神经工程

洪波

清华大学医学院教授

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​揭示人脑信息编码，研发下一代脑机接口

实验室主页：http://neuro.med.tsinghua.edu.cn/ ​ 洪波教授2001年获得清华大学生物医学工程博士学位，2004-2005年在美国约翰霍普金斯大学医学院做访问学者，2005年起在清华大学医学院生物医学工程系任教。现为长聘教授，兼任清华大学人工智能研究院副院长、清华IDG麦戈文脑研究院研究员。曾任IEEE Transactions on BME, Frontiers in Neuroscience等期刊编委。

从人脑语言解码到微创脑机接口，开辟脑智能与脑健康的新路径

洪波教授的科研重点是人脑网络组织和信息编码的核心规律，特别是语言等高级认知功能的网络动态机制，并基于这些发现开发直接解读和调控神经活动的脑机接口新技术。一方面为癫痫、神经渐冻症等疾病提供诊疗新方案，另一方面为语言人工智能提供新结构和新算法的启发。

洪波教授团队和临床神经外科合作，获取手术病人高时空分辨率的神经活动信息，构建了人脑网络动态机制及其信息编码的研究体系，发现了大脑皮层功能划分与动态组网的机制，揭示了汉语声调类别化编码的规律，提出并实现了微创植入的脑机接口方法，在临床研究中得到验证。主要研究成果包括：

· 研究神经外科手术中如何在准确切除病灶的同时保护语言运动等重要功能区；神经调控治疗中如何准确靶向目标脑区，提升干预治疗效果

洪波教授团队与哈佛大学等多个研究组合作，实现了个体大脑皮层功能网络划分的新方法,并通过颅内脑电分析揭示了听觉、语言和运动脑区通过精细的时空协作，实现语音识别的神经机制，揭示了大脑网络通过频率耦合实现动态组网的机制，这为神经外科手术和神经调控的规划提供了精准时空信息。成果发表于Nature Neuroscience，Nature Communications、PNAS等，并获相关专利授权。

· 研究对于药物难治的脑疾病，如癫痫、抑郁等，通过脑机接口实现在线检测与调控，让紊乱的大脑网络恢复正常

洪波教授团队利用视觉运动区的神经响应实现微创植入的脑机接口打字系统，研制开发了高精度脑电传感器，所指导的学生创业团队成为脑电产品领军企业；团队正在研制开发微创植入颅骨的新型脑机接口，可用于长期稳定采集脑内信号并精准调控脑活动，原型机已完成动物测试，正在开展临床合作与转化。

1.Yan Y, Dahmani L, Ren J, Shen L, Peng X, Wang R, He C, Jiang C, Gong C, Tian Y, Zhang J, Guo Y, Lin Y, Li S, Wang M, Li L, Hong B*, Liu H*. Reconstructing lost BOLD signal in individual participants using deep machine learning. Nature Communications. 2020 Oct 7;11(1):5046. doi: 10.1038/s41467-020-18823-9.

2.Liu Z, Tang J, Gao B, Yao P, Li X, Liu D, Zhou Y, Qian H, Hong B*, Wu H*. Neural signal analysis with memristor arrays towards high-efficiency brain-machine interfaces. Nature Communications. 2020 Aug 25;11(1):4234. doi: 10.1038/s41467-020-18105-4.

3.Yan Y, Qian T, Xu X, Han H, Ling Z, Zhou W, Liu H, Hong B*. Human cortical networking by probabilistic and frequency-specific coupling. Neuroimage. 2020 Feb 15;207:116363. doi: 10.1016/j.neuroimage.2019.116363.

4.Liu D, Liu C, Chen J, Zhang D, Hong B*, Doubling the Speed of N200 Speller via Dual-directional Visual Motion Encoding, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, doi: 10.1109/TBME.2020.3005518.

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6.Si X, Zhou W, Hong B*. Cooperative cortical network for categorical processing of Chinese lexical tone. PNAS. 114(46):12303-12308. 2017

7.Wang D, Buckner RL, Fox MD, Holt DJ, Holmes AJ, Stoecklein S, Langs G, Pan R, Qian T, Li K, Baker JT, Stufflebean SM, Wang K, Wang X, Hong B*, Liu H*. Parcellating cortical functional networks in individuals. Nature neuroscience, 18(12), 1853–1860. 2015

8.Zhang D, Song H Xu R, Zhou W, Ling Z*, Hong B*. Toward a minimally invasive brain-computer interface using a single subdural channel: A visual speller study. NeuroImage 71:30-41, 2013
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