医工结合，服务健康中国——记国家老年疾病临床医学研究中心（四川大学华西医院）特聘研究员江宁

李文博

2021年5月11日，国家统计局公布了第七次全国人口普查结果。数据显示，我国60岁及以上人口为26402万人，占18.70%。与2010年相比，这个比重上升了5.44个百分点，人口老龄化程度进一步加深。

人口老龄化加深，随之而来的是，老年健康和老年疾病防治成为广受关注的重大民生问题。为了加强老年性疾病的临床研究，帮助提高老年性疾病的预防和诊断；加快推进老年医学重大疾病防控技术突破和医学成果转化推广应用，为健康中国建设提供有力保障，2016年，国家老年疾病临床医学研究中心（四川大学华西医院）获批成立，成为中国西部唯一的国家级老年疾病临床医学研究平台。2021年4月，特聘研究员江宁的加入，让国家老年疾病临床医学研究中心（四川大学华西医院）的科研实力再上一层楼。

在生物信号处理领域，江宁的名字并不陌生。早在2009年，他在攻读博士学位期间首先提出多通道表面肌电信号处理的框架和具体算法，在肌电控制假肢领域开辟出了新的方向；2017年，他又率领团队开发出目前世界上先进的非侵入式智能康复系统的核心技术——超短延时非侵入式脑机接口；从2012到2017年连续6年，他关于脑机接口在中风运动功能康复的研究被提名为脑机接口大奖（The BCI Award），每年全球只有10项研究被这一奖项提名，江宁的研究在2014年被提名为全球第三名，2017年为全球第一名。

重拾梦想，开辟新方向

1994年，江宁以优异的成绩被保送西安交通大学信息与通信工程系。1998年毕业时，正值通信工程大热，他轻松获得进入外企工作的机会。然而，在外企工作的4年间，虽然待遇优厚，生活无忧，可工作技术含量低，重复性强，令他逐渐失望。2002年，江宁下定决心辞职，出国读研，重拾少年时期的科研梦。

人与机械的结合，是江宁从高中时期就着迷的一个研究方向。科幻片《机械战警》和《星球大战》里机器人的炫酷形象曾激发了他无尽的遐想和青春的热血。只可惜那时查找信息没有如今方便，他并没有找到一个与自己的志向完全吻合的专业，直到上了大学才了解到“生物医学工程”这一领域。2002年，从外企辞职后，江宁远赴加拿大新布伦瑞克大学，攻读生物医学工程专业的硕士和博士学位，其研究尤其侧重生物电信号方面。硕博期间，因为突出的研究能力，江宁还以助理研究员的身份在新布伦瑞克大学进行肌电信号处理的研究。主要研究目标为从多通道表面肌电信号中提取出神经肌肉系统的控制信号，并用于智能多功能假肢的控制。同时通过对肌电信号的分析，为神经肌肉系统建模并监控运动肌肉疲劳。

江宁

2007—2009年，江宁参与到美国国防部先进计划先进防务技术研究所（DARPA）的一系列项目中。“当时，美国正在进行伊拉克战争和阿富汗战争。他们吸取了在越南战争中的教训，对士兵的头部和躯干做了非常好的防护。因此，受致命伤的士兵非常少，而四肢残缺的伤兵非常多。”在这样的背景下，美国国防部先进计划先进防务技术研究所得到专项拨款，用于研制假肢，力图让伤兵恢复到正常人的水平。项目由约翰霍普金斯大学应用物理实验室（Applied Physics Lab）牵头，组建了一个庞大的研究团队。江宁攻读博士学位期间的两位导师菲利普·A·派克（Philip A.Parker）和凯文·B·英格拉哈特（Kevin B.Englehart）教授是国际顶尖的生物肌电信号专家，均受邀参与到这些重大项目中。

江宁当时的主要研究工作是，想办法将截肢士兵的肌电信号提取出来，进行分析、解码，尝试通过这些信号去控制截肢士兵的四肢。经过几年的实践锻炼，他在博士毕业时，写了一篇名为“从多通道表面肌电信号中提取力量方程”的毕业论文，为以后肌电信号的深入研究打下了坚实的基础。在论文中，他首先提出的多通道表面肌电信号处理的框架和具体算法在肌电控制假肢领域开辟出了新的方向。

