5月17日，由搜狐主办的2024搜狐科技年度论坛在北京盛大开幕。多位院士、科学家与产业界人士齐聚一堂，激发智慧的深度碰撞，奔赴科技的星辰大海。

本届论坛线上线下结合，开启全天的思想盛宴。在下午的线下论坛中，清华大学为先书院院长、医学院教授洪波以“脑机接口，未来已来”为主题进行了演讲。

他指出，脑机接口技术在过去五年快速发展，正在加速建立大脑和数字世界之间的信息通道。这个通道目前可能并不是那么宽，但是一旦打开了，就会不断增大带宽，最终能实现把我们的大脑和硅基世界联系起来。

“医学上有很多的地方需要脑机接口，比如盲人、聋人失去了感觉，我们可以建立一个虚拟的感觉通道，这是把信息写入大脑的脑接口；如果是瘫痪患者和渐动症患者，需要把信息从他们的大脑中读取出来，来控制外界的机械手、轮椅等，实现脑机交互。”

洪波强调，今天的脑机接口在医学领域已经出现了从单向到双向，从外周到中枢，从感觉修复到认知康复这三大变化。作为一项技术它不是科幻，已经从实验室走进了临床现实。

清华大学为先书院院长、医学院教授洪波

以下为演讲全文：

20年前，当我们团队第一次把 Brain-Computer Interface这个词翻译成中文的时候，我们不会想到会有今天这么快速的变化，是不是我们对脑机接口的发展过于乐观了呢？

大家想一想我们要实现数字永生的话有哪几种办法？

第一种办法，可以通过大模型技术做一个元宇宙里的数字人，让它像我们一样说话，甚至重现我们的影像；第二种可以采用生物学的方法，把我们的DNA、蛋白质甚至细胞都数字化，存进数字生命卡，可惜这还是无法复现我们的生命。

我认为存在第三种方法。我们之所以为人，是因为我们有思想，我们能有独立的思考，像今天的科技论坛这样探索宇宙的边界，科学的边界。大脑是我们思考的器官，我们依赖这样的物质基础产生独特的思想。有没有可能把我们大脑里千亿个细胞的连接，用动态的微分方程复现出来，重要的是我们必须遵守大脑编码信息，处理感觉、运动、语言、记忆等的规律。这其实是我们复现数字生命最重要，也是最关键的。

如果大家看过《三体》的话，大家还记得“阶梯计划”中云天明是怎么去三体星球的吗？实际上是把他的大脑送过去了，这也告诉我们数字生命的关键是复现我们的大脑。

脑机接口技术在过去五年快速发展，正在加速建立大脑和数字世界之间的信息通道。这个通道目前可能并不是那么宽，但是一旦打开了，就会不断增大带宽，最终能实现把我们的大脑和硅基世界联系起来。

假设我们的大脑控制外周感觉和运动的函数是F（x）的话，脑机接口是要想办法替代这个函数。脑机接口是首先为高位截瘫运动障碍的那些患者，他们失去了大脑对外界的控制能力，比如神经纤维断了，比如外周的神经细胞凋亡了，我们要帮助他们建立一个新的通道。这个通道是f（x），这个函数不是复现F（x），而是用一种信号处理、信号翻译的方法打开一个新通道，患者利用这个通道，学习操控脑机接口的能力。这是非常重要的概念。

医学上有很多的地方需要脑机接口，比如盲人、聋人失去了感觉，我们可以建立一个虚拟的感觉通道，这是把信息写入大脑的脑接口；如果是瘫痪患者和渐动症患者，需要把信息从他们的大脑中读取出来，来控制外界的机械手、轮椅等，实现脑机交互。我想今天的脑机接口起码在医学领域已经出现了从单向到双向，从外周到中枢，从感觉修复到认知康复这三大变化。

我们做任何一件事情总要仰望星空，除了解决眼前的病痛，脑机接口还有一个重要的使命就是连接地球上的两种智能，连接我们的碳基生命和硅基数字世界，实现人脑智能和人工智能的融合。

我们的团队刚刚完成了一例植入脑机接口的临床试验。从零开始，花了10年时间开发了一种全新的微创脑机接口。

这位患者老杨，15年前发生车祸，脊部的脊髓损伤，四肢瘫痪。经过15年的康复只能胳膊抬一点，但是手上所有的感觉和运动都没有，完全靠家人照护。去年10月24号我们在宣武医院和赵国光院长团队合作，植入我们的微创脑机接口，老杨现在获得了一个特殊能力，可以用大脑信号来指挥一个机械手，自己拿起杯子喝水。

