MIT和哈佛顶尖中国脑科学家回国创业,创建脑疾病平台!已部署多家三甲医院

生物医学
MIT和哈佛顶尖中国脑科学家回国创业,创建脑疾病平台!已部署多家三甲医院
麻省理工科技评论 2020-09-05

2020-09-05

该公司 CEO 魏可成,先后毕业于清华大学和麻省理工学院,本次回国创业之前,在美国已成功创办多家科技公司,并拥有二十多项美国专利和国际专利。
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该公司 CEO 魏可成,先后毕业于清华大学和麻省理工学院,本次回国创业之前,在美国已成功创办多家科技公司,并拥有二十多项美国专利和国际专利。

近日,马斯克名下公司 Neuralink 宣布脑机接口新技术,脑科学再次受到广泛关注。Neuralink 主要聚焦于脑机接口芯片和植入手术机器人等硬件,试图在人脑植入芯片和电极,来建立人机交互的宽带通道,并从大脑直接读取脑电信号。该技术有望应用于检测或治疗各种脑疾病,如瘫痪、抑郁和失忆等。

但由于中国的患者资源更集中,脑疾病新技术在国内更容易验证和推广。事实上,近年来国内已经涌现不少相关公司,其中不乏海归团队专门回国创办的脑科技公司。

优脑银河正是这样一家公司。该公司 CEO 魏可成,先后毕业于清华大学和麻省理工学院,本次回国创业之前,在美国已成功创办多家科技公司,并拥有二十多项美国专利和国际专利。

更重要的是,这家公司背后的创始人团队堪称豪华组合,除魏可成本人,还有哈佛医学院刘河生教授、麻省理工学院罗伯特·德西蒙(Robert Desimone)院士和麻省理工学院冯国平院士。

图|魏可成(来源:受访者)

日前,魏可成与 DeepTech 交流了脑机接口技术在中国的发展机会。

据魏可成介绍,该公司创始人团队在过去十多年一直在研究个体脑功能:

2013 年,创始团队中的刘河生教授领导多个单位,在国际上首次绘出脑功能网络的个体差异性分布,开启了脑科学从群体方向向个体精准方向的转变。该文曾在 Almetric 统计的 422 万篇学术论文中被评为最受关注的论文之一(受关注程度排名前 0.5%)。

2015 年,刘河生教授绘制出个体精准脑图谱,这在全球属于首次。该成果的亮点在于,通过简单的静息态扫描,受试者无需做任何任务,即可精度定位 200 多个功能区,可靠性大于 90%,并已通过手术验证。

此外,该公司曾独创“信号自动学习技术”,提升了核磁数据信噪比,将扫描效率提升 3-4 倍,并把扫描所需时间,缩短到传统方法的 25% 左右,提高了临床实用性,尤其适用于无法耐受长时间扫描的儿童、老年人或精神疾病患者。

据他统计,全球大约有 10 亿人口患有脑疾病,如老年痴呆症、帕金森、癫痫和小儿自闭等,脑疾病占据全球所有疾病负担的 28%。

图|全球主要脑疾病人数(来源:优脑银河)

多年来,脑疾病检测和治疗一直没有重大进展,核心问题在于不理解脑疾病的机理。以检测为例,经过数十年探索,脑疾病仍然缺乏客观的生物学诊断测试方法。

以当前脑疾病常用的三种检测手段为例:影像、脑电和行为评估,虽然有一定作用,但均存在局限性。

瓶颈是不理解脑疾病机制,检测手段和治疗手段“双受限”

影像是医院最主要的脑疾病检测手段,常见的包括磁共振(MRI)和 CT。临床上这些扫描的都是“结构影像”,可以很好地反映物理结构,但不能反映脑的功能活动。

以抑郁症为例,这类患者临床扫描的脑部核磁共振片子,和健康人的一模一样,物理结构上看不出任何变化,但是功能区已经发生病变,而这无法用影像看出来。

事实上,除少数几种脑疾病是因大脑物理结构变化导致,大多数脑疾病如抑郁症、强迫症、<typo id="typo-1278" data-origin="颠痫" ignoretag="true">颠痫</typo>等,都是因为大脑功能发生病变。而这些脑疾病,同样无法用影像看出来。

