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武汉星夜科技有限公司 客服电话
2025-02-24 05:05:41
武汉星夜科技有限公司 客服电话

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脑机接口(kou)(Brain-Computer Interface,简称 BCI)是一种能够在大(da)脑与外部设(she)备(bei)之间建立直(zhi)接信息交流(liu)通道的技(ji)术。其核心原理是通过电极(ji)(侵入式或非(fei)侵入式)记录大(da)脑活动(dong),利用(yong)信号(hao)处理算法将神经信号(hao)转化(hua)为可执行的指令(ling)。通过脑机接口(kou),人类(lei)或动(dong)物不需要通过语言或动(dong)作(zuo),直(zhi)接用(yong)大(da)脑就可以控制机器设(she)备(bei)。

传统脑机接口(kou)的自适应解码器缺乏大(da)脑主动(dong)参(can)与,且脑电信号(hao)采集的通道数急(ji)剧增(zeng)长,解码算法也变得更(geng)加复(fu)杂,为脑电高效实时处理带来巨大(da)挑战。

近日,由天津大(da)学脑机海河实验室(shi)和清华(hua)大(da)学集成电路学院合作(zuo)发(fa)布的全球首个“双环路”无创脑机接口(kou)系统,把脑与机的信息交互,进行了(le)智能融合,实现了(le)“1+1>2”的效果,其脑电信号(hao)解码速度提升216倍,能耗降低至原本的1/1643,并可以实现对无人机的灵(ling)活“脑控”。

协(xie)同演进脑机接口(kou)框架

2月17日,相关成果的论文(wen)在线发(fa)表于国际(ji)权威期刊《自然·电子》。论文(wen)标题为《基于忆阻器自适应神经形态解码器的脑机接口(kou)》(A memristor-based adaptive neuromorphic decoder for brain-computer interfaces)。

2月19日,该论文(wen)的通讯作(zuo)者之一、天津大(da)学许敏鹏教授向澎湃科技(ji)表示,“双环路脑机协(xie)同演进框架”的提出(chu),不仅带来了(le)理论上的创新,更(geng)在系统性能方面实现了(le)突破。许敏鹏解释说,在系统中引入了(le)忆阻器,使解码速度提升很多(duo),归一化(hua)解码速度提高百倍以上,能耗降低至千分之一以下;功耗降低很多(duo),可以长时间进行脑机交互。“忆阻器的基本原理就是模拟大(da)脑神经元的放电过程。”在连续(xu)6小时的长时程脑机交互实验中,“双环路”脑机接口(kou)的准确率提升约20%,打破了(le)传统脑机接口(kou)实验时长一般控制在1个小时的限制。

对于“脑控”时长上的差异,许敏鹏表示,传统的脑接口(kou)研究,一般都是短时长研究。“因(yin)为我(wo)们的大(da)脑是一个非(fei)线性系统,它的脑电波一直(zhi)都在变化(hua)。这种变化(hua)的脑电波会对我(wo)脑机的解码带来负(fu)面影响,让它的正确率下降,导致没(mei)有办法做长时间的脑机交互。但我(wo)们是做了(le)6个小时的脑机交互实验。我(wo)们通过‘双环路’机制,让整(zheng)个脑机接口(kou)的系统性能不随时间的推移(yi)而下降,反而提升了(le)。”

许敏鹏表示,因(yin)为无人机操(cao)控应该是目前脑机接口(kou)控制任务中难度最大(da)的任务,所以这次他们选择了(le)使用(yong)脑机接口(kou)对无人机进行操(cao)控来进行检测。

无人机的自由度非(fei)常高,精度也非(fei)常高,而且实时响应。“我(wo)们的脑机接口(kou)能实现4个自由度的连续(xu)操(cao)控,而且能完成一些相对复(fu)杂的任务。其他的,基本上都只是两(liang)个自由度的操(cao)控。”

(a)脑-忆阻器交互式更(geng)新框架;(b)基于忆阻器脑电解码的实时脑控无人机飞行。

许敏鹏展望,未来5-10年内,脑机接口(kou)系统有望在医疗(liao)领域推动(dong)视健(jian)康诊(zhen)断、偏瘫康复(fu)、人工(gong)耳蜗调(diao)试等应用(yong)落地(di),并在消费电子领域催生意(yi)念操(cao)控、脑健(jian)康监测等新场景。

针对无创设(she)备(bei)长期佩(pei)戴的安全性争(zheng)议,许敏鹏教授则以“学习骑自行车”类(lei)比解释:“长期佩(pei)戴这类(lei)设(she)备(bei),确实会对大(da)脑活动(dong)产生影响,但并非(fei)一定是不良影响。以学骑自行车为例,从最初的手忙脚(jiao)乱到轻松驾(jia)驭,大(da)脑的神经网络必然经历(li)了(le)重(zhong)构。这就是学习带来的改变,是大(da)脑习得新技(ji)能的过程,也是自身优(you)化(hua)升级的过程。”

天津大(da)学许敏鹏教授(中)。

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