赵继宗

2016年国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》，提出“面向2030年，再选择一批体现国家战略意图的重大科技项目”。其中，“脑科学与类脑研究”作为“科技创新2030重大项目”已启动的4个试点之一，现已进入编制项目实施方案阶段。该项目以脑认知原理为主体，以类脑计算与脑机智能、脑重大疾病诊治为两翼，搭建关键技术平台，抢占脑科学前沿研究制高点。面对这样的一个重大的项目，神经外科的医生应该如何站位？本文主要围绕该问题展开述评。

一、三维度：神经外科学发展源动力

近百年来，神经外科的产生及发展离不开神经外科领域的三维度，即脑解剖与认知发现，生物医学影像跨越，外科手术器械更新。

第一个维度：脑解剖与认知发现。从1862年法国科学家Broca首次提出了运动性失语症即Broca失语症，到1950年加拿大神经外科专家潘菲尔德和拉斯穆森共同绘制出一幅人类感觉区和运动区的大脑皮质机能定位图，这段时期为经典神经外科阶段。1951年至1990年，这段时期是显微神经外科阶段，该阶段代表人物是Rhoton和Geschwind。前者于1975年在佛罗里达大学创立的著名的Rhoton神经解剖实验室，而后者首次提出大脑内语言区的三个环路。1991年至今，是微创神经外科时期，该时期突出的成就是2000年语言区脑网络的提出和2016年由中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心蒋田仔团队联合全球其他团队绘制而成的人类脑网络组图谱。总之，神经外科第一维度的发展经历了从宏观到介观再到微观的过程。

第二个维度：生物医学影像的跨越。早在1895年德国人伦琴发现了X射线，为开创医疗影像技术铺平了道路。而在1918年，美国人Dandy发明了气脑造影，该技术可使脑室系统在X线中显示出来，从而大大提高了脑部病变的定位诊断，使手术成功率倍增，死亡率及致残率大为下降。1927年，葡萄牙人Moniz发明了脑血管造影，使神经外科定位诊断的正确性显著提高。我们把1914年至1950年这一时期称为经典神经外科解剖影像学时期。随着CT、MRI、PET-CT等影像技术的发明并应用于临床，神经外科影像学经历了显微神经外科功能影像学时期（1951～1990年）。20世纪之交，伴随着功能磁共振、MRS、PET-CT和脑磁图等影像学技术的发展和运用，微创神经外科分子影像学时期应运而生。简言之，神经外科第二维度的发展经过了从结构到功能再到分子的过程。

第三个维度：外科手术器械设备的创新。自1898年开颅线锯发明出来至今，仍有不少神经外科医生使用该器械行开颅手术。1928年，“神经外科之父”Cushing发明了动脉瘤夹，1932年Dandy发明了头灯，1947年立体定向仪发明问世。1954年手术显微镜和1958年双击电凝的发明开启了显微神经外科的新纪元，推动了显微神经外科手术的发展。近年来，伴随着高级多模式影像引导手术系统的开展，神经导航系统和无框架立体定向手术机器人的广泛运用，神经外科处于高速发展阶段。一言以蔽之，神经外科第三维度的发展经历了从手术技巧到手术器械再到人工智能变迁的过程。

如上所述，近现代神经外科的发展可以概括为3个时期：经典神经外科时期，显微神经外科时期，微创神经外科时期。由于气脑、血管造影、麻醉甚至手术器械都是神经外科医生发明的，所以经典神经外科时期可以概括为四个字：自力更生。20世纪50年代以后，神经外科医生学习了CT和磁共振，应用显微镜实施手术操作，神经外科进入显微神经外科阶段，可以概括为四个字：学习运用。而进入微创神经外科阶段，用四个字来概括就是：融合转化。因为新的基础研究成果对于广大神经外科医生，是较为陌生的，而且很多神经外科医生缺乏专业背景，很多基础研究很难去涉足，因此只能够通过融合基础研究，包括理工学科的基础研究，才能够取得进一步的发展。

二、脑科学：神经外科学蕃昌新机遇

国家脑科学与类脑研究计划指出：临床疾病（损伤）造成的功能障碍或开颅手术时的实时功能检测，是探讨人脑神经机制的重要途径。依托脑手术患者资源，认识脑认知的神经环路结构、功能和机制，将有可能实现与国际同行的错位竞争。这为神经外科在新时期如何自我定位发挥了至关重要的作用。