脑电是医院使用的另一种检测手段。脑电信号的采集有无创方式(EEG) 和有创方式(ECoG)。

马斯克的 Neuralink 用的就是有创方式,这种技术也存在一些局限性:1. 不能覆盖全脑,只能应用于局部小区域;2. 不能深入脑的内部皮下组织;3. 空间分辨率差,通常只能达到厘米级,也就是厘米单位内才能取得区区一个数据,因此无法依靠脑电来准确定位。

Neuralink 的空间分辨率可达到 10-20 微米,相比传统脑电技术已是巨大突破,但还是局限于皮层局部约 23 毫米的小区域,既无法覆盖全脑,也无法深入脑内核。

第三个检测手段是行为评估,这也是医院最常使用的方法之一,其结果主要取决于医生个人经验和患者的问答,准确性很难保证。因为病人面对同一个问题,今天的回答和明天的回答可能不一样。

这种方法的另一痛点是,无法用于疾病的早期检测和诊断,因为它要在病人行为发生变化时、才能进行评估,但对很多疾病来说,当病人行为发生改变时,已经错过了有效治疗机会。不少功能性脑疾病,如小儿自闭症和老年痴呆症,越早查出,干预方法也会越有效。

以上三方面,是脑疾病在检测和诊断上面临的局限。同时,当前脑疾病的治疗手段也非常有限。

据魏可成介绍,治疗脑疾病的通用首选方案是药物治疗。但目前的现实是,大多数脑疾病药物是偶然发现的,并不是基于对该疾病机制的理解。

这导致多年以来很少有真正的新药出现。以阿尔茨海默病为例,过去几十年里,阿尔茨海默病新药研发的最主要目标聚焦于 β- 淀粉样蛋白(“Amyloid Beta”)。

有些理论认为,当 β- 淀粉样蛋白在大脑中积累时,它将引起阿尔茨海默病。但这在医学界存在争议。在过去 20 多年,超过一百个用 β- 淀粉样蛋白为目标的新药研发项目都失败了。

到 2019 年底,美国注册的 156 个阿尔茨海默病临床试验项目中,β- 淀粉样蛋白依然是最主要的靶点。截至目前,最终临床试验成功的还是零。归根结底,是因为人们对脑疾病基本机制不理解,很多时候甚至是在猜测。

治疗脑疾病的第二类常见方法是脑手术,通常用于一些有明显物理结构变化的病,如脑肿瘤和脑创伤, 不适用于神经系统疾病。

治疗脑疾病的第三类常见方法是行为矫正,尤其在治疗精神类疾病时,行为调节、心理咨询、自我康复等都是常见手段,这些方法会有一定效果,但很难带来普遍效果,结果往往因人而异。

“个体精准脑功能平台”:可促进脑疾病机制理解,检测和治疗

魏可成总结称,人类对于大脑的理解,还处于起步阶段。而他希望通过研发产品,来推进对大脑的理解,并提供新型检测技术和治疗手段,从而帮助解决脑疾病这一世界难题。近期,优脑银河将发布基于其核心技术的产品,名为“个体精准脑功能平台”。

图|个体精准脑功能平台(来源:优脑银河)

目前,上海华山医院、北京 301 医院等多家机构,已成为该平台的签约医院,并已应用在临床疾病检测和治疗中。

魏可成告诉 DeepTech,在过去数月内,该平台已处理两千多个不同病例和十多种脑疾病,如老年痴呆、癫痫、精神分裂症、阿片类药物成瘾、失语、可卡因成瘾、小儿自闭症、强迫症、 新冠肺炎(COVID-19)、帕金森症和抑郁症等。

