【天工开物 智创津南】“跨界”博导，在天开津南园让科幻照进现实

“脑机接口”近两年频频在新闻报道中出现，对于大部分人来说，它是“科幻且神秘的”，在天开津南园，天津赋力博智能科技有限公司创始人段峰（右四）带领团队，深入探索介入式脑机接口领域，近年来已获得多项重要进展。他“跨界”多个领域，且在每个领域都大放异彩。其范围之广，让人不禁惊叹：一个人到底能有多“跨界”？！

REPORTERS NOTES

人物素描

段峰，博士生导师，南开大学医学院副院长、天津市介入脑机与智能康复重点实验室主任。要想知道他有多“跨界”，让我们先来看看他的简历：本硕均就读天津大学机械工程学院内燃机专业，且保送硕士研究生并提前半年毕业；之后留学日本东京大学攻读硕士和博士学位，转为精密机械工学专业，针对人工智能机器人方面展开研究，并获得日本政府文部科学省的全额奖学金；学成回国后，开始从事生机电一体化机器人研发，并重点关注脑机交互，在全球范围内首次实现了介入脑机接口非人灵长类动物实验；与此同时，自主研发了垂直起降喷气动力飞行器，填补了国内垂直起降喷气式动力飞行器设计及控制领域的空白……

单看学习经历已经跨度很大了，再看他所从事的领域，无论是脑机接口还是飞行器，每个都需要多学科交叉融合，而段峰却可以同时在这两个领域取得如此耀眼的成绩，很难不让人感到惊叹。在被问及是如何做到能精通工科、医科、软件、材料等多个学科时，他笑着回答道：“因为有用，所以就学了呗！”

采访段峰是在他津南区海棠众创大街的办公室里，说是办公室，其实更像一个小“工厂”：各式各样的机械设备、器材零件分门罗列，整个空间没有任何隔档，只有几个办公桌简单地拼在一起。记者到访时，段峰正坐在角落的电脑前专心地工作，访谈也就由他现在做的项目展开。

“提到脑机接口，大家都觉得科幻神奇，其实在了解原理之后你就不会觉得它很神秘了。”说着，段峰向记者展示了一段视频，一名手臂带有电极片的男子正在“指挥”机械小车前后左右行进。“这是利用肌电信号控制的，电极采集到人手上肌肉活动产生的电信号，之后再通过一些技术手段的处理，生成控制指令，就可以‘指挥’小车了。”段峰向记者介绍说，有一些医学常识的人应该都知道肌电信号，这并不是什么新鲜事，在医学等领域已经有成熟的规模应用了，“现在热门的脑电信号就与肌电信号类似，但只不过它是由大脑发出的，所以采集起来有难度，而随着近几年的科技发展，我们才在此有所突破。”与传统的侵入式和非侵入式采集脑信号截然不同，段峰的“突破”完全是自己“另辟蹊径”, “这还要从我上学时的经历开始说起。”

在日本攻读博士学位期间，段峰就注意到当地人口老龄化所带来的一系列社会问题，所以他研究的机器人就偏向于陪伴、康复以及服务等方向。“当时我就意识到我国在不久的将来也会有这样的问题，于是在学成后我坚决要回国开展研究。”回国后段峰发现，不仅是老龄化，人口基数大致使的医疗资源紧张、医生超负荷工作等问题也日益严峻，因此他将创业的方向转到了医疗器械领域。“最初，我们只是做一些简单的康复治疗仪器，后来与医患接触多了，我们了解到了很多问题和需求。”段峰举例说，比如脑梗的介入手术，对于医生来说需要CT造影辅助，这种长时间的辐射累积会危害到医生的身体健康；而对于患者来说，手术需要的进口取栓支架费用高昂，许多家庭负担不起。“于是，我们有针对性地开发出了一种新型医疗器械，它不仅可以大大缩短医生的手术时间，费用还相较之前有了大幅降低。”说着，段峰从背包里拿出一根软管，向记者进行了展示，“介入式脑机接口就是由它拓展而来的，你看，软管抽出后，里面的金属伸缩网随即露出并同时打开，到这一步时我们就完成脑梗手术的关键步骤了。介入脑机接口就是在此基础上的‘升级’，我们将电极片附着在网格的接头处，通过介入手术留在血管内，就可以由此采集到脑电信号了。”

