专访清华大学洪波团队：把脑机接口植入患者脑中

高位截瘫14年的患者老杨，终于可以自主喝水了。

2023年10月24日，在一场微创手术中，两枚硬币大小的脑机接口处理器被植入老杨的颅骨中，成功采集到了老杨感觉运动脑区颅内神经信号。通过脑电活动驱动气动手套，他可以实现自主喝水等脑控功能。

这个脑机接口处理器是清华大学医学院洪波教授团队设计研发的无线微创植入脑机接口NEO（Neural Electronic Opportunity）。当日，洪波教授团队与首都医科大学宣武医院赵国光教授团队共同完成了首例临床植入试验。该系统采用无线微创设计，不损伤大脑细胞，手术后仅10天，患者便可出院回家。

“自主喝橙汁、喝茶对老杨来说已经是一件很轻松的事情，这对他来讲是一个质的变化，因为过去十几年，他都无法自行喝水吃饭。”洪波说。作为全球首例无线微创植入脑机接口的临床试验，这项医学技术有望成为瘫痪、渐冻症等患者的福音。

该技术如何帮助患者？下一步的研究方向是什么？近日，针对这些问题，新京报记者采访了清华大学医学院教授洪波。

首例患者通过无线微创脑机接口成功实现脑控抓握。清华大学供图

脑机接口让患者瘫痪14年后抓住了水瓶

此次在宣武医院完成手术的老杨，14年前因车祸造成颈椎损伤后四肢瘫痪，手部完全瘫痪，肘部稍有活动能力。清华团队为老杨设计了治疗方案，把体内机埋在他的感觉和运动脑区的颅骨内，电极覆盖在硬膜外，老杨想动的时候，电脑通过电极获取的信号，便能解码得知老杨的想法，随后指令传达到气动手套，协助老杨实施动作。“当然，信号采集要稳定，解码算法要准确，才能形成一个完整的微创植入脑机接口控制气动手套的应用。”洪波表示。

经过三个月的居家脑机接口康复训练，老杨的手部运动功能也呈现出一些微妙的变化。他的小拇指由之前的不能弯折，到能够进行一定程度的弯折。对此，老杨自己也觉得很惊讶。当洪波团队的学生试图跟他握手时，他的小拇指会努力地抓着学生的手。而且，老杨还惊喜地发现，他开始能感觉到握手的温度，能分辨出不同人手的凉和热，这也是过去十几年从未有过的感觉。“这是一个非常让人振奋的变化。我们从定量的电生理方法证明了这种功能的恢复和他脊髓神经通路的改善是有关系的。”洪波说道。

除老杨外，第二例患者也于2023年12月19日在天坛医院成功进行了手术。这位患者同样因车祸造成脊髓损伤。通过他的体内机和植入的电极，脑机接口得以成功解析他的脑信号。“患者正在居家康复训练中，目前可以通过‘脑机对话’驱动电脑光标的移动，希望春节后能帮他实现翻阅电子书的愿望。”洪波说。

宣武医院赵国光院长团队进行首例植入手术。清华大学供图

脑机接口的研发不是短时间能够做成的。事实上，清华团队已经为此奋斗了十余年。

“这是一个植入人体的设备，患者的安全是第一位的。”洪波介绍，团队2020年展开了动物实验，通过在猪体内安装电极和体内机，验证脑机接口的安全性和有效性，并于2023年在宣武医院和天坛医院分别通过了伦理审查，首次进入小规模的临床试验阶段。团队同时也在国际临床试验的网站和国家药监局做了备案，招募运动失能的患者，包括完全性的脊髓损伤和神经渐冻症。

临床试验前，清华团队花了相当长的时间同患者进行沟通，包括让患者充分了解系统的工作原理、手术是否存在风险以及术后效果等等。“患者必须完全知情同意，才能入组。事实上，患者也曾犹豫过，包括我自己也承受过巨大的心理压力。现在两位患者的状态非常好，他们对结果很满意，我心里的石头也落了地。”

近年来，随着人工智能、脑机接口的概念越发受关注，公众对于脑机接口的期待也越来越高。洪波强调，脑机接口是一项极为复杂的技术，从实验室到临床，需要很长的时间。“作为一个关系患者生命和健康的植入器械，它必须得到监管机构的批准许可后才能上市。我们现在处于小规模临床试验阶段，今后还需要进行大规模的临床试验，最乐观的估计还要两年才能获得三类医疗器械的许可，在全国所有的医院应用。”