从脑疾病的检测角度来说,“个体精准脑功能“可帮助医生,从神经功能环路尺度去观测人脑功能和连接,并能提供全新的、无创的、客观的检测技术。

这不仅能加强人类对大脑的认知和理解,还可促进脑疾病检测和治疗。魏可成认为,与 Neuralink 相比, “个体精准脑功能“不仅无创,还可覆盖全脑,并深入皮层下组织,对于临床来说更有价值。

图|个体精准脑功能技术与 Neuralink 的比较(来源:优脑银河)

他向 DeepTech 展示了一则案例。2020 年初,下图这位病人刚入院时,心情很差、也不说话,全身无法行动、连起床都很困难。

图|上述患者案例(来源:优脑科技)

医生使用影像技术检查后,发现他的身体和脑部并没有结构异常,所以医院最初使用行为矫正方法,以期增强他的行动能力,但是疗效并不好。

于是医生开始探究真正病因,但在当前临床手段中,很难有客观的数据或指标,来帮助医生了解病人的大脑“真相”。

因为医生不能轻易打开病人大脑,即使打开也缺乏有效方法来查明原因。多数时候,医生只能根据经验,来进行症状分析。

后来,该病人的主治医生使用“个体精准脑功能平台”,对其大脑进行脑部功能成像和分析,最终找到原因所在:病人大脑的默认态功能网络断裂,导致其自我认知能力和记忆能力遭到重度损伤,语言能力则是轻中度损伤。此外,病人大脑与小脑的运动功能连接断裂,这导致他无法行动。

下图左上方是健康大脑的功能网络图片,每个大脑均展示出三个切片,每个切片有四个橙色高亮区域,这些橙色高亮区域,构成了脑功能网络,也叫默认模式网络。

默认模式网络是一个大脑系统,它包含一些功能联系紧密的脑区。当其中一个区域被激活(图中显示为橙色高亮),其它几个区域也会被同步激活。所以,健康人的默认模式网络,这几个区域都会显示橙色高亮。

图|“个体精准脑功能平台”揭示病人脑功能的变化(来源:优脑银河)

基于以上原理,用“个体脑精准平台”检测该病人后发现,其默认模式网络的两大部分,即大脑前面和大脑后面是完全断裂的。

如上图所示,第二排是患者的片子,上面的黄/红色区域被激活时,默认模式网络的其它区域,根本没有变化,这表示其网状连接断裂。

而默认模式网络,与人类自我认知能力、语言能力和记忆能力密切相关。基于此,医生针对上述功能做了行为量表评估,评估结果显示病人的认知能力和记忆能力严重损伤,语言能力中度损伤。

临床观测到的症状,和“个体精准脑功能平台”的检测结果非常吻合,病人发病的真实原因也得以查实。

通过同样的方法,该平台发现病人的运动功能网络,特别是大脑相关区域与小脑的连接也是断裂的,病人不能自我行动的原因也得以获悉。

找出患病原因后,该平台又“指出”了准确的治疗靶点,医生得以“对症下药”,一周左右病人已经可以自己走路,语言能力、记忆能力和情绪不佳都有明显改善。

由于多数脑疾病的病因,都是脑功能出问题,从物理结构角度下手往往看不出变化, 但从功能环路角度便可获知异常。而这种异常,表现出来的临床症状,可能就是病人患上的某种脑疾病。

而该平台可让医生从神经功能环路的角度,来观测病人大脑,从而获知大脑内部的变化,以及这种变化与疾病的临床症状的关系,随后医生可根据这些变化的客观数据,进行科学诊断、并确定治疗目标和手段。