听起来这是个“水到渠成”的科研经历，但细细想来，项目之所以能够成功是源于段峰对需求的敏锐捕捉，以及他推动自己向前的不懈动力。当然，“水到渠成”也只是成功后的回顾，在创新科研的道路上，困难总是时时刻刻存在的。而对于段峰来说，最大的难题就是跨领域带来的知识鸿沟。“虽然都属于机械领域，但从内燃机到机器人，跨度还是很大的，为了能申请到读博的机会，那段时间我把能借到的图书卡都拿来了，每天泡在图书馆里，恶补与机器人有关的知识。”段峰回忆说，为了能及时回复国外导师们的邮件，他需要算好时差守在电脑前，“一边看书，一边回邮件，那段时间每天连觉都睡不了几个小时。”

做学问靠不了运气，更没有捷径，只有最“苦”、最“笨”的方式才能出成绩。这段经历不仅让段峰收获了博士学位，也为他今后的科研创业打下了坚实的底层逻辑。“有了这段经验后，我似乎就掌握了‘跨界’的能力和技巧，后来无论是医学、电子、材料、软件等等，我都能迅速地学习并驾驭，最终能让知识真正地为需求所用。”

胡适曾说：“怕什么真理无穷，进一步有一步的欢喜；怕什么前路漫漫，走一步有一步的惊喜。”在记者看来，这句话用来形容段峰再合适不过。没有什么迷茫和忧虑，有用就去学、有需要就去做，这种活力与动力使得段峰在十几年中始终不断有原创性科研产出。而“跨界”对于他来说亦是过程，不盲从、不设限，永远在为追求实际需要而行动着。

EXCLUSTVE

独家对话

一

记者：虽然“脑机接口”近两年频频在新闻报道中出现，但大部分人仍认为其是“科幻且神秘的”，能否请您从专业的角度，介绍一下脑机接口?

段峰：脑机接口，简单来说，就是绕过外周神经和肌肉，直接在大脑与外部设备之间建立全新的通信与控制通道。它通过捕捉大脑信号并将其转换为电信号，实现信息的传输和设备控制。1924年发现了脑电信号，但直到上世纪90年代以后，才开始有阶段性的脑机控制成果出现。

传统脑机接口的实现方式主要有两种——侵入式与非侵入式。侵入式，即通过打开或钻透颅骨的方式在脑内植入电极。想采集某方面的信号，就把电极植入到相应的脑区。通常，半年内，通过侵入式脑机接口采集到的信号比较准确，人机互动的效果也比较好，比如，控制机械臂抓取物品之类的完成度就比较高。但半年之后就不好说了，因为电极在脑部有一定的伤害性，可能会排异，电极周围容易形成瘢痕组织的积聚，线路也会产生一定的热，容易引发炎症，对人体的伤害也比较大。所以，它的可持续性很差，后期采集的脑电信号也会变弱，甚至采不到信号，这也是侵入式脑机接口的一个致命短板。比如，网上讨论比较多的，马斯克公司的试验采取的就是侵入式，他们的试验对象是猴子，后来死了。我之前也做过相同的试验，对象变成了老鼠，但老鼠半年以后也死了。所以，我认为这个侵入式的途径在长期安全方面是有较大问题的。

相比较来说，非侵入式脑机接口因为无创就比较安全。它主要是采集汇聚到头皮表面的神经放电信号，由于这种信号采集要通过头骨和层层组织细胞，而头皮的干扰信号也比较多，所以采集到的脑电信号不是很稳定，采集一些大动作脑电信号还可以，但是时间一长，或者识别精细一些的动作，就不行了。这类我们之前也做过，用驾驶员的脑电信号来开车，试验结果非常成功，在短时间的封闭场地内汽车可以平稳行进。但也如刚才所说，时间一长，头皮出汗、分泌油脂、导电膏水分挥发、车颠簸导致的电极松动等因素就影响了脑电信号。

一

记者：您开展介入式脑机接口的实验过程是怎样的?