脑机接口作为一项工程技术，已经不是科幻，需要三大技术的支持：

首先，要有一个良好的神经界面，把这个信号从大脑里读取出来，而且是非常安全可靠的；

第二，信号怎么对应我们计算机里的指令，怎么控制机械手，或者计算机光标的指令，需要翻译，这个翻译依赖于脑科学对运动系统信息编码的发现；

第三，需要一个信息处理系统，把信号通过通过硬件、软件等做一个实时的处理。大家刚才看到的都是在毫秒级上处理脑信号的。这三大技术决定了脑机接口能走多远。

如果要考虑脑机接口的实用性，必须在它的带宽和创伤之间找到一个平衡。我们也知道很多场景里可以戴一个脑电帽采集脑信号，这相当于把麦克风放在门外，它的信号不会很好，但是它可以满足一些场景的需求，比如游戏、人机互动，甚至用于元宇宙的操控等。

但是，如果是一个严肃医疗场景的脑机接口，我们可能需要采集更加清晰的脑信号。美国和欧洲的国际同行，更多是把电极插到大脑皮层里面去，采集神经细胞放电，这个放电非常清楚，但是带来的创伤很多情况下是不能接受的。所以我们要在清晰的信号和创伤之间找到平衡，找到一个患者可以接受，而且满足脑机接口应用功能的方案。

美国很多团队都在采用的BrainGate方案，这个方案是硬质的硅基电极，插到电脑皮层里面，它的带宽很高，但是因为神经损伤和有线插头的问题，到今天没有获得FDA的批准进入临床。Neuralink是大家更熟悉的例子，马斯克的团队把柔性的微丝电极插入到大脑皮层里面，他们发明了插入电极的缝纫机，同时也解决了无线供电问题，应该比前面更加进步，但实际植入人体也遇到了挑战。

今年1月29号Neuralink团队做了首例患者的临床植入，也就是在老杨做了植入手术之后的3个月。但是最近他们碰到电极脱离的问题，因为电极插入大脑皮层就会导致神经细胞的损伤，我们的免疫细胞还会包裹使得一些信号丢失。无论是微丝电极也好，还是硬制硅电极也好，跟大脑细胞的接触是不稳定的界面，这些界面会随着时间改变，导致信号丢失，而且会越来越严重。这是植入脑机接口的最大难题。

我们在大概在2013年左右提出一个新的方案，把植入电极不是插到大脑皮层里面，而是放到大脑的硬膜外，以减少创伤，提高信号可靠行。硬脑膜是保护大脑皮层的特殊结构。早上煮个鸡蛋外面的壳就像我们的颅骨，白色的膜就像这个硬脑膜。如果把电极放在上面，虽然信号没有下面那么好，但是它是长期安全可靠的，也不会引起神经细胞的免疫反应。

做到这样的事情还要解决无线供电和无线通讯问题，我们需要依靠麦克斯韦方程隔着皮肤传递能量和信号。我们把体内机嵌在颅骨里面，颅骨足够厚，可以嵌一个几毫米厚的钛壳。隔着皮肤有两个同样参数的线圈，它们之间实现近场耦合。

这个耦合可以带来两个功能，第一可以把电能隔着头皮送到大脑里去，驱动里面的芯片和计算；第二可以把里面的实时的脑信号无线传送出来。这两点是系统的关键，也是跟目前马斯克采用的体内电池供电和蓝牙无线通信方案很不一样的。

当然在背后有很多工程技术的突破，这么一个小小的钛壳，一个硬币大，里面有300多个元件。这也是我们团队花了大概6年左右的时间，从零开始设计的。当然要进入人体，必须经过很长时间动物实验来检验安全性。

疫情期间，我们花了3年时间在上海建立了一个动物实验基地，去验证这样的设备，放在小猪的脑子里是不是可以稳定供电，能不能把小猪的脑信号读取出来。我们团队的博士后就是外科大夫，他为小猪做手术，找到最合适的植入位置，包括检测信号是不是稳定，发热是不是可控等等。我们证明小猪的脑信号可以稳定读取出来，并通过脑信号判断小猪是在什么样的状态。

经过1000天的实验，我们证明了植入脑机接口没有对小猪的大脑细胞造成损失，没有引起胶质细胞的免疫反应，说明硬脑膜保护大脑非常好。

很多时候我们研究脑机接口是在实验室里做演示，但是如果把它推到临床应用的时候，复杂度大大提高。要考虑这是一个三类植入的医疗器械，必须经过超洁净的GMP车间生产才能进入到手术室中。我们在上海和我实验室毕业生创立的博睿康团队一起，建立了这样一个基地，完成了这个植入脑机接口设备的生产。包括取得国家医疗器械型检报告，通过了生物安全性和电磁安全性认证，以及临床医院的伦理审查，也在国际上做了注册。

