在近日召開的2025中關(guān)村論壇“科技助殘平行論壇”上，15項科技助殘創(chuàng)新案例發(fā)布。由清華大學(xué)洪波團(tuán)隊研發(fā)的無線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口入選，該技術(shù)是一項無線且侵入性小的腦機(jī)接口技術(shù)，可幫助高位截癱患者恢復(fù)手部運(yùn)動。
清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授洪波告訴新京報記者，無線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口已經(jīng)完成了三例長期植入臨床試驗，今年將在全國進(jìn)行大規(guī)模臨床試驗，年底前開展30至50例臨床試驗。同時，第二代無線微創(chuàng)腦機(jī)接口也正在研發(fā)中，將在芯片和材料方面有新的突破。
癱瘓十余年，腦機(jī)接口讓他的手重新動起來
《中國脊髓損傷者生活質(zhì)量及疾病負(fù)擔(dān)調(diào)研報告2023版》顯示，中國現(xiàn)存脊髓損傷患者374萬人，每年新增脊髓損傷患者約9萬人。他們損傷部位以下四肢都失去運(yùn)動能力，個人難以自理，生活質(zhì)量堪憂。
“患者因為中風(fēng)偏癱，或者因為脊髓損傷截癱了，或者因為先天性的原因出現(xiàn)了漸凍癥，他的大腦和外周就失去了聯(lián)系，在這種情況下，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給我們帶來新的希望，就是用電信號或者其他信號解讀的方法，把大腦里的信號翻譯成外面的設(shè)備能夠理解的控制命令，這樣患者想動就能動起來?！焙椴ū硎尽?/p>
自腦機(jī)接口引入中國以來，洪波帶領(lǐng)團(tuán)隊一直致力于該技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，他們研發(fā)的無線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口NEO（Neural Electronic Opportunity），已經(jīng)使三位因為車禍導(dǎo)致脊髓損傷高位截癱的患者重新動了起來。
老楊是首位使用這種腦機(jī)接口的截癱患者，癱瘓十余年，他的手無法自由抓握和放松，拿起一瓶水的動作也無法完成。2023年10月，老楊進(jìn)行了一場即將改變他命運(yùn)的手術(shù)。這場手術(shù)時長兩個小時左右，電極被植入老楊控制手運(yùn)動的腦區(qū)，術(shù)后一個禮拜左右他就回到家。他的妻子為他戴上腦機(jī)接口，將處理器插入接口后，老楊的腦電信號就源源不斷從他的大腦中傳出，進(jìn)入處理器中，處理器解碼得知老楊想法，隨后將指令傳達(dá)到氣動手套，協(xié)助老楊完成動作，拿起一瓶水從此不再是難事。
實(shí)際上，國際上很多團(tuán)隊都有相關(guān)嘗試。美國斯坦福大學(xué)、布朗大學(xué)等高校開發(fā)了一套BrainGate系統(tǒng)，經(jīng)過了20年的努力，用硬質(zhì)的硅基電體把100個電極插入大腦運(yùn)動皮層，但是因為有線的連接和患者的免疫損傷，這項成果至今未能變成產(chǎn)品。埃隆·馬斯克的Neuralink團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的無線化，但其使用的柔性電極仍未克服因為大腦的移動導(dǎo)致電極脫落的問題，到今天也沒有成為產(chǎn)品。
“我們的第一個患者比馬斯克的第一個患者早三個月（進(jìn)行腦機(jī)接口臨床試驗）。”洪波說，“我們團(tuán)隊將病人的健康收益和風(fēng)險平衡作為第一項原則，首先要使這個醫(yī)療設(shè)備植入人體的腦機(jī)接口醫(yī)療設(shè)備是安全可靠的，所以我們采用了完全不一樣的策略?！焙椴▓F(tuán)隊將電極放在大腦皮層顱骨下面硬膜外面，在這個位置上電極可以安全工作一輩子，既不會破壞神經(jīng)細(xì)胞的活動，也不會導(dǎo)致免疫的反應(yīng)，還不會出現(xiàn)電極脫落和長期性能的缺失，負(fù)責(zé)處理腦信號和通信的體內(nèi)機(jī)則埋入厚度約6至10毫米的顱骨內(nèi)。
興奮的發(fā)現(xiàn)：使用腦機(jī)接口后的患者出現(xiàn)神經(jīng)生長
這個方案的實(shí)現(xiàn)要解決很多技術(shù)難題。
