撰文丨王聪

剪辑丨王多鱼

排版丨水成文

2023年12月22日，清华大学晓喻，李路明同道任清华大学校长（副部长级）、党委副文书。

李路明，1968年2月诞生，于1991年获清华大学学士学位、1996年获清华大学获博士学位，而后历任清华大学机械工程讲师、副教诲、教诲。2004年任清华大学航天航空学院东说念主机与环境工程揣度所长处，2011年任清华大学航天航空学院航空宇航系主任，2016年任清华大学航空航天学院常务副院长，2018年任清华大学航空航天学院院长，2022年任清华大学党委常委、副校长。2023年11月当选中国科学院院士。

李路明教诲的主要揣度地方为东说念主机与环境工程、脑起搏器、神经调控。本文将先容其近期完成的一项代表性揣度后果。

2022年10月，李路明教诲团队在《国度科学批驳》（National Science Review）发表了题为：Progress in the development of a fully implantable brain–computer interface: the potential of sensing-enabled neurostimulators 的揣度论文，该论文还被选为当期封面论文。

李路明团队开发了一款可进行及时蓝牙传输的神经刺激器，该刺激器粗略在植入后同步网络多通说念的局部场电位信号，并通过蓝牙传输的形态传送至体外分析平台。 在这项揣度中，李路明团队在别称帕金森病患者身上开展了临床锻真金不怕火，以丘脑底核为植入靶点，在患者完成脑深部刺激（DBS） 手术14个月后进行了脑机接话柄验。

据悉， 这是国内首个休养帕金森病的全植入式脑机接口，亦然初度完毕的基于脑深部核团局部场电位阐明信息的全植入式脑机接口。

跟着神经生理学记载技能和主动式植入式医疗拓荒的发展，感应式神经刺激器已成为全植入式脑机接口（BCI）的新兴技能。 这些植入式神经刺激器旨在用于脑深部刺激（DBS），这是休养阐明不容和精神不容的练习方法。通过集成神经记载，感应式神经刺激器不错在提供刺激的同期通过DBS电极的可用斗争采样局部场电位（LFP）。

在畴前的十年中，通过集成低功耗记载、感应充电和无线通讯，王人备植入式脑机接口（BCI）取得了特别大的发展。 这些植入式脑机接口具有在复杂条款下通过高空间和时代分辨率记载神经举止来揭示精准的大脑状况和东说念主类行动的后劲。

当前，王人备植入式脑机接口是双向想象的，即用于解码大脑举止和调控大脑收罗。后者的调控效应已成为脑机接口的一个进攻方面。然则，大无数王人备植入式脑机接口只在临床前动物模子中进行了揣度。

从当前可用的不停有筹划来看，在完毕王人备植入式脑机接口应用方面，感应启用的神经刺激器尤其引东说念主厚重。在植入跋文录侵入性神经举止的功能将使咱们粗略在临床环境中揣度王人备植入式脑机接口。所测量的大脑信号不错用作经典脑机接口系统的输入，行为临床评估的生物鲜艳物，以及行为退换刺激脉冲的触发器和反应。以往的揣度已训导证了使用感应神经刺激器行为全植入式脑机接口的可行性。

2016年11月，乌得勒支大学医学中心的揣度东说念主员在《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表论文，使用神经刺激器感应晚期渐冻症（ALS）患者大脑阐明皮层中的局部场电位（LFP），并将信号传输到及时脑控打字系统。

当今，越来越多的临床揣度东说念主员正在尝锻真金不怕火证使用感应神经刺激器进行弥远闭环刺激的可行性和灵验性。

李路明团队之前想象了一种感应式神经刺激器，用于临床实施中的纵向脑信号记载。并在最近改良了神经刺激器系统，揣度了其行为阐明脑机接口（BCI）的后劲。如图1a所示，感应式神经刺激器配备了蓝牙通讯功能，八个局部场电位（LFP）通说念（24位分辨率）不错辞别斗争对，并同步传输到记载的电脑或手机。其传输蔓延<10毫秒，最大采样率为1 kHz。无线通讯距离约为2米，可充电电板寿命为10年。该刺激器可一语气采样和传输LFP约6-12小时，取决于同步通说念的数目。

为了考证感应式神经刺激器的安全性和功能性，揣度团队招募了别称帕金森病患者进行脑深部刺激（DBS）手术。揣度体式得到了都门医科大学附庸北京天坛病院伦理委员会的批准，并取得了知情情愿。神经外科大夫使用基于框架的立体定位和微电极记载技能的递次体式进行了植动手术。DBS电极被植入双侧丘脑底核 （STN） ，术后改善率为84.21%，术后改善证明了电极的位置和神经刺激器的基本刺激安全性和功能性。

为了考证神经刺激器的慢性局部场电位（LFP）感知和及时数据传输功能，在DBS电极植入14个月后进行了基于局部场电位（LFP）的脑机接话柄验，其 在植入东说念主体内后，可在进行刺激的同期，及时地网络脑深部核团的局部场电位信号，并通过蓝牙传输至体外数据平台。通过同步通说念的建树，不错同步记载来自脑深部核团的信号、体表肌电信号等生理信号，以及屏幕披露指示，并完毕精准的信号分析。

该揣度当先剖释了深部核团局部场电位的阐明信息。在前期每次锻真金不怕火中，接纳休养的帕金森病患者按照屏幕指示进行上肢阐明（反复伸掌-执拳），下肢阐明（脚尖拍地）或静止拖拉三种任务中的一项。 随后，揣度团队凭据这些信息耕种了机器学习模子，耕种起脑信号与被试动作状况之间的干系。机器学习模子仅哄骗脑深部核团的局部场电位（LFP）信号，识别每100毫秒的阐明状况，经由反复调整和测试，模子的总准确率达到了89.85%。

接下来，揣度团队哄骗这个机器学习模子进行了 模拟轮椅完结的及时在线阐明脑机接话柄验 。患者通过不同的阐明任务完结屏幕上的模拟轮椅迁移到指定区域。其中，上肢阐明的不时时代决定轮椅的转向，下肢阐明时轮椅加快前进，静止拖拉时轮椅也罢手阐明。

为尽可能模拟实践情况，揣度东说念主员将屏幕中的轮椅尺寸（红色方块）、阐明速率和举止限制（白色区域）都按如实践活命中的常见值进行了等比例映射，实验任务特别于在9m×12m的空间内以最快1m/s的速率完结一台轮椅达到指定区域（绿色区域）。收尾披露，在21次实验任务中，患者的告捷率为76%，平均完成时代为63秒。

总的来说，该揣度探索了带有感应功能的神经刺激器行为阐明脑机接口的性能。据咱们所知，这是初度在双侧丘脑底核局部场电位（STN-LFP）中展示基于阐明信息的王人备植入式脑机接口后劲的锻真金不怕火。 改日的揣度不错进一步探索各式行动和生理状况的检测，举例念念象阐明、就寝模式和精神状况，并探索在感应启用神经刺激器中进行机载策画的可能性。站在神经调控和神经解码的交叉点上，感应启用神经刺激器掀开了一扇通往大脑深处的窗口，并可能在很猛进度上鼓动闭环脑机接口的临床应用和发展。

皇冠hg86a

论文归并：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac099