前不久，我们研发的植入式脑机手部运动功能代偿系统(NEO系统)获批上市，它是全球首个经过大规模临床验证的采用半侵入式设计的脑机接口，能够帮助脊髓损伤患者恢复手部运动功能，实现脑控抓握等，提高生活自理能力。
我们团队最早对脑机接口展开探索是在20多年前，那时脑机接口主要有两种技术路线：非侵入式和侵入式。前者是把无创的传感电极放置在头皮外面，虽然安全但信号较弱;后者是将传感电极直接植入大脑皮层，信号精准但长期风险大。
我们一直在探索，有没有第三条路。
2013年，我们提出半侵入式脑机接口设想，把电极放在硬脑膜外。它不接触脑组织，不损伤神经细胞，没有电极移位风险，但比非侵入式的头皮采集脑电信号更稳定，在安全性和信号质量之间找到一个平衡点。
要把这一设想真正落地，需要突破好几个难关。
首先是如何让植入设备长期可靠地采集和传输脑信号。我们反复尝试，最终采用了近场无线通信与供能技术，一方面抛弃了传统连线插头的设计，把脑电信号无线传输到体外;另一方面去掉了体内电池，通过无线方式为处理器供电，避免了因反复充电、电池失效等引起二次手术的风险。这种“信能一体、里应外合”的设计，使得植入设备终身可靠。
其次要攻克脑电信号准确解码这道难题。NEO系统的电极在硬脑膜外，信号衰减是无法回避的问题。经过实验，我们把信号拆分成不同频带，构建了“虚拟信号通道”，并将频带间的协同变化也纳入解码特征。通过这一技术，NEO系统只用8个电极，就实现了90%以上的抓握解码准确率，解码延时控制在数百毫秒，可以精准快速地翻译患者运动意图，让患者“想动就动”。
除此之外，还要尽量降低植入创伤。我们结合手术前磁共振、CT成像和手术中神经电生理测试，确保电极精准植入，缩小电极和植入体的占位。目前，NEO系统一共完成36例患者长期植入，居家安全使用累计天数超过1万天。
还有闭环反馈训练技术。NEO系统没有采用机械手，而是让患者自己戴上气动手套，由脑信号解码控制气动手套的手指充放气，从而带动瘫痪的手指“动”起来。令人惊喜的是，许多患者在使用过程中出现了神经修复迹象，我们猜测可能诱发了脊髓神经环路的特异性修复。
临床试验中的神经修复是如何发生的?如何让这一变化加速进行?这些谜题还有待解开。作为科研工作者，我们将着眼临床试验中发现的未知现象并深入研究，揭示背后奥秘，这是我们未来一个阶段的目标。
把成果推向临床应用和产业，往往意味着要付出更多时间精力，团队成员也曾有过“发文章慢下来了”的压力和困惑。随着探索深入，我们逐渐找到了科学研究在现实应用中的另一种价值所在。有学生跟我说，当看到患者熟练地通过脑控轮椅完成指令时，内心充满了喜悦，顿时感觉到了自己参与这项研究的意义。我们每一次微小的技术进步，都会给患者和他们的家庭带去新的希望。
当下，科技创新与产业创新融合越来越紧密。我也有一个心愿，希望更多青年人能用自己的原创性成果，带动人工智能、集成电路、新材料、高端装备、生命健康等前沿领域的技术变革，用青春力量改变未来。
(作者为清华大学生物医学工程学院教授，本报记者李君强采访整理)
延伸阅读
脑机接口关键技术不断取得突破
前不久，国家药监局正式批准国内首例植入式脑机接口产品的医疗器械注册证，实现脑机接口医疗器械全球首发上市。此次获批上市的植入式脑机手部运动功能代偿系统采用硬脑膜外微创植入方式，并在无线供能通信、虚拟通道解码、闭环反馈训练等关键技术上取得创新。在多中心临床试验中，所有患者均实现脑控下的自由抓握，部分患者还出现一定的神经修复迹象。
脑机接口是通过采集大脑信号并进行解码，实现人与设备之间直接交互的技术。简单来说，就是让“想法”变成“动作”。
在医疗领域，这项技术主要用于帮助神经系统受损的患者恢复功能。例如脊髓损伤患者等，由于大脑信号无法传递到四肢，他们往往失去运动能力。脑机接口可以“绕过”受损通路，将大脑信号直接转化为控制指令，驱动外部设备完成动作。
随着关键技术不断突破，脑机接口正从实验室走向临床应用，未来有望进一步帮助脊髓损伤患者康复，甚至有望治疗中风、抑郁、阿尔茨海默病等重大疾病，真正让技术的运用提升患者的生命质量。
记者手记
做研究要敢于摆脱路径依赖
在一个前沿领域，主流技术路线一旦形成，后来者往往倾向于沿着既有路径追赶。脑机接口领域长期存在非侵入式与侵入式两条路线，前者安全但信号有限，后者精准却风险较高，而洪波团队偏偏选择了一条不确定性更大的、更难走的技术路线。
这种“不跟风”往往意味着更长的研究周期、更慢的成果产出，也意味着在技术路线尚未被验证前，将持续承受质疑与压力。从实验室里的反复调试，到临床试验中的层层验证，每一步都要自己蹚出一条路。在推动实验成果走向临床应用和产业发展过程中，团队更需要在“做论文”和“做产品”之间转换思路、不断突破。也正是这样的坚持，让团队看到了研究的现实意义。当瘫痪多年的患者能够完成抓握动作，自己喝水、吃饭，团队成员也能感受到发自内心的喜悦。
在前沿领域敢于摆脱路径依赖，围绕真实场景与需求反复打磨，让创新从“可行”走向“可用”，今天的科技创新，需要更多坚持“不跟风”的勇气与能力。
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