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平安O2O借款全国各市客户服务热线人工号码
2025-02-24 06:18:17
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脑机接口(Brain-Computer Interface,简称 BCI)是一种能够在大脑与外部(bu)设(she)备之间建(jian)立直接信息交流通道的技术。其核心原理是通过电极(ji)(侵入式(shi)或非侵入式(shi))记(ji)录大脑活(huo)动,利用信号处理算法将神经信号转化为可执行(xing)的指令。通过脑机接口,人类或动物不(bu)需要通过语言或动作,直接用大脑就可以(yi)控制机器设(she)备。

传统脑机接口的自(zi)适应解码器缺乏大脑主动参与,且脑电信号采集的通道数急剧增长,解码算法也变得更(geng)加复杂(za),为脑电高效实(shi)时处理带来巨大挑战。

近日,由天津大学脑机海河实(shi)验(yan)室和清华大学集成电路学院合作发布的全(quan)球首个“双环路”无(wu)创脑机接口系统,把脑与机的信息交互,进行(xing)了智能融合,实(shi)现了“1+1>2”的效果,其脑电信号解码速(su)度提升(sheng)216倍,能耗降低至原本的1/1643,并可以(yi)实(shi)现对无(wu)人机的灵活(huo)“脑控”。

协同演进脑机接口框架

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

2月19日,该论文的通讯作者(zhe)之一、天津大学许(xu)敏鹏教授向澎湃科技表示,“双环路脑机协同演进框架”的提出,不(bu)仅带来了理论上的创新,更(geng)在系统性(xing)能方面(mian)实(shi)现了突(tu)破。许(xu)敏鹏解释说,在系统中引入了忆阻器,使解码速(su)度提升(sheng)很多,归(gui)一化解码速(su)度提高百倍以(yi)上,能耗降低至千分(fen)之一以(yi)下;功耗降低很多,可以(yi)长时间进行(xing)脑机交互。“忆阻器的基本原理就是模(mo)拟大脑神经元的放(fang)电过程。”在连续6小(xiao)时的长时程脑机交互实(shi)验(yan)中,“双环路”脑机接口的准确(que)率提升(sheng)约20%,打破了传统脑机接口实(shi)验(yan)时长一般控制在1个小(xiao)时的限制。

对于“脑控”时长上的差异,许(xu)敏鹏表示,传统的脑接口研究,一般都是短时长研究。“因(yin)为我们的大脑是一个非线性(xing)系统,它的脑电波一直都在变化。这种变化的脑电波会对我脑机的解码带来负面(mian)影(ying)响,让它的正确(que)率下降,导致没有办法做长时间的脑机交互。但我们是做了6个小(xiao)时的脑机交互实(shi)验(yan)。我们通过‘双环路’机制,让整个脑机接口的系统性(xing)能不(bu)随(sui)时间的推移而下降,反而提升(sheng)了。”

许(xu)敏鹏表示,因(yin)为无(wu)人机操控应该是目前脑机接口控制任(ren)务(wu)中难度最大的任(ren)务(wu),所以(yi)这次他们选择了使用脑机接口对无(wu)人机进行(xing)操控来进行(xing)检测(ce)。

无(wu)人机的自(zi)由度非常高,精度也非常高,而且实(shi)时响应。“我们的脑机接口能实(shi)现4个自(zi)由度的连续操控,而且能完成一些相对复杂(za)的任(ren)务(wu)。其他的,基本上都只是两个自(zi)由度的操控。”

(a)脑-忆阻器交互式(shi)更(geng)新框架;(b)基于忆阻器脑电解码的实(shi)时脑控无(wu)人机飞(fei)行(xing)。

许(xu)敏鹏展望,未来5-10年内,脑机接口系统有望在医疗领域推动视(shi)健(jian)康(kang)诊断、偏(pian)瘫康(kang)复、人工(gong)耳蜗(wo)调试等应用落(luo)地,并在消(xiao)费(fei)电子领域催生意念操控、脑健(jian)康(kang)监测(ce)等新场景(jing)。

针(zhen)对无(wu)创设(she)备长期佩戴的安全(quan)性(xing)争议,许(xu)敏鹏教授则以(yi)“学习骑自(zi)行(xing)车(che)”类比解释:“长期佩戴这类设(she)备,确(que)实(shi)会对大脑活(huo)动产生影(ying)响,但并非一定(ding)是不(bu)良影(ying)响。以(yi)学骑自(zi)行(xing)车(che)为例,从(cong)最初的手忙脚乱到轻松(song)驾驭,大脑的神经网(wang)络必(bi)然经历了重构。这就是学习带来的改变,是大脑习得新技能的过程,也是自(zi)身优化升(sheng)级的过程。”

天津大学许(xu)敏鹏教授(中)。

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