專訪清華大學洪波團隊：把腦機接口植入患者腦中

高位截癱14年的患者老楊，終於可以自主喝水了。

2023年10月24日，在一場微創手術中，兩枚硬幣大小的腦機接口處理器被植入老楊的顱骨中，成功採集到了老楊感覺運動腦區顱內神經信號。通過腦電活動驅動氣動手套，他可以實現自主喝水等腦控功能。

這個腦機接口處理器是清華大學醫學院洪波教授團隊設計研發的無線微創植入腦機接口NEO（Neural Electronic Opportunity）。當日，洪波教授團隊與首都醫科大學宣武醫院趙國光教授團隊共同完成了首例臨床植入試驗。該系統採用無線微創設計，不損傷大腦細胞，手術後僅10天，患者便可出院回家。

「自主喝橙汁、喝茶對老楊來說已經是一件很輕鬆的事情，這對他來講是一個質的變化，因為過去十幾年，他都無法自行喝水吃飯。」洪波說。作為全球首例無線微創植入腦機接口的臨床試驗，這項醫學技術有望成為癱瘓、漸凍症等患者的福音。

該技術如何幫助患者？下一步的研究方向是什麼？近日，針對這些問題，新京報記者採訪了清華大學醫學院教授洪波。

腦機接口讓患者癱瘓14年後抓住了水瓶

此次在宣武醫院完成手術的老楊，14年前因車禍造成頸椎損傷後四肢癱瘓，手部完全癱瘓，肘部稍有活動能力。清華團隊為老楊設計了治療方案，把體內機埋在他的感覺和運動腦區的顱骨內，電極覆蓋在硬膜外，老楊想動的時候，電腦通過電極獲取的信號，便能解碼得知老楊的想法，隨後指令傳達到氣動手套，協助老楊實施動作。「當然，信號採集要穩定，解碼算法要準確，才能形成一個完整的微創植入腦機接口控制氣動手套的應用。」洪波表示。

經過三個月的居家腦機接口康復訓練，老楊的手部運動功能也呈現出一些微妙的變化。他的小拇指由之前的不能彎折，到能夠進行一定程度的彎折。對此，老楊自己也覺得很驚訝。當洪波團隊的學生試圖跟他握手時，他的小拇指會努力地抓著學生的手。而且，老楊還驚喜地發現，他開始能感覺到握手的溫度，能分辨出不同人手的涼和熱，這也是過去十幾年從未有過的感覺。「這是一個非常讓人振奮的變化。我們從定量的電生理方法證明了這種功能的恢復和他脊髓神經通路的改善是有關係的。」洪波說道。

除老楊外，第二例患者也於2023年12月19日在天壇醫院成功進行了手術。這位患者同樣因車禍造成脊髓損傷。通過他的體內機和植入的電極，腦機接口得以成功解析他的腦信號。「患者正在居家康復訓練中，目前可以通過‘腦機對話’驅動電腦光標的移動，希望春節後能幫他實現翻閱電子書的願望。」洪波說。

腦機接口的研發不是短時間能夠做成的。事實上，清華團隊已經為此奮鬥了十餘年。

「這是一個植入人體的設備，患者的安全是第一位的。」洪波介紹，團隊2020年展開了動物實驗，通過在豬體內安裝電極和體內機，驗證腦機接口的安全性和有效性，並於2023年在宣武醫院和天壇醫院分別通過了倫理審查，首次進入小規模的臨床試驗階段。團隊同時也在國際臨床試驗的網站和國家藥監局做了備案，招募運動失能的患者，包括完全性的脊髓損傷和神經漸凍症。

臨床試驗前，清華團隊花了相當長的時間同患者進行溝通，包括讓患者充分瞭解系統的工作原理、手術是否存在風險以及術後效果等等。「患者必須完全知情同意，才能入組。事實上，患者也曾猶豫過，包括我自己也承受過巨大的心理壓力。現在兩位患者的狀態非常好，他們對結果很滿意，我心裡的石頭也落了地。」

近年來，隨著人工智能、腦機接口的概念越發受關注，公眾對於腦機接口的期待也越來越高。洪波強調，腦機接口是一項極為複雜的技術，從實驗室到臨床，需要很長的時間。「作為一個關係患者生命和健康的植入器械，它必須得到監管機構的批準許可後才能上市。我們現在處於小規模臨床試驗階段，今後還需要進行大規模的臨床試驗，最樂觀的估計還要兩年才能獲得三類醫療器械的許可，在全國所有的醫院應用。」

「半侵入式」方案平衡腦機接口的性能和創傷

作為全球首例無線微創植入腦機接口臨床試驗，清華團隊的腦機接口採取了「半侵入式」方案。洪波給記者打了個比方，假設一個屋子裡坐著幾十個人，每個人都代表一個神經細胞。非侵入式的方案是將電極放在腦外，相當於在屋外放一個馬克風，它所接收的信號就很模糊，會受到很多噪聲干擾。