优脑银河联合创始人、兼麻省理工学院麦戈文脑科学研究所所长罗伯特·德西蒙说:“我们正在进入一种脑部疾病的新时代,它将远远超过过去的“me too”药物时代。现在,我们能够基于对脑机制的根本理解来开发新型疗法。优脑银河的个体精准脑功能平台是一项重大突破,它将帮助医院了解疾病的机制,确定需要治疗的特定环路,并为每个患者提供基于科学的诊断和个性化治疗。”

MIT 和哈佛的顶级脑科学家领衔创业

过去二十年来,魏可成一直在美国波士顿创业。这次回国,他联合脑科学领域几位科学家一起创业,并基于在哈佛大学和麻省理工学院合办的 Matinos 研究中心取得的脑科学突破,以期帮助解决脑疾病。

优脑银河的创始人有魏可成本人、哈佛医学院刘河生教授、麻省理工学院罗伯特·德西蒙院士和麻省理工学院冯国平院士。

图|优脑银河创始团队(来源:优脑银河)

此前,魏可成和几位联合创始人打过多年交道,这几位教授在脑科学方面,都有重要的突破。他们也有很强的意愿,去把科研转换成产品,来帮助医生解决临床问题。

联合创始人罗伯特·德西蒙,是麻省理工学院麦克文脑研究所所长,曾任世界上最大的神经精神疾病研究机构——美国精神卫生研究所(NIMH)的学术所长。他的实验室在脑认知研究领域有卓越成就,代表性研究成果发表于 Nature、 Science、 Nature Neuroscience 等。他和中国有很深的渊源,每年会来中国很多次,还曾是江苏卫视电视节目《最强大脑》的国际评审,是中国三家麦克文脑研究所的董事,曾帮助建立深圳先进院脑认知与脑疾病研究所。

联合创始人兼首席科学家刘河生,是哈佛大学脑科学中心教授。他以第一或通信作者身份在 Nature Neuroscience、 Neuron、PNAS 等期刊发表多篇论文。已发表 SCI 论文总数达 90 余篇,被引次数超过 10000,其突破性成果被斯坦福大学的 Amit Etkin 教授在《柳叶刀》撰文评价为“神经影像学的转折点”。

联合创始人冯国,平目前任麻省理工学院大脑与认知科学系的 Poitras 讲席教授, 他也是美国国家人文和科学院院士。截止目前,冯国平团队发表了 100 多篇论文,在自闭症、强迫症及注意力缺陷多动症等领域有突破成果。他和罗伯特·德西蒙一起帮助建立了深圳先进院脑认知与脑疾病研究所。

目前,该公司拥有一支三十人左右的科研团队。基于个体精准脑功能平台的云服务是该公司目前的主要产品,以付费形式面向医院。未来,该公司称其在脑疾病治疗上,将发布基于创新疗法的产品来治疗各种脑疾病。

而此前在美国已经有所成就的魏可成,之所以选择回国创业,也是因为非常看重国内的人口优势。

为什么回中国做?

魏可成告诉 DeepTech,脑疾病是全球性问题,各国的情况也类似,美国没有解决,中国也没有。脑疾病是所有人类面对的同一个挑战,患者高达 10 亿人,这是真正意义上的一个命运共同体,需要一起协作。

从产业化角度来说,中国有其他国家没有的优势。要想真正把脑疾病新技术推向临床,中国是非常好的选择,直白点说,就是中国的“病人资源”非常集中。

而美国的医疗资源比较平均,在美国的小镇医院和城市大医院,所提供的服务质量差别不大。并且,美国人口本身就少,医疗资源比较分散,每一个医院的病人总数也都非常有限,美国超过 1000 张病床的医院屈指可数。

而中国头部医院能有上万张病床,即使省级医院也能有七八千张病床。资源的集中,加上整个社会对创新的重视,非常有利于技术推广。所以医药健康领域的产业化是非常适合在中国做的,效率会高很多。

尽管当前在基础研究层面,似乎美国更有优势,但中国的市场优势和资源优势,也将孵化出更多类似于优脑银河的公司。


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