天津大學(xué)與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)出一款“雙環(huán)路”腦機(jī)接口系統(tǒng)。此系統(tǒng)不僅精度更高、能耗更低，還能處理更為復(fù)雜的任務(wù)。

這款基于憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件的無創(chuàng)演進(jìn)腦機(jī)接口系統(tǒng)，成功揭示了腦電發(fā)展與解碼器演化在腦機(jī)交互過程中的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，實現(xiàn)了人腦對無人機(jī)的高效四自由度操控。2月17日，這一成果在最新一期《自然·電子》上刊發(fā)。

協(xié)同演進(jìn)腦機(jī)接口框架。（聯(lián)合研究團(tuán)隊供圖）

腦機(jī)接口能實現(xiàn)大腦與機(jī)器直接信息交流，促進(jìn)生物智能與機(jī)器智能融合，被公認(rèn)為是新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的核心技術(shù)。如何通過腦機(jī)之間的信息交互實現(xiàn)“互學(xué)習(xí)”，進(jìn)而促進(jìn)腦機(jī)智能的協(xié)同演進(jìn)，是突破腦機(jī)性能瓶頸的重點和難點。但目前腦機(jī)交互過程中大腦與機(jī)器的動態(tài)耦合機(jī)制尚未厘清，導(dǎo)致腦機(jī)之間的長時程互適應(yīng)能力較弱，工作性能隨時間顯著下降。

天津大學(xué)與清華大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊針對這一難題，發(fā)現(xiàn)腦電信號的非平穩(wěn)特性與任務(wù)腦電演變密切相關(guān)?；诖?，他們創(chuàng)新性地提出了“雙環(huán)路腦機(jī)協(xié)同演進(jìn)框架”，并通過憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件加以實現(xiàn)。在“雙環(huán)路”框架下，腦與機(jī)的學(xué)習(xí)環(huán)路相互協(xié)同，共同促進(jìn)系統(tǒng)性能的提升。

（a）腦-憶阻器交互式更新框架;（b）基于憶阻器腦電解碼的實時腦控?zé)o人機(jī)飛行。（聯(lián)合研究團(tuán)隊供圖）

實驗結(jié)果顯示，新方案相較于傳統(tǒng)方案，解碼速度大幅提升，能耗顯著降低。更令人矚目的是，在連續(xù)6小時的長時程交互實驗中，系統(tǒng)性能不僅保持穩(wěn)定，準(zhǔn)確率還提升了約20%。這一成果無疑為腦機(jī)接口技術(shù)的實用化奠定了堅實基礎(chǔ)。

天津大學(xué)腦機(jī)海河實驗室教授許敏鵬表示，這項研究不僅實現(xiàn)了生物智能與機(jī)器智能的互適應(yīng)、互學(xué)習(xí)，還為未來腦機(jī)接口系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。他透露，團(tuán)隊計劃將這一系統(tǒng)拓展至更多便攜式或可穿戴設(shè)備中，以滿足不同場景下的智能人機(jī)交互需求。

（a）協(xié)同演進(jìn)腦機(jī)解碼正確率較初始狀態(tài)提高20%；（b）任務(wù)相關(guān)腦電特征發(fā)生正向演化；（c）腦與憶阻器解碼器實現(xiàn)互適應(yīng)。（聯(lián)合研究團(tuán)隊供圖）

據(jù)了解，此研究由天津大學(xué)與清華大學(xué)團(tuán)隊合作開展：天津大學(xué)腦機(jī)海河實驗室團(tuán)隊完成協(xié)同演進(jìn)腦機(jī)接口軟件系統(tǒng)設(shè)計與范式算法實現(xiàn)，清華大學(xué)集成電路學(xué)院團(tuán)隊完成協(xié)同演進(jìn)憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件硬件設(shè)計及憶阻器算法設(shè)計部署。（記者張建新、栗雅婷）

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