新突破！陸腦機接口雙環路問世

天津大學和北京清華大學聯合開發出一款基於憶阻器神經形態器件的「雙環路」無創演進腦機接口系統，精度更高、能耗更低。圖爲示意圖。 （新華社）

《科技日報》報導，天津大學腦機海河實驗室和清華大學集成電路學院聯合，開發出一款基於憶阻器神經形態器件的「雙環路」無創演進腦機接口系統，精度更高、能耗更低。同時，團隊還首次揭示了大腦電訊號與解碼器在交互過程中如何進一步協同增強的奧秘，併成功實現了人腦對無人機的高效4自由度操控。相關成果刊發在國際學術期刊《自然‧電子》上。

腦機接口能實現大腦與機器直接訊息交流，促進生物智能與機器智能融合，被公認是新一代人機交互和人機混合智能的核心技術。如何通過腦機之間的訊息交互實現「互學習」，進而促進腦機智能的協同演進，是突破腦機性能瓶頸的重點和難點。

天津大學腦機海河實驗室許敏鵬教授說，「但目前腦機交互過程中大腦與機器的動態耦合機制尚未釐清，導致腦機之間的長時程互適應能力較弱，工作性能隨時間下降嚴重。」

研究團隊發現，腦電訊號中的非平穩特性不僅來源於傳統觀點認爲的背景腦電變異，而且與閉環腦機交互引導下的任務腦電演變密切相關。基於這一發現，團隊首次提出了「雙環路腦機協同演進框架」，並通過憶阻器神經形態器件構建了全新的腦機接口系統。

在雙環路框架下，「機學習」環路中的憶阻器解碼器通過適應腦電訊號波動完成解碼參數更新，「腦學習」環路中的任務相關腦電特徵在「決策-反饋」循環的引導下不斷正向演化。相關算法基於128kb規模的憶阻器神經形態器件實現硬體化部署，將腦電訊號的多步計算過程優化爲單步計算。

「相較於傳統純數位硬體方案，『雙環路』腦機接口系統精度更高、能耗更低、能處理更復雜任務。像效率提高2個數量級（百倍）以上，能耗降低3個數量級（千分之一）以下。」許敏鵬舉例，傳統無創腦機接口技術通常只能控制無人機進行簡單的2自由度飛行，研究團隊開發的「雙環路」腦機接口系統可高效支撐無人機完成上下、左右、前後、旋轉4自由度任務目標。（更多精彩內容請下載《翻爆》APP）