我国科学家开发国际首个“双环路”脑机接口系统，实现无人机四自由度操控
我国科学家开发国际首个“双环路”脑机接口系统，实现无人机四自由度操控
2月17日，天津大学脑机海河实验室与清华大学集成电路学院联合宣布，成功开发出国际首个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。该系统不仅实现了人脑对无人机的高效四自由度操控，还首次揭示了大脑电信号与解码器在交互过程中的协同增强机制。相关研究成果已发表在国际学术期刊《自然·电子》上。
脑机接口技术被认为是新一代人机交互和人机混合智能的核心技术。天津大学脑机海河实验室许敏鹏教授指出，当前脑机接口技术面临的主要挑战是大脑与机器之间的长时程互适应能力较弱，工作性能随时间下降严重。针对这一问题，研究团队提出了“双环路脑机协同演进框架”，并通过忆阻器神经形态器件构建了全新的脑机接口系统。
在双环路框架下，“机学习”环路中的忆阻器解码器通过适应脑电信号波动完成解码参数更新，“脑学习”环路中的任务相关脑电特征在“决策-反馈”循环的引导下不断正向演化。相关算法基于128kb规模的忆阻器神经形态器件实现了硬件化部署，将脑电信号的多步计算过程优化为单步计算。
相较于传统纯数字硬件方案，“双环路”脑机接口系统在多个方面实现了突破：效率提高2个数量级（百倍）以上，能耗降低3个数量级（千分之一）以下。在无人机控制方面，传统无创脑机接口技术通常只能实现简单的二自由度飞行，而新系统可支持上下、左右、前后、旋转四个自由度的复杂任务。
在连续6小时的长时程脑机交互实验中，研究团队观察到大脑和解码器的贡献比例呈现动态变化，展现了脑机协同演进的过程。初期以解码器自适应更新为主，随着时间推移，大脑贡献逐步增加，最终脑机接口性能不仅没有下降，准确率还提升了约20%。
许敏鹏教授表示，这项研究首次提出了脑机协同演进的概念，并基于忆阻器神经形态器件完成了技术验证，初步实现了生物智能与机器智能的互适应、互学习。未来，该系统有望拓展到更多便携式或可穿戴脑机接口设备中，服务于消费级、医疗级等各类智能人机交互实用场景。
本文原文来自财联社