人機互學新突破，中國學者成功研發國際首個“雙環路”腦機接口系統

來源：環球時報-環球網

【環球時報-環球網報道 記者郭媛丹 冷舒眉】天津大學與清華大學聯合研發出國際上首個“雙環路”腦機接口系統，此係統不僅精度更高、能耗更低，還能處理更爲複雜的任務。接受《環球時報》採訪的研究人員表示，這款系統未來計劃拓展到更多便攜式或可穿戴腦機接口設備中，服務於消費級、醫療級等各類智能人機交互實用場景。

這款基於憶阻器神經形態器件的無創演進腦機接口系統成功揭示了腦電發展與解碼器演化在腦機交互過程中的協同增強效應，實現人腦對無人機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。

天津大學腦機海河實驗室教授許敏鵬18日接受《環球時報》記者採訪時表示，如何通過腦機之間的信息交互實現兩者互學習，進而促進腦機智能的協同演進，實現長時、穩定腦機交互是當前腦機接口研究的重點和難點。

許敏鵬表示，“互學習”在腦機接口（BCI）技術中的實現至關重要，因爲它能夠促進人腦與機器系統之間的有效協作。具體而言，“互學習”能夠讓機器系統根據用戶的意圖進行調整，從而增強系統的靈活性和自主性。而用戶也能夠通過與系統的互動不斷優化自己的控制能力，實現“人機共生”式的提升。這種協同演進不僅提升了腦機接口的應用效率，還推動了智能系統的整體進步。

針對此難點，天津大學與清華大學的聯合研究團隊發現腦電信號的非平穩特性與任務腦電演變密切相關。基於此，他們創新性地提出了“雙環路腦機協同演進框架”，並通過憶阻器神經形態器件加以實現。在“雙環路”框架下，腦與機的學習環路相互協同，共同促進系統性能的提升。

實驗結果顯示，新方案相較於傳統方案，解碼速度大幅提升，能耗顯著降低。更令人矚目的是，在連續6小時的長時程交互實驗中，系統性能不僅保持穩定，準確率還提升了約20%。這一成果無疑爲腦機接口技術的實用化奠定了堅實基礎。

“性能提升可歸結於兩個方面，首先是此次研究研發了低功耗、高精度、高速度的腦機解碼硬件系統：相比於傳統純數字硬件方案，憶阻器芯片的歸一化解碼速度可提升2個數量級以上，能耗可降低3個數量級以下，高效支撐了四自由度腦控無人機任務目標的成功實現。 其次，此次研究基於神經形態憶阻器器件實現了新型腦機接口系統，在長時程腦機交互過程中，腦機接口性能不僅沒有下降，還實現了約20%的準確率提升。”許敏鵬介紹。

針對最新研究距離實際應用還需要做些什麼的問題，許敏鵬迴應說，“一方面，採用多模態腦機反饋技術，促進大腦特定功能的快速正向演化，挖掘大腦複雜、並行任務執行潛能，支撐更爲複雜的腦機交互任務。另一方面，研究腦信號與憶阻器硬件智能計算模型的協同訓練模式，實現更高效的跨模態信息處理和複雜決策支持。”

他表示，未來，這項研究可拓展到便攜式或可穿戴的腦機接口設備中，用於日常生活、醫療康復場景中腦與外部環境或輔助設備的長時程交互。同時也可應用於醫療康復中的閉環神經調控應用（如輔助治療腦部疾病或幫助中風患者恢復運動功能）。