前不久，我們研發(fā)的植入式腦機(jī)手部運動功能代償系統(tǒng)（NEO系統(tǒng)）獲批上市，它是全球首個經(jīng)過大規(guī)模臨床驗證的采用半侵入式設(shè)計的腦機(jī)接口，能夠幫助脊髓損傷患者恢復(fù)手部運動功能，實現(xiàn)腦控抓握等，提高生活自理能力。

我們團(tuán)隊最早對腦機(jī)接口展開探索是在20多年前，那時腦機(jī)接口主要有兩種技術(shù)路線：非侵入式和侵入式。前者是把無創(chuàng)的傳感電極放置在頭皮外面，雖然安全但信號較弱；后者是將傳感電極直接植入大腦皮層，信號精準(zhǔn)但長期風(fēng)險大。

我們一直在探索，有沒有第三條路。

2013年，我們提出半侵入式腦機(jī)接口設(shè)想，把電極放在硬腦膜外。它不接觸腦組織，不損傷神經(jīng)細(xì)胞，沒有電極移位風(fēng)險，但比非侵入式的頭皮采集腦電信號更穩(wěn)定，在安全性和信號質(zhì)量之間找到一個平衡點。

要把這一設(shè)想真正落地，需要突破好幾個難關(guān)。

首先是如何讓植入設(shè)備長期可靠地采集和傳輸腦信號。我們反復(fù)嘗試，最終采用了近場無線通信與供能技術(shù)，一方面拋棄了傳統(tǒng)連線插頭的設(shè)計，把腦電信號無線傳輸?shù)襟w外；另一方面去掉了體內(nèi)電池，通過無線方式為處理器供電，避免了因反復(fù)充電、電池失效等引起二次手術(shù)的風(fēng)險。這種“信能一體、里應(yīng)外合”的設(shè)計，使得植入設(shè)備終身可靠。

其次要攻克腦電信號準(zhǔn)確解碼這道難題。NEO系統(tǒng)的電極在硬腦膜外，信號衰減是無法回避的問題。經(jīng)過實驗，我們把信號拆分成不同頻帶，構(gòu)建了“虛擬信號通道”，并將頻帶間的協(xié)同變化也納入解碼特征。通過這一技術(shù)，NEO系統(tǒng)只用8個電極，就實現(xiàn)了90%以上的抓握解碼準(zhǔn)確率，解碼延時控制在數(shù)百毫秒，可以精準(zhǔn)快速地翻譯患者運動意圖，讓患者“想動就動”。

除此之外，還要盡量降低植入創(chuàng)傷。我們結(jié)合手術(shù)前磁共振、CT成像和手術(shù)中神經(jīng)電生理測試，確保電極精準(zhǔn)植入，縮小電極和植入體的占位。目前，NEO系統(tǒng)一共完成36例患者長期植入，居家安全使用累計天數(shù)超過1萬天。

還有閉環(huán)反饋訓(xùn)練技術(shù)。NEO系統(tǒng)沒有采用機(jī)械手，而是讓患者自己戴上氣動手套，由腦信號解碼控制氣動手套的手指充放氣，從而帶動癱瘓的手指“動”起來。令人驚喜的是，許多患者在使用過程中出現(xiàn)了神經(jīng)修復(fù)跡象，我們猜測可能誘發(fā)了脊髓神經(jīng)環(huán)路的特異性修復(fù)。

臨床試驗中的神經(jīng)修復(fù)是如何發(fā)生的？如何讓這一變化加速進(jìn)行？這些謎題還有待解開。作為科研工作者，我們將著眼臨床試驗中發(fā)現(xiàn)的未知現(xiàn)象并深入研究，揭示背后奧秘，這是我們未來一個階段的目標(biāo)。