全侵入式的方案則好比在每個人面前放一個馬克風，信號採集效果是最好的，馬斯克Neuralink團隊採用的就是這種腦機方案，在大腦皮層上插入成百上千個電極採集神經細胞信號。該手術由於存在創口感染風險，患者術後不能回家，需要長時間待在醫院接受觀察。「從科學上講，這個系統面臨兩個主要的挑戰，一個是創傷感染，一個是電極結痂。」洪波提到。

清華團隊的無線微創植入腦機接口技術選擇了折中的方案，把電極置於硬腦膜外，此區域信號介於兩者之間，就像把馬克風貼在屋子裡面的門邊。「採用半侵入式方案是希望能夠平衡腦機接口的性能和創傷，雖然採集信號不如全侵入式，但它不損傷腦細胞，是一個非常長期的方案，讓患者能夠真正受益。」洪波說。

洪波介紹，無線微創植入腦機接口的臨床試驗，微創是關鍵。對外科大夫來講，這隻是一個微創手術，並不是嚴格意義上的開顱。術後患者在十天之內即可回家。「這其實很難做到，目前全球植入腦機接口的手術中，這是唯一一個術後患者可以這麼短時間就能出院的。這種解決方案能夠讓更多患者受益，也會大大加速腦機接口技術在各種臨床疾病中的應用。」

對於未來腦機接口技術的發展方向，洪波表示，不管是非侵入、半侵入還是全侵入，每種技術方案都有各自的應用範圍，也有各自的技術難點。

「全侵入式方案的特點是它的通道數非常多，能夠採集更多的神經細胞放電，相應能解碼的內容就更多，但創傷也很大。我們的半侵入微創方案雖然目前只有8個通道，但足以驅動氣動手套的動作，同時使得整個系統的創傷、溫度、穩定性都比較好。我的想法是希望它盡快地進入臨床，造福患者。」洪波認為，雖然不同團隊走的技術路線不一樣，但都在共同推動腦機接口的發展，「隨著技術進步，或許馬斯克的全侵入式研究團隊也能越來越好地解決全侵入式系統安全性的問題，我們也可以通過增加電極通道，實現更多的腦機接口功能。」

人機融合是「一本才翻開了第一頁的書」

電影《阿凡達》中的男主角本是地球人類，科研人員通過計算機讀取他的大腦信息，將他的意識轉移到潘多拉星球上的阿凡達中。這或許是許多人對於腦機接口充滿科幻的想像。展望未來，腦機接口不僅可以幫助殘疾患者，更可能是未來人類進化中的重要一步。「人與機器的融合會是充滿想像力的未來。」洪波說道。

洪波介紹，目前的腦機接口水平還不能把大腦中的神經信號，以及裡面的信息都解讀出來，距離實現「讀腦」還有很遠的距離。從最早的人工耳蝸，到最新的脊髓刺激器、腦起搏器等，廣義的腦機接口已經應用於許多疾病的治療中。但是聚焦於大腦神經信號採集翻譯的腦機接口，目前還沒有走進臨床。

「讓矽基芯片和碳基大腦直接對話是一個宏大而激動人心的目標。這個目標很遠大，要實現這個目標必須非常清楚地瞭解大腦工作的各種機理，我們現在的科技水平還不足以實現。打個比方，如果這件事是一本100頁的書，我們現在大概才翻開了第一頁。希望大家能夠認識到這是一個很漫長的探索。」洪波說道。

對於洪波團隊而言，目前最希望實現的，還是能夠幫到患者的研究應用。清華的實驗室是中國最早開展腦機接口研究的，早在2001年就在國際腦機接口競賽中拿到了三項冠軍。「很長時間以來，我們糾結的是，腦機接口技術怎樣才能落地。最近十年，我們花了巨大精力設計出微創方案，就是為了讓腦機接口技術能夠加快進入臨床，造福患者。從技術上講，無線微創腦機接口是一個通用的腦機接口平台，不僅僅是針對一兩種疾病，而是可以幫助更多不同類型的患者。」洪波強調。

記者瞭解到，目前，國內有許多在腦機接口研究方面走在前列的團隊。浙江大學在2020年完成了國內首例植入式腦機接口臨床轉化研究；天津大學的非侵入式腦機接口系統創造了目前非侵入式腦機接口最大指令集世界紀錄……「大家都是國內的頭部團隊，都做得非常棒。我相信大家攜手合作，能夠共同推動我國腦機接口技術不斷向前。」洪波說。

新京報記者 徐彥琳 馮琪

編輯 繆晨霞

校對 盧茜