我们一开始觉得可以做渐动症，后来找到第一位患者老杨，才认识到脊髓损伤高位截瘫是最合适的。我们发现老杨这样的患者很有代表性，车祸发生的时候，第3第4第5这几截颈椎会因为受力而错位，导致脊髓里面的神经纤维损伤。脊髓像神经系统的电缆，我们大脑的指挥信号没有办法传到外周，最典型的临床症状就是全身瘫痪，四肢都失去感觉和运动能力。

说起来容易，做起来很复杂。我们在手术前通过功能磁共振确定了老杨大脑运动和感觉脑区的位置，作为植入电极的依据。这个手术相对其他脑外科手术来说很简单，只需要在颅骨中嵌入硬币大小的体内处理器，同时把8个电极放置到硬脑膜外。病人一般一周就可以出院回家了。

当我第一次看到从老杨大脑里传出来的信号的时候，是非常激动的。经过一段时间的训练以后，老杨不仅能抓握水瓶，像大家一样喝水。让我们惊讶的是，过去几个月他的感觉诱发电位信号幅度持续提升，临床测量的脊髓损伤评分也在改善，这表明老杨的脊髓损伤情况正在改善。我们下一步要验证会不会是脑机接口操控过程中，下行和上行神经电活动的耦合会帮助脊髓损伤患者修复他的神经纤维。

去年12月19日，我们在天坛医院和贾旺主任团队合作做了第二例微创脑机接口植入，同样是车祸脊髓损伤的患者。最近我们让这位患者学会新的技能，他可以完全靠自己大脑控制轮椅出门，他可以自如地遥控他的轮椅，靠他的大脑想象运动。这也是世界上第一次在开放的生活环境中做到植入脑机接口脑控轮椅。

清华校庆之前，我请两位患者到校园春游。那个时候第一例已经半年了，第二例也过了4个月，两位患者一切安好，我一颗忐忑的心终于放下来了。去年7月份我们家访这两位患者的时候，是不会预见能达到今天的效果。大家看这两位患者的气色比我都好。

当然我们的脑机接口系统面临的问题是带宽还不够高，我们相信会通过工程迭代来不断提高。为什么我们会这么努力地推进第一批临床，因为有一个非常清晰的工程迭代思路，我们未来会每两年迭代改进一次，下一版希望把它的电极通道数提升到64，大大拓宽脑机接口通信带宽。未来每两年会使它的带宽提升一倍，当然这里面有很多的材料科学、信息科学、脑科学的问题需要去突破。

这是我们未来的图景，希望它是一个更大的带宽，同时安全可靠终身使用的植入脑机接口。是不是有一天我们要想说话，包括做的演讲，像霍金那样的演讲，都可以通过高通量的脑机接口把你的想法、你的思想直接转换成语言。我的团队也做了一些中文在人脑中神经编码的研究，这是科学基础。

最后想跟大家分享一个星辰大海的愿景，今天我们帮助这些残疾人恢复了他们运动感觉的能力，会不会有一天随着我们脑机接口的带宽越来越大，植入安全性越来越小，小到就像一个医美手术一样，是不是每个人都可以像拥有一个手机，都拥有一个脑机接口，成为你身体的一部分。

最后揭晓一下我们的脑机接口为什么叫NEO，《盗梦空间》的男主角就叫是尼奥NEO，NEO也是拉丁文“新”的意思。当然我们也有一个非常直接的翻译，Neural Electronics Opportunity。NEO对患者来讲，特别对那些脊髓损伤患者、渐动症患者，是他们新的希望。

我们团队还在加紧努力，我们希望用脑机接口采集到的信号，构建每一个人的数字大脑，我们要把神经影像、脑电数据和神经动力学高维的方程结合起来，构建起动态虚拟脑。这个虚拟脑的展示的是一个小孩子发作癫痫的时候，他的脑活动怎么从他的右脑快速演化到左边，从而引发癫痫发作。

会不会将来每个人都有这样一个数字大脑，我们在生病之前都会知道大脑里发生了怎样的变化。即使今天还我们没有能力复现所有思维活动，但可以复现一些疾病特征，去帮助我们做虚拟手术、虚拟用药、虚拟调控，实现脑疾病的精准诊断和治疗。

所以我说脑机接口，未来已来！让硅基芯片和碳基大脑直接对话是一个宏大而激动人心的目标，它将缓解脑疾病的苦痛，甚至让人类由此走向数字永生。我们已经在路上……

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