在江宁的研究成果出来以前，学界通过肌电信号控制假肢，使用的是一种传统的模式识别方法。利用该模式识别方法控制假肢，一次只能发出一个动作指令控制单个自由度，使得假肢的动作难以做到流畅自然。为了能让截肢士兵的假肢做到像正常人的肢体一样多个自由度同时激活，江宁提出基于“神经肌肉协同”控制方法，并基于这一方法，开发出了一套多通道表面肌电信号处理的框架和具体算法。在这一算法控制下的假肢，可以在手腕部同时激活3个自由度。

2010年，江宁的研究成果得到全球康复器械行业龙头企业德国奥托博克公司的青睐，江宁成功申请到欧盟AMYO研究项目，前往德国奥托博克公司在德国杜德尔斯塔特的全球研发中心展开深度合作。德国奥托博克公司主要经营假肢、矫形器的康复器械产品。第一次世界大战后，其创始人奥托·博克在柏林为成千上万的退伍军人提供了假肢和矫形器的产品，因此崛起。20世纪60—70年代，由于假肢技术水平的提升，在肌电假肢和模块化系统的推动下，德国奥托博克公司的产品更上一个台阶。然而，近半个世纪过去，德国奥托博克公司假肢控制算法一直沿用60年代的基本模式。江宁提出的多通道表面肌电信号处理的框架和具体算法具有极强的前沿性。对奥托博克公司乃至整个智能假肢行业来说，都是一个具有变革性的标志。

江宁（前排右二）团队合影

也正是在进行奥托博克公司新一代多功能假肢（Michelangelo Hand，米开朗基罗手）的肌电控制系统开发期间，江宁意识到一个深刻问题：智能康复器具研发过程艰难，造价高昂，最终只能应用到极少部分人身上。这意味着对于广大的低收入残疾人群来说，即便技术一再进步，他们仍然用不起。“像奥托博克这样的在国际市场处于垄断地位的大公司，虽然有技术，但并没有很强的动力为中国市场上的普通残疾患者定制物美价廉的智能假肢。所以，我在合作的过程中，逐渐萌生出将来回国利用所学为普通患者服务的心愿。”在江宁眼里，技术进步的果实，最终一定要惠及普通人。

拒绝“躺平”，回国创业

2015年，德国的工作告一段落，江宁再次回到加拿大，受邀加入加拿大滑铁卢大学系统设计工程系开展工作。经过多年的积淀，2015年到2020年期间，他负责超过10个加拿大联邦和安大略省科研项目，到校直接科研经费超过400万加元。不仅如此，他还同时负责7个工业界合作研究开发项目。他所带领的实验室团队5年间从无到有，形成拥有15名全职研究人员的高水平团队。

频频承担重大项目，团队迅速壮大的背后，是江宁带领团队成员一路苦干实干的结果。当被问及科研工作中是否遇到过一些挑战时，江宁笑着说：“每天都在面临挑战，每天都在探索别人没有走过的路，挑战未知是科学研究的基本特性。”但是，在面临技术路线错误等困境时，江宁带领团队不气馁、不放弃，一次次推倒重来、反复试验。正是始终保持着这种不达目的誓不罢休的冲劲，才使得关于脑机接口在中风运动功能康复的研究在脑机接口大奖上获得精彩表现。

2017年，江宁带领团队在脑机接口方面，开发出超短延时非侵入式脑机接口，该脑机接口能在300毫秒以内探测出人的运动意识，是目前世界上最先进的非侵入式智能康复系统的核心技术之一。据江宁介绍，一般脑卒中患者偏瘫之后，半侧身体都没有或只有很弱的运动和感知功能。如何能让偏瘫患者重新具备运动和感知的功能呢？江宁在研究中，给脑卒中患者带上特定的传感器，让他们在脑海中想象控制肢体的动作，通过传感器来捕捉这一脑电信号，进而控制患者的外骨骼或者用电刺激相关肌肉来产生相应的动作。但是，通过控制肌肉产生动作，并非江宁开发脑机接口的最终目的。他的目的是通过反复的人工意识和肢体运动，来形成一个运动意识的闭环。让患者在不断重复的肢体运动中，对大脑产生新的刺激和反馈，最终令破损的脑区神经重新连接，帮助患者恢复肢体功能。

