天津大学与清华大学联合发布 首个“双环路”脑机接口系统解决方案问世

中新网天津2月18日电 (记者 孙玲玲)记者18日从天津大学获悉，天津大学脑机海河实验室和清华大学集成电路学院联手，开发了一款基于忆阻器神经形态器件的新型无创演进脑机接口系统。这项研究首次揭示了脑电发展与解码器演化在脑机交互过程中的协同增强效应，成功实现了人脑对无人机的高效四自由度操控。相关成果已在线发表于国际权威期刊《自然·电子》。

据介绍，脑机接口被公认为新一代人机交互和人机混合智能的核心技术。如何通过脑机之间的信息交互实现“互学习”，进而促进脑机智能的协同演进，是突破脑机性能瓶颈的重点和难点。但目前脑机交互过程中大脑与机器的动态耦合机制尚未厘清，导致脑机之间的长时程互适应能力较弱，工作性能随时间下降严重。

天津大学与清华大学研究团队首次提出了“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。在连续6小时的长时程脑机交互实验中，大脑和解码器的贡献比例呈现动态变化，呈现出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，其准确率还提升了约20%。

协同演进脑机接口框架。天津大学供图

“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，通过长时程大脑与忆阻器神经形态器件之间的信息交互，初步实现了生物智能与机器智能的互适应、互学习，为研发未来实用型脑机接口系统提供了重要的理论基础与技术支撑，也为脑机融合智能的发展开辟了新的方向。”天津大学脑机海河实验室许敏鹏教授表示，“我们这款系统未来计划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。”