機(jī)交互曾是科幻作品里常見的場(chǎng)景，近幾年隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們?cè)谛侣剤?bào)道中也看到了其在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的一些應(yīng)用，比如讓失語(yǔ)者“開口說(shuō)話”、通過(guò)“意念”指揮機(jī)械等。

我們?cè)趫F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人明東教授的帶領(lǐng)下，正在從事腦機(jī)交互技術(shù)在臨床上的應(yīng)用研究，重點(diǎn)關(guān)注了麻醉重癥和腦積水這兩個(gè)方面。比如在麻醉重癥上，我們會(huì)通過(guò)腦電的信號(hào)去評(píng)價(jià)患者的麻醉深度；再比如說(shuō)，我們剛才說(shuō)的通過(guò)腦機(jī)交互技術(shù)來(lái)診斷腦積水或者是阿爾茨海默病，或是我們通過(guò)一些其他的生理多模態(tài)信號(hào)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(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)難點(diǎn)，首先是前期的腦電信號(hào)以及生理微弱電信號(hào)的采集，比如說(shuō)芯片、相關(guān)的電極等，我們?cè)趺纯梢愿谩⒏珳?zhǔn)、更快速地把微弱的電信號(hào)采集出來(lái)，這是一個(gè)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(gè)信號(hào)，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(shuō)的腦機(jī)交互范式，比如我們?cè)趺刺崛÷犛X(jué)、視覺(jué)相應(yīng)的腦電信號(hào)，這些都需要進(jìn)行相應(yīng)的研究。最后，就是我們說(shuō)的應(yīng)用和集成，這些提取出來(lái)的信號(hào)怎么去展示、怎么去顯示呈現(xiàn)出來(lái)，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(jī)交互在針對(duì)腦積水患者上已經(jīng)有了實(shí)際的臨床應(yīng)用，能否簡(jiǎn)單介紹一下？

劉秀云：人們應(yīng)該都會(huì)見到過(guò)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(huì)讓這些患者去做一個(gè)CT或者核磁檢查，在這些影像上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的腦室有擴(kuò)張，那么造成腦室擴(kuò)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(gè)是腦積水，一個(gè)是阿爾茨海默病。據(jù)全球統(tǒng)計(jì)，我們每5000個(gè)人里邊就有兩三個(gè)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(shí)需要患者在臨床上待大概2至3天的時(shí)間，大大占用了臨床資源，增加了臨床開支。而腦機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，就為這類患者提供了一個(gè)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(duì)于腦積水的治療，臨床上目前也沒(méi)有無(wú)創(chuàng)的方法。我們對(duì)此也正在進(jìn)行無(wú)創(chuàng)的神經(jīng)刺激和相應(yīng)的一些藥物開發(fā)，希望能夠?yàn)槟X積水患者帶來(lái)新的福音。

除了上述疾病，我們也在利用工程技術(shù)手段對(duì)其他相關(guān)疾病進(jìn)行相應(yīng)的研究，進(jìn)行臨床瓶頸問(wèn)題的突破。希望通過(guò)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(shí)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(qǐng)您介紹一下它們的特點(diǎn)及應(yīng)用。

劉秀云：天津大學(xué)聯(lián)合中國(guó)電子等自主研發(fā)了兩款腦語(yǔ)者芯片，一個(gè)是C系列，一個(gè)是D系列，用于神經(jīng)電生理信號(hào)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(bǔ)了國(guó)內(nèi)在腦機(jī)交互專用芯片領(lǐng)域的空白，也打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，相關(guān)核心指標(biāo)對(duì)標(biāo)甚至超越了國(guó)際上主流芯片。目前，編解碼芯片也已經(jīng)流片，為國(guó)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）