我国脑机接口实现四自由度操控，揭示实时协同的新可能
我国脑机接口实现四自由度操控，揭示实时协同的新可能
近日，天津大学与清华大学的联合研究团队在脑机接口技术领域取得了重大突破，开发出全球首款基于忆阻器神经形态器件的“双环路”无创演进脑机接口系统。这一成果的揭示为脑机交互的未来提供了新的视角，尤其在生物智能与机器智能的协同演进上，具有深远的影响。
脑机接口技术旨在实现大脑与机器之间的直接信息交流，促进智能融合。因此，如何有效实现脑机之间的“互学习”，从而打破性能瓶颈，便成为这一领域的关键挑战之一。现阶段，脑机交互的动态耦合机制仍不清晰，导致交互中的适应性不足，进而影响长时间使用的稳定性与准确性。
研究团队的发现令人耳目一新。他们揭示了脑电信号的非平稳特性，不仅源于背景脑电变异，还与闭环脑机交互过程中任务相关的脑电演变有直接关系。这一发现为构建新的脑机接口系统提供了理论基础，研究团队随后提出的“双环路脑机协同演进框架”正是基于此。
在这一框架下，界定了“机学习”和“脑学习”两个环路。“机学习”环路中的忆阻器解码器能够根据脑电信号波动实时更新解码参数；而“脑学习”环路则通过决策-反馈循环不断优化任务相关的脑电特征。这一创新的算法使用128kb规模的忆阻器神经形态器件，极大地简化了脑电信号的计算过程，优化为单步计算。与传统的纯数字硬件方案相比，这款双环路接口系统在精度和能耗方面均显示出显著优势，效率提高了两个数量级，能耗降低至千分之一，展现出其强大的处理复杂任务的能力。
在实际应用中，新型脑机接口不仅能控制无人机完成简单的二自由度飞行，研究显示，新系统成功实现了无人机在上下、左右、前后、旋转四自由度的高效操控。在连续六小时的实验中，监测到大脑与解码器之间的动态协作过程：初期由解码器的自适应更新主导，随着时间的推移，大脑的贡献逐渐增强，最终不仅未出现性能下降，准确率还提升了约20%。
此项研究的提出与验证，代表了脑机智能协同演进的创新思想，许敏鹏教授指出，这项研究为未来实用型脑机接口系统提供了重要的理论和技术支撑，也为脑机融合智能的发展指明了方向。未来，该系统也将进一步拓展应用于便携式或可穿戴的脑机接口设备，服务于消费级、医疗级等多样的智能人机交互场景。
脑机接口的进展不仅在于技术本身，更激发了人们对生物智能与机器智能如何共存的深刻思考。随着这一领域的不断成熟，未来或许会有更多创新与突破正在酝酿之中。