为了顺利完成国家科技创新2030重大项目对脑科学的目标，蒲慕明院士提出：神经外科学应该重点着力于搭建两大关键技术平台，一个是基础研究平台，另一个是临床研究平台。前者的重点是搭建神经元类型鉴别和标记，宏观磁共振、介观光学影像、微观电镜影像的网络分析，神经活动调控技术，大数据信息分析，转基因非人灵长类模型等平台。而后者则侧重于搭建人类脑影像神经网络数据库、遗传信息与体液样本的数据及标本库、健康人群和脑疾病患者脑库等平台。多学科合作，共同致力于脑计划的研究。中国科学院自动化所隋婧团队结合神经外科临床数据库得出以下结论：通过认知引导MRI融合发现一组精神分裂多模态神经标志物，可以优化精神分裂症早期干预和治疗评估工作记忆、注意力和语言学习，其研究成果发表在国际顶尖杂志Nature Communications上[1]。而来自土耳其神经外科团队在Rhoton显微解剖实验成果的基础上，整合目前最新的技术和设备，将全脑的神经网络和功能区一一描绘出来[2]。基于以上理论，21世纪神经外科医生将面临的是全新的脑网络世界。

三、脑网络：神经外科学拓展新引擎

脑网络是指基于功能磁共振链接、脑磁图、皮层脑电描记术和弥散张量成像技术，研究大脑中处理注意力、思维、记忆、视觉和语言的网络。与之相对应的脑网络外科是指，根据多模态成像确定脑病灶与脑网络关系，设计手术方案，保障患者脑功能安全，最大可能切除病灶。手术后根据网络紊乱评估预测神经认知缺损，判断康复潜力。基于以上理论，首都医科大学附属天坛医院神经外科在脑网络外科领域进行了一些实践。

（一）脑网络动静脉畸形评分

众所周知，Spetzler分级是目前最常用的动静脉畸形分级方法，以动静脉畸形所在区是否有明显的神经学功能、引流静脉的模式和动静脉畸形血管团的最大直径为主要指标，制定了6级方案：（1）位于功能区（感觉、运动、语言功能、视觉、丘脑和下丘脑、内囊区、脑干、小脑脚和小脑深部各核团）者记1分，否则列为“静区”记0分；（2）引流静脉中有部分或全部导入深静脉者记1分，否则记0分；（3）小型动静脉畸形（最大直径6 cm）记3分；将上述3项得分相加，总分最低者为1分，最高者为5分；位于脑干、下丘脑不能手术切除者为6级[3]。

基于上述分级方法，借助脑网络技术，我们提出了新的脑动静脉畸形分级方案，即HDVL[4]。H代表出血史（hemorrhagic）；D 代表弥散程度（diffuseness）；V代表深部静脉引流（deep venous drainage）；L代表病灶与脑功能区的最近距离（lesion to eloquence distance）。评分标准：有出血史记0分，无出血史记1分；病灶具有弥散性记1分，无弥散性记0分；病灶距功能区距离：≤5 mm记3分，5～10 mm记2分，＞10 mm记1分。通过整理分析2012年至2015年入住天坛医院神经外科的201例脑动静脉畸形实施手术的患者的病例资料发现，HDVL评分预测患者预后效果明显优于Spetzler分级。

（二）开颅手术验证视觉功能网络

过去认为发生于颞枕区病变的手术切除是安全的，但若病变累及视辐射或者弓状束，术后患者有视野缺损或失语的风险。通过脑网络技术发现，对于枕叶脑动静脉畸形，病灶与视辐射间距≤5 mm是影响损伤后功能的重要因素；神经导航引导避开视辐射可提高视野的保存率，因此可判断病灶与视辐射间距＞5 mm是安全的，反之≤5 mm是危险的。

（三）开颅手术验证运动区、运动前区网络

对于运动区脑动静脉畸形患者，放射冠水平以下的锥体束损伤恢复劣于放射冠以上者；损伤锥体束较运动区皮层损伤致运动障碍严重；位于基底节区的病灶，可经锥体束、弓状束记视辐射围成的通道切除，从而减少术后致残率。对于运动前区的脑动静脉畸形患者，损伤后表现为一过性失用及极端肌力下降；运动前区与语言区环路相关，损伤后亦可引起失语。

（四）脑动静脉畸形与胶质瘤患者语言区重构对比研究

研究发现，累及语言区的胶质瘤患者失语常见，而累及语言区的未出血脑动静脉畸形患者出现失语的症状较前者少见。通过研究对比发现，脑动静脉畸形患者与脑胶质瘤患者均可出现语言区的右侧半球优势。功能磁共振检查提示，动静脉畸形患者的语言区右侧优势几率显著高于一般胶质瘤患者，从而推断其右侧半球语言重塑能力明显高于胶质瘤患者。

综上所述，脑科学研究是神经外科蕃昌的新机遇，国家脑科学与类脑研究为神经外科站位提供了很好的定位：（1）站位脑科学研究，融合创新，蕃昌神经外科学；（2）脑网络外科手术将成为神经外科前的新引擎；（3）吸引跨学科人才，探索神经外科医师培养新机制。21世纪神经外科医师将面临全新的机遇与挑战，希望大家一起携手，共同开创神经外科新纪元。