首先，通訊速度和設(shè)備發(fā)熱之間需要達(dá)到技術(shù)平衡。他舉了一個例子，當(dāng)我們長時間不間斷使用手機(jī)時，手機(jī)會越來越熱，腦機(jī)接口也是一樣，信號傳輸特別多時，頭皮也會發(fā)熱，神經(jīng)細(xì)胞也會發(fā)熱，這是不安全的?！八晕覀冃枰谕ㄓ嵥俣群驮O(shè)備發(fā)熱之間找到技術(shù)上的平衡?！?/p>
同時，在裝電池與否的取舍中，團(tuán)隊考慮到電池電量耗盡后難以處理，醫(yī)用電池尚需依賴進(jìn)口，就突破了無線供電技術(shù)，植入的體內(nèi)機(jī)可以與體外機(jī)隔著皮膚通過電磁感應(yīng)獲取電能。
此外，手術(shù)的實(shí)施也并不容易，這一微創(chuàng)手術(shù)“做起來很復(fù)雜，需要和外科大夫進(jìn)行精準(zhǔn)定位，電極并非放在任何地方都能采集到很好的信號，我們需要用核磁共振技術(shù)定出患者指揮手運(yùn)動的腦神經(jīng)區(qū)域。”洪波說。
洪波對這個系統(tǒng)的評價是，兼具低侵入性和高可靠性。“我們植入的電極不會破壞神經(jīng)細(xì)胞，具有低侵入性，同時，無線電通信可供終生使用，可靠性高?！彼硎荆瑘F(tuán)隊的算法非常強(qiáng)大，能將只有8個電極的信號變成100多個虛擬通道，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健運(yùn)動解碼。而僅有一枚硬幣大小的體內(nèi)機(jī)，內(nèi)部有329個零件?！斑@背后，是10年的努力?！彼f。
讓患者手部借助腦機(jī)接口動起來，是洪波團(tuán)隊的臨床目標(biāo)。令他們興奮的是，患者甚至在不打開腦機(jī)接口的情況下，也能完成術(shù)前無法實(shí)現(xiàn)的動作。比如，老楊在術(shù)后五個月，可以自己將桌上的木塊拿到臺面。第三位患者則可以依靠自己的力量將小球舉到臺面，甚至能拿起大型木塊。
從腦科學(xué)角度，腦機(jī)接口為脊髓損傷的修復(fù)提供了新的路徑?！熬拖裎覀円迯?fù)一段關(guān)系，就要經(jīng)常見面，一起活動會促進(jìn)聯(lián)系，神經(jīng)細(xì)胞也是一樣，神經(jīng)細(xì)胞之間的聯(lián)系斷了，患者在使用腦機(jī)接口的過程中，這些神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)常聯(lián)系，就促進(jìn)了其生長，這是腦科學(xué)的第一性原理，叫作可塑性法則?！焙椴ń忉專ㄟ^臨床評分與電生理檢測證實(shí)，患者確實(shí)發(fā)生了神經(jīng)生長，這讓他非常興奮，希望未來能在更多患者身上看到這樣的規(guī)律。
下一代無線微創(chuàng)腦機(jī)接口正在開發(fā)，核心芯片將實(shí)現(xiàn)完全自研
在通過腦機(jī)接口幫助脊髓損傷患者的過程中，洪波與患者進(jìn)行了大量的溝通，他受到了很大觸動：“高位截癱患者只能躺在家里，連出門的機(jī)會都少。有患者此前是家中頂梁柱，因車禍而失去了自理能力，失去了收入，對整個家庭都是塌方式的影響。我希望春天的陽光能照到每個人身上，不僅我們健康的人有權(quán)利在外跑跑跳跳，這些患者也有這種權(quán)利，科技能夠幫助到他們?！?/p>
洪波透露，團(tuán)隊也在朝著這個方向不斷努力，計劃今年在全國進(jìn)行大規(guī)模臨床試驗，年底前開展30至50例臨床試驗。他表示，全球也在同步開展小規(guī)模的臨床型實(shí)驗，他希望這一項成果能在全世界首個獲得醫(yī)療器械的許可。
“當(dāng)然我們還有很多患者承受著腦疾病的痛苦，希望有一天腦機(jī)接口能夠幫到這些大腦損傷或者有各種殘障的人們?？茖W(xué)的道路是崎嶇的，但是永遠(yuǎn)向前的，也是永遠(yuǎn)向著美好的方向，向善的方向?！焙椴ㄕf，“我們團(tuán)隊在不斷開發(fā)新的技術(shù)，讓這個設(shè)備更安全、更輕巧。下一代無線微創(chuàng)腦機(jī)接口將實(shí)現(xiàn)核心芯片完全自研，安全可控，這個我們已經(jīng)在做了，同時我們打算使用醫(yī)用陶瓷材料，讓它更輕，國內(nèi)醫(yī)用陶瓷材料也有很好的供應(yīng)鏈，我們已經(jīng)找到了合作伙伴，所以這兩點(diǎn)我們有信心。”
還要更安全、更輕便，那么完美的腦機(jī)接口應(yīng)該是怎樣的？“大腦信號采集端應(yīng)該非常小，小到只有一粒米那么大最好，植入手術(shù)時，也不用麻醉；執(zhí)行端也最好是和家庭環(huán)境，比如家電、手機(jī)等都整合在一起，現(xiàn)在的氣動手套還是有點(diǎn)笨拙，不夠方便，夏天戴著還熱。所以簡單來講，理想的腦機(jī)接口應(yīng)該是一個看不見的存在?！焙椴ㄕf。
新京報記者 葉紅梅
編輯 張磊 校對 劉越