基于在肌电信号、脑电信号、心电信号等信号处理领域的深入研究和多年积淀，从2006年至今，江宁先后在国际权威期刊上共发表98篇研究论文和85篇会议论文。期刊论文大多发表在生物医学工程领域和信号处理方向的权威期刊，包括《自然·生物医学工程》（

Nature Biomedical Engineering

）、《神经病学年鉴》（

Annals of Neurology

）、《国际电子和电气工程师协会信号处理杂志》（

IEEE Signal Processing Magazine

）、《国际电子和电气工程师协会工业信息学汇刊》（

IEEE Transactions on Industrial Informatics

）等。此外，他还担任了国际电子和电气工程师协会-医学和生物工程协会年会（IEEE-EMBC）、国际电子和电气工程师协会-系统、人、控制论协会年会（IEEE-SMC）等多个顶尖国际学术会议的特别讲座主席、专题主席和大会编辑。

因为杰出的表现，江宁还先后获得欧盟玛丽居里学者（2012年）荣誉，入选中组部高层次人才计划（2015年），获得加拿大自然科学和工程研究会的发现奖特别补助（Discovery Accelerator Supplement，DAS）奖励（2016年）、安大略省杰出青年研究奖（Early Researcher Award，2018年）等荣誉。2019年和2020年，他连续两年被加拿大滑铁卢大学提名为加拿大皇家协会青年会员（the College of Royal Society of Canada）和加拿大自然与工程研究院亚瑟B.麦克唐纳学者（NSERC Arthur B.McDonald Fellowship）。

2021年3月，就在回国前夕，江宁获得加拿大联邦加拿大研究讲席教授（青年组）（Canadian Research Chair [CRC Tier Ⅱ]）。加拿大研究讲席教授（青年组）是加拿大联邦政府对中青年科学家的最高研究资助项目，类似我国杰青计划。按照现在网络上的流行语，以江宁的资历和成就，完全可以在加拿大“躺平”了。可最终，这位心怀高远的科学家还是选择了回国，从头开始，再创事业。

医工结合，服务老年人

多年前在德国小城钻研肌电控制假肢期间所萌生出的为普通患者服务的感悟，是促使江宁回国的首要原因。医工结合则是另一个促使江宁最终回国发展的重要动因。“一个假肢产品从开发出来到上市、推广，其实要经过一个非常艰难的过程。在国外的研究经历中，我已经和合作者们经历过了很多这样的‘坑’。正因为如此，研究人员和工程人员更应该重视创新研发与成果转化的关系。”早在2019年，江宁就在加拿大多伦多与当时的四川大学华西医院副院长万学红教授（现任四川大学研究生院副院长）进行了会面，两人对医工结合之路、以人工智能造福普通患者的看法一拍即合。国内从上至下，大力发展科学研究，推动科技成果转化的浓厚氛围，更深深吸引着江宁。

只是后来，因为新冠肺炎疫情的缘故，江宁又在加拿大多待了一年多。提起这一年多的经历，江宁的语气透着惋惜之情。“我的实验室为此不得不得关闭。而信号处理的研究是以人体试验为核心的。如果没有从人体上读取数据这一环节，很多后续的研究都无法开展。”其间，江宁的一名博士生不得不因此改换研究方向，做不是很喜欢的课题。“这个结果并不是我们不努力造成的，而是外部客观环境不支持你的研究。”新冠肺炎疫情期间的经历，让江宁回国发展的决心更加坚定了。

2021年4月，在新冠肺炎疫情稍有好转之际，江宁迅速动身，正式加入四川大学华西医院国家老年疾病临床医学研究中心，担任特聘研究员。

从海外归国，带着一身世界前沿技术的江宁所肩负的工作除了展开相关科研工作，还负责建立华西医院神经工程和神经信息研究中心。紧密结合华西医院的多个临床科室和团队，包括康复科、骨科、神经外科、睡眠科、老年病科等，江宁将之发展成为一个拥有15到20名研究、由临床和工程技术人员组成的跨学科、跨行业、强调临床转化的国内顶尖研究团队。打好硬件（设备和空间）和软件（临床合作）基础，目前已经引进一名优青（海外）人才。江宁计划未来重点开展以人工智能控制的康复器械的研发，针对脑卒中、脑外伤、脊柱损伤、截肢等病患。该中心将成为华西医院和四川大学在医工结合战略和医学产业创新这两个重大发展战略中“医学设备和制造研究院”和“国家精准医学产业创新中心”这两个科研和医工转化机构的重要组成部分。