段峰：2022年6月25日，我们团队牵头完成了国内首款介入式脑机接口动物羊试验，突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术，完成了支架、导管等神经介入器械产品研制，解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端。2023年5月4日，我们又完成了全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验，实现了介入式脑电信号从被动采集到主动控制的技术飞跃，突破了血管内脑电信号采集、介入式脑电信号识别等核心技术。今年8月，我们首次将介入式脑机接口传感器及无线传输模块安全取出，这标志着介入式脑机接口技术的安全性有了重要提升，为该技术的临床应用提供了坚实保障。

近年来，我带领团队深入探索介入式脑机接口领域，已获得多项重要进展。今年的试验是在前期两项试验基础上取得的进一步成果，主要的内容包括，将无线传输设备植入实验动物皮下，并将采集到的介入式脑电信号通过无线传输设备传出，实现了稳定、高效的信号传输；通过介入手术将先前导入羊颅内血管壁上的介入式脑机接口传感器安全取出，整个过程在DSA造影引导下进行，确保了手术过程的安全性。

在试验过程中，实验动物未出现排异反应，且在介入式脑机接口传感器被取出后仍然健康。此次试验的成功，不但验证了无线传输设备与介入式脑机接口系统的安全性和生物兼容性，而且验证了介入式脑机接口传感器可以在不损伤脑组织和血管的情况下被安全取出，为未来介入式脑机接口技术的临床应用提供了坚实基础。所以，此次试验不但在脑机接口技术研究方面取得了重要进展，而且展示了介入式脑机接口在安全性和应用上的巨大潜力。

未来，无线传输技术的应用将帮助介入式脑机接口系统变得更加便携和易用，通过识别运动皮层脑电信号控制康复运动辅助机器人工作，为脑卒中、脑损伤、截瘫等运动功能障碍患者带来福音，大大提升患者的生活质量。我相信，这项技术将通过医工结合打造高端医疗设备民族品牌，为脑疾病医疗康复领域带来广阔的市场前景和深远的社会效益。

一

记者：您能否透露一下未来一段时间的工作重点，或是您对未来科研应用的展望?

段峰：在脑机接口方面，这个领域范围很大，需求也大。举一个例子，比如康复医疗，患者人数多，在脑机接口实现的基础上加以一些辅助的器械，就能实现失能肢体的部分或者完全运动，所以市场潜力比较大。在我看来，康复医疗主要有两个链条，一个创新链，一个是产业链。产业链就是把高端技术低端化，变成产品下沉，下沉以后就能普适更多的人。普适更多的人以后，在科研上才有更多的数据，有了更多的数据以后，反馈到创新链，就能形成更好的技术和更好的产品。我目前的目标就是搭建这样一个双链循环的平台。所以没有着急去做具体的产品，而是静下心来把电极搞起来，电极自动化做完以后，可以服务于很多产品。

现在大家也都知道，脑机接口的概念非常热，而能真正沉下心来做却很难。底层研发需要大量的资金技术支持，技术还不是某一领域的，我们需要更多的跨领域、复合型人才，比如，在材料、加工、机械、电路、医学等领域，至少要有两个以上的领域交叉。所以，我希望大家能用平和的心态去看待这个新鲜事物，同时也欢迎更多有情怀、有能力的人加入到这个领域，大家一起踏踏实实地把脑机接口发展好。

我们与脑机接口同时进行的项目还有垂直起飞的智能飞行器、大鼠的人工冬眠。在飞行器首次试飞成功后，我们有针对性地对其进行了优化改造，比如飞行高度、续航里程、载重限度等等，都比最初一代要更为实用。因为我们做的是载人飞行器，为此我还特意去学了飞行员的执照，希望项目成功后，我可以做第一个起飞的人。未来，我们期望这个飞行器可以在重大自然灾害、复杂恶劣环境救援中得到推广应用。

大鼠的人工冬眠目前还在试验阶段，后续我们计划将这个项目跟介入式脑机接口结合，把特殊刺激信号通过血管内的电极刺激，来影响全脑。我们期待能通过这种方式改造大脑，让人“冬眠”, 从而为医生争取更多的救治时间，提高伤患者的生存率。

来源：海河教育园区