把成果推向臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)，往往意味著要付出更多時間精力，團(tuán)隊成員也曾有過“發(fā)文章慢下來了”的壓力和困惑。隨著探索深入，我們逐漸找到了科學(xué)研究在現(xiàn)實應(yīng)用中的另一種價值所在。有學(xué)生跟我說，當(dāng)看到患者熟練地通過腦控輪椅完成指令時，內(nèi)心充滿了喜悅，頓時感覺到了自己參與這項研究的意義。我們每一次微小的技術(shù)進(jìn)步，都會給患者和他們的家庭帶去新的希望。

當(dāng)下，科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新融合越來越緊密。我也有一個心愿，希望更多青年人能用自己的原創(chuàng)性成果，帶動人工智能、集成電路、新材料、高端裝備、生命健康等前沿領(lǐng)域的技術(shù)變革，用青春力量改變未來。

（作者為清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授，本報記者李君強(qiáng)采訪整理）

延伸閱讀

腦機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破

前不久，國家藥監(jiān)局正式批準(zhǔn)國內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口產(chǎn)品的醫(yī)療器械注冊證，實現(xiàn)腦機(jī)接口醫(yī)療器械全球首發(fā)上市。此次獲批上市的植入式腦機(jī)手部運動功能代償系統(tǒng)采用硬腦膜外微創(chuàng)植入方式，并在無線供能通信、虛擬通道解碼、閉環(huán)反饋訓(xùn)練等關(guān)鍵技術(shù)上取得創(chuàng)新。在多中心臨床試驗中，所有患者均實現(xiàn)腦控下的自由抓握，部分患者還出現(xiàn)一定的神經(jīng)修復(fù)跡象。

腦機(jī)接口是通過采集大腦信號并進(jìn)行解碼，實現(xiàn)人與設(shè)備之間直接交互的技術(shù)。簡單來說，就是讓“想法”變成“動作”。

在醫(yī)療領(lǐng)域，這項技術(shù)主要用于幫助神經(jīng)系統(tǒng)受損的患者恢復(fù)功能。例如脊髓損傷患者等，由于大腦信號無法傳遞到四肢，他們往往失去運動能力。腦機(jī)接口可以“繞過”受損通路，將大腦信號直接轉(zhuǎn)化為控制指令，驅(qū)動外部設(shè)備完成動作。

隨著關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，腦機(jī)接口正從實驗室走向臨床應(yīng)用，未來有望進(jìn)一步幫助脊髓損傷患者康復(fù)，甚至有望治療中風(fēng)、抑郁、阿爾茨海默病等重大疾病，真正讓技術(shù)的運用提升患者的生命質(zhì)量。

記者手記

做研究要敢于擺脫路徑依賴

在一個前沿領(lǐng)域，主流技術(shù)路線一旦形成，后來者往往傾向于沿著既有路徑追趕。腦機(jī)接口領(lǐng)域長期存在非侵入式與侵入式兩條路線，前者安全但信號有限，后者精準(zhǔn)卻風(fēng)險較高，而洪波團(tuán)隊偏偏選擇了一條不確定性更大的、更難走的技術(shù)路線。

這種“不跟風(fēng)”往往意味著更長的研究周期、更慢的成果產(chǎn)出，也意味著在技術(shù)路線尚未被驗證前，將持續(xù)承受質(zhì)疑與壓力。從實驗室里的反復(fù)調(diào)試，到臨床試驗中的層層驗證，每一步都要自己蹚出一條路。在推動實驗成果走向臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，團(tuán)隊更需要在“做論文”和“做產(chǎn)品”之間轉(zhuǎn)換思路、不斷突破。也正是這樣的堅持，讓團(tuán)隊看到了研究的現(xiàn)實意義。當(dāng)癱瘓多年的患者能夠完成抓握動作，自己喝水、吃飯，團(tuán)隊成員也能感受到發(fā)自內(nèi)心的喜悅。

在前沿領(lǐng)域敢于擺脫路徑依賴，圍繞真實場景與需求反復(fù)打磨，讓創(chuàng)新從“可行”走向“可用”，今天的科技創(chuàng)新，需要更多堅持“不跟風(fēng)”的勇氣與能力。