回国之初，最令江宁感慨的一点是，不仅医院领导非常支持自己的工作，在人力、物力、财力上给予他非常大的自由度，长年奋战在一线的临床科室主任们也一有时间就来找他探讨临床上的需求。“以前在加拿大，医生们如果发现你的研究并不能马上解决他的临床问题，配合度就会差很多；有的时候，医生非常忙，抽不出时间，科研进展也会受到影响。没有医院和医生的支持，医工结合这条路会非常难走。”而现在，依托四川大学华西医院国家老年疾病临床医学研究中心这一平台，江宁发现离自己的梦想似乎越来越近。

下沉资源，造福老百姓

目前，江宁在国内的团队正在紧锣密鼓地筹备中，已经有1名国家优青（海外）研究员、2名博士后研究员、4名博士研究生和2名专职研究助理，团队初具规模。科研项目方面，江宁已经牵头申报了科技部重大研发计划，与国内多家相关科研单位建立了初步的交叉合作意向，未来还将开拓更多的合作项目。

针对我国老年人群的失能和失智情况，进行人工智能方面的研究，是江宁团队目前的研究重点。“我正在开发一种智能可穿戴设备。利用这种设备，老年人可以在家里、养老院、基层医院测试自己的身体数据，通过数据网络的传输，我们可以在实验室对他们的数据进行分析，对相关老年疾病进行早期筛查、干预和跟踪，而不是等到疾病到了晚期不能治疗了才发现。”

肌肉减少症，即肌少症，是一种因持续骨骼肌量流失、强度和功能下降而引起的综合征。相关研究认为，人体每10年肌肉重量减少6%，因此，一个典型的85岁老人的肌肉重量将是45岁时的3/4。患有肌少症的老年人站立困难、步履缓慢、容易跌倒骨折。肌少症还会影响器官功能，可能会引发心脏和肺部衰竭，甚至死亡。

然而，这是一种在老年人中具有低认识度、高发病率的疾病。社会对肌少症的了解较少，通常认为人老了，“腿脚不利索”是正常的。即使学术界也是在2010年才有了肌少症的初步定义，直到2016年，国际卫生组织才第一次将肌少症确定为一种原发性或继发性疾病。

肌少症是江宁针对失能老人的研究中，比较新颖的一个方向。与在老年人群中频发的神经退行性疾病不同，肌少症是可逆的。老年人群可以通过佩戴一款几百元的智能可穿戴设备，通过肌电信号的分析，结合新一代医疗物联网技术，让远在千里之外的研究人员能及时了解他们的身体状况，早发现、早治疗。聊到兴起处，江宁形象地还原起了自己设想的场景：“比如我们根据佩戴在张大爷身上的传感器，发现他的身体出现了肌少症的早期症状，就可以联系他说：‘张大爷，根据您最近3个月传感器传送的信息，我们建议您到医院做个进一步的检查。’”由此，通过人工智能、大数据等方式，将大型综合医院的优质医疗资源和服务下沉到基层社区中，造福老百姓。不仅仅是肌少症，在老年人群中高发的阿尔茨海默病等失智疾病也可以用类似的脑电信号处理等方式进行筛查、治疗。

江宁

围绕医工结合主题，加强四川大学和华西医院在生物医学工程学科中“医电”方向的课程建设，参与研究制订新增博士点——医学工程技术的培养方案，是江宁的另一项重要学科建设工作。江宁是一个在工作中有着强烈好奇心和挑战欲的人，因此，对于这些草创期的工作，他都表现出十足的兴趣。

未来几年，通过脑机接口来早筛阿尔茨海默病，通过肌电信号来早筛肌少症，研发相关的智能可穿戴设备是江宁给团队定下的主要目标。特别是肌少症，目前全球关于这方面的研究非常少，江宁希望借此，实现中国在这方面技术的弯道超车，做出全球首创的科研成果，并最终实现科技成果转化，早日服务于老年人群。

对于江宁来说，能够把自己所学的知识技能，最大限度发挥出来，服务建设我们的国家，满足人们，特别是老年人群的健康需求，是非常大的荣幸。“老年人群的健康问题是全球大部分国家所面临的难题，我希望通过我们的努力，为这一难题的解决，贡献一些微薄的力量”。