0次浏览 发布时间：2025-03-31 21:04:00
在近日召开的2025中关村论坛“科技助残平行论坛”上，15项科技助残创新案例发布。由清华大学洪波团队研发的无线微创植入脑机接口入选，该技术是一项无线且侵入性小的脑机接口技术，可帮助高位截瘫患者恢复手部运动。
清华大学生物医学工程学院教授洪波告诉新京报记者，无线微创植入脑机接口已经完成了三例长期植入临床试验，今年将在全国进行大规模临床试验，年底前开展30至50例临床试验。同时，第二代无线微创脑机接口也正在研发中，将在芯片和材料方面有新的突破。
瘫痪十余年，脑机接口让他的手重新动起来
《中国脊髓损伤者生活质量及疾病负担调研报告2023版》显示，中国现存脊髓损伤患者374万人，每年新增脊髓损伤患者约9万人。他们损伤部位以下四肢都失去运动能力，个人难以自理，生活质量堪忧。
“患者因为中风偏瘫，或者因为脊髓损伤截瘫了，或者因为先天性的原因出现了渐冻症，他的大脑和外周就失去了联系，在这种情况下，科学技术的发展给我们带来新的希望，就是用电信号或者其他信号解读的方法，把大脑里的信号翻译成外面的设备能够理解的控制命令，这样患者想动就能动起来。”洪波表示。
自脑机接口引入中国以来，洪波带领团队一直致力于该技术的研发与应用，他们研发的无线微创植入脑机接口NEO（Neural Electronic Opportunity），已经使三位因为车祸导致脊髓损伤高位截瘫的患者重新动了起来。
老杨是首位使用这种脑机接口的截瘫患者，瘫痪十余年，他的手无法自由抓握和放松，拿起一瓶水的动作也无法完成。2023年10月，老杨进行了一场即将改变他命运的手术。这场手术时长两个小时左右，电极被植入老杨控制手运动的脑区，术后一个礼拜左右他就回到家。他的妻子为他戴上脑机接口，将处理器插入接口后，老杨的脑电信号就源源不断从他的大脑中传出，进入处理器中，处理器解码得知老杨想法，随后将指令传达到气动手套，协助老杨完成动作，拿起一瓶水从此不再是难事。
实际上，国际上很多团队都有相关尝试。美国斯坦福大学、布朗大学等高校开发了一套BrainGate系统，经过了20年的努力，用硬质的硅基电体把100个电极插入大脑运动皮层，但是因为有线的连接和患者的免疫损伤，这项成果至今未能变成产品。埃隆·马斯克的Neuralink团队实现脑机接口的无线化，但其使用的柔性电极仍未克服因为大脑的移动导致电极脱落的问题，到今天也没有成为产品。
“我们的第一个患者比马斯克的第一个患者早三个月（进行脑机接口临床试验）。”洪波说，“我们团队将病人的健康收益和风险平衡作为第一项原则，首先要使这个医疗设备植入人体的脑机接口医疗设备是安全可靠的，所以我们采用了完全不一样的策略。”洪波团队将电极放在大脑皮层颅骨下面硬膜外面，在这个位置上电极可以安全工作一辈子，既不会破坏神经细胞的活动，也不会导致免疫的反应，还不会出现电极脱落和长期性能的缺失，负责处理脑信号和通信的体内机则埋入厚度约6至10毫米的颅骨内。
兴奋的发现：使用脑机接口后的患者出现神经生长
这个方案的实现要解决很多技术难题。
首先，通讯速度和设备发热之间需要达到技术平衡。他举了一个例子，当我们长时间不间断使用手机时，手机会越来越热，脑机接口也是一样，信号传输特别多时，头皮也会发热，神经细胞也会发热，这是不安全的。“所以我们需要在通讯速度和设备发热之间找到技术上的平衡。”
同时，在装电池与否的取舍中，团队考虑到电池电量耗尽后难以处理，医用电池尚需依赖进口，就突破了无线供电技术，植入的体内机可以与体外机隔着皮肤通过电磁感应获取电能。
此外，手术的实施也并不容易，这一微创手术“做起来很复杂，需要和外科大夫进行精准定位，电极并非放在任何地方都能采集到很好的信号，我们需要用核磁共振技术定出患者指挥手运动的脑神经区域。”洪波说。
洪波对这个系统的评价是，兼具低侵入性和高可靠性。“我们植入的电极不会破坏神经细胞，具有低侵入性，同时，无线电通信可供终生使用，可靠性高。”他表示，团队的算法非常强大，能将只有8个电极的信号变成100多个虚拟通道，实现稳健运动解码。而仅有一枚硬币大小的体内机，内部有329个零件。“这背后，是10年的努力。”他说。
让患者手部借助脑机接口动起来，是洪波团队的临床目标。令他们兴奋的是，患者甚至在不打开脑机接口的情况下，也能完成术前无法实现的动作。比如，老杨在术后五个月，可以自己将桌上的木块拿到台面。第三位患者则可以依靠自己的力量将小球举到台面，甚至能拿起大型木块。
从脑科学角度，脑机接口为脊髓损伤的修复提供了新的路径。“就像我们要修复一段关系，就要经常见面，一起活动会促进联系，神经细胞也是一样，神经细胞之间的联系断了，患者在使用脑机接口的过程中，这些神经细胞经常联系，就促进了其生长，这是脑科学的第一性原理，叫作可塑性法则。”洪波解释，通过临床评分与电生理检测证实，患者确实发生了神经生长，这让他非常兴奋，希望未来能在更多患者身上看到这样的规律。
下一代无线微创脑机接口正在开发，核心芯片将实现完全自研
在通过脑机接口帮助脊髓损伤患者的过程中，洪波与患者进行了大量的沟通，他受到了很大触动：“高位截瘫患者只能躺在家里，连出门的机会都少。有患者此前是家中顶梁柱，因车祸而失去了自理能力，失去了收入，对整个家庭都是塌方式的影响。我希望春天的阳光能照到每个人身上，不仅我们健康的人有权利在外跑跑跳跳，这些患者也有这种权利，科技能够帮助到他们。”
洪波透露，团队也在朝着这个方向不断努力，计划今年在全国进行大规模临床试验，年底前开展30至50例临床试验。他表示，全球也在同步开展小规模的临床型实验，他希望这一项成果能在全世界首个获得医疗器械的许可。
“当然我们还有很多患者承受着脑疾病的痛苦，希望有一天脑机接口能够帮到这些大脑损伤或者有各种残障的人们。科学的道路是崎岖的，但是永远向前的，也是永远向着美好的方向，向善的方向。”洪波说，“我们团队在不断开发新的技术，让这个设备更安全、更轻巧。下一代无线微创脑机接口将实现核心芯片完全自研，安全可控，这个我们已经在做了，同时我们打算使用医用陶瓷材料，让它更轻，国内医用陶瓷材料也有很好的供应链，我们已经找到了合作伙伴，所以这两点我们有信心。”
还要更安全、更轻便，那么完美的脑机接口应该是怎样的？“大脑信号采集端应该非常小，小到只有一粒米那么大最好，植入手术时，也不用麻醉；执行端也最好是和家庭环境，比如家电、手机等都整合在一起，现在的气动手套还是有点笨拙，不够方便，夏天戴着还热。所以简单来讲，理想的脑机接口应该是一个看不见的存在。”洪波说。
新京报记者 叶红梅
编辑 张磊 校对 刘越