“半侵入式”方案平衡脑机接口的性能和创伤

作为全球首例无线微创植入脑机接口临床试验，清华团队的脑机接口采取了“半侵入式”方案。洪波给记者打了个比方，假设一个屋子里坐着几十个人，每个人都代表一个神经细胞。非侵入式的方案是将电极放在脑外，相当于在屋外放一个麦克风，它所接收的信号就很模糊，会受到很多噪声干扰。

全侵入式的方案则好比在每个人面前放一个麦克风，信号采集效果是最好的，马斯克Neuralink团队采用的就是这种脑机方案，在大脑皮层上插入成百上千个电极采集神经细胞信号。该手术由于存在创口感染风险，患者术后不能回家，需要长时间待在医院接受观察。“从科学上讲，这个系统面临两个主要的挑战，一个是创伤感染，一个是电极结痂。”洪波提到。

清华团队的无线微创植入脑机接口技术选择了折中的方案，把电极置于硬脑膜外，此区域信号介于两者之间，就像把麦克风贴在屋子里面的门边。“采用半侵入式方案是希望能够平衡脑机接口的性能和创伤，虽然采集信号不如全侵入式，但它不损伤脑细胞，是一个非常长期的方案，让患者能够真正受益。”洪波说。

无线微创植入脑机接口NEO系统及其体内机设计合成图。清华大学供图

洪波介绍，无线微创植入脑机接口的临床试验，微创是关键。对外科大夫来讲，这只是一个微创手术，并不是严格意义上的开颅。术后患者在十天之内即可回家。“这其实很难做到，目前全球植入脑机接口的手术中，这是唯一一个术后患者可以这么短时间就能出院的。这种解决方案能够让更多患者受益，也会大大加速脑机接口技术在各种临床疾病中的应用。”

对于未来脑机接口技术的发展方向，洪波表示，不管是非侵入、半侵入还是全侵入，每种技术方案都有各自的应用范围，也有各自的技术难点。

“全侵入式方案的特点是它的通道数非常多，能够采集更多的神经细胞放电，相应能解码的内容就更多，但创伤也很大。我们的半侵入微创方案虽然目前只有8个通道，但足以驱动气动手套的动作，同时使得整个系统的创伤、温度、稳定性都比较好。我的想法是希望它尽快地进入临床，造福患者。”洪波认为，虽然不同团队走的技术路线不一样，但都在共同推动脑机接口的发展，“随着技术进步，或许马斯克的全侵入式研究团队也能越来越好地解决全侵入式系统安全性的问题，我们也可以通过增加电极通道，实现更多的脑机接口功能。”

人机融合是“一本才翻开了第一页的书”

电影《阿凡达》中的男主角本是地球人类，科研人员通过计算机读取他的大脑信息，将他的意识转移到潘多拉星球上的阿凡达中。这或许是许多人对于脑机接口充满科幻的想象。展望未来，脑机接口不仅可以帮助残疾患者，更可能是未来人类进化中的重要一步。“人与机器的融合会是充满想象力的未来。”洪波说道。

洪波介绍，目前的脑机接口水平还不能把大脑中的神经信号，以及里面的信息都解读出来，距离实现“读脑”还有很远的距离。从最早的人工耳蜗，到最新的脊髓刺激器、脑起搏器等，广义的脑机接口已经应用于许多疾病的治疗中。但是聚焦于大脑神经信号采集翻译的脑机接口，目前还没有走进临床。

“让硅基芯片和碳基大脑直接对话是一个宏大而激动人心的目标。这个目标很远大，要实现这个目标必须非常清楚地了解大脑工作的各种机理，我们现在的科技水平还不足以实现。打个比方，如果这件事是一本100页的书，我们现在大概才翻开了第一页。希望大家能够认识到这是一个很漫长的探索。”洪波说道。

对于洪波团队而言，目前最希望实现的，还是能够帮到患者的研究应用。清华的实验室是中国最早开展脑机接口研究的，早在2001年就在国际脑机接口竞赛中拿到了三项冠军。“很长时间以来，我们纠结的是，脑机接口技术怎样才能落地。最近十年，我们花了巨大精力设计出微创方案，就是为了让脑机接口技术能够加快进入临床，造福患者。从技术上讲，无线微创脑机接口是一个通用的脑机接口平台，不仅仅是针对一两种疾病，而是可以帮助更多不同类型的患者。”洪波强调。

记者了解到，目前，国内有许多在脑机接口研究方面走在前列的团队。浙江大学在2020年完成了国内首例植入式脑机接口临床转化研究；天津大学的非侵入式脑机接口系统创造了目前非侵入式脑机接口最大指令集世界纪录……“大家都是国内的头部团队，都做得非常棒。我相信大家携手合作，能够共同推动我国脑机接口技术不断向前。”洪波说。

新京报记者 徐彦琳 冯琪

编辑 缪晨霞

校对 卢茜