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厦门吉比特网络科技有限公司客服电话
2025-02-24 03:55:20
厦门吉比特网络科技有限公司客服电话

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脑机接口(Brain-Computer Interface,简(jian)称 BCI)是一种(zhong)能够在大脑与外部设备之(zhi)间建立直接信息交流(liu)通道的(de)技(ji)术。其核心原理是通过(guo)电极(侵(qin)入式(shi)或非(fei)侵(qin)入式(shi))记录大脑活动,利用信号处理算法将神(shen)经信号转(zhuan)化为可执行的(de)指(zhi)令。通过(guo)脑机接口,人类或动物不(bu)需要通过(guo)语言(yan)或动作,直接用大脑就可以控制(zhi)机器设备。

传统脑机接口的(de)自适应解码(ma)器缺乏大脑主动参与,且脑电信号采集的(de)通道数急剧增长,解码(ma)算法也变得更加复杂,为脑电高效实时处理带来巨(ju)大挑战。

近日,由(you)天(tian)津大学脑机海(hai)河实验室(shi)和(he)清华大学集成电路学院(yuan)合作发布的(de)全球首个“双环路”无创脑机接口系统,把脑与机的(de)信息交互,进行了智能融合,实现了“1+1>2”的(de)效果,其脑电信号解码(ma)速度提(ti)升216倍,能耗降低至原本的(de)1/1643,并可以实现对无人机的(de)灵活“脑控”。

协同演进脑机接口框架

2月17日,相关成果的(de)论文在线发表于(yu)国际权威期刊《自然·电子》。论文标题为《基于(yu)忆阻器自适应神(shen)经形态(tai)解码(ma)器的(de)脑机接口》(A memristor-based adaptive neuromorphic decoder for brain-computer interfaces)。

2月19日,该论文的(de)通讯作者之(zhi)一、天(tian)津大学许敏鹏教(jiao)授向澎湃(pai)科技(ji)表示,“双环路脑机协同演进框架”的(de)提(ti)出,不(bu)仅带来了理论上的(de)创新,更在系统性能方面实现了突破。许敏鹏解释说,在系统中引入了忆阻器,使解码(ma)速度提(ti)升很多(duo),归一化解码(ma)速度提(ti)高百倍以上,能耗降低至千分之(zhi)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(de)基本原理就是模拟大脑神(shen)经元的(de)放(fang)电过(guo)程。”在连续6小时的(de)长时程脑机交互实验中,“双环路”脑机接口的(de)准确率提(ti)升约(yue)20%,打破了传统脑机接口实验时长一般控制(zhi)在1个小时的(de)限制(zhi)。

对于(yu)“脑控”时长上的(de)差异,许敏鹏表示,传统的(de)脑接口研究,一般都是短时长研究。“因为我们的(de)大脑是一个非(fei)线性系统,它的(de)脑电波一直都在变化。这种(zhong)变化的(de)脑电波会对我脑机的(de)解码(ma)带来负面影(ying)响,让它的(de)正确率下降,导致没有(you)办法做长时间的(de)脑机交互。但我们是做了6个小时的(de)脑机交互实验。我们通过(guo)‘双环路’机制(zhi),让整个脑机接口的(de)系统性能不(bu)随时间的(de)推移而下降,反而提(ti)升了。”

许敏鹏表示,因为无人机操控应该是目前脑机接口控制(zhi)任务中难度最大的(de)任务,所以这次他们选(xuan)择(ze)了使用脑机接口对无人机进行操控来进行检测。

无人机的(de)自由(you)度非(fei)常高,精度也非(fei)常高,而且实时响应。“我们的(de)脑机接口能实现4个自由(you)度的(de)连续操控,而且能完成一些相对复杂的(de)任务。其他的(de),基本上都只是两个自由(you)度的(de)操控。”

(a)脑-忆阻器交互式(shi)更新框架;(b)基于(yu)忆阻器脑电解码(ma)的(de)实时脑控无人机飞行。

许敏鹏展望,未(wei)来5-10年内(nei),脑机接口系统有(you)望在医疗领域推动视健康诊断(duan)、偏瘫康复、人工(gong)耳蜗调试等(deng)应用落地,并在消费电子领域催生意念操控、脑健康监(jian)测等(deng)新场景。

针对无创设备长期佩戴的(de)安全性争(zheng)议,许敏鹏教(jiao)授则(ze)以“学习骑自行车”类比解释:“长期佩戴这类设备,确实会对大脑活动产生影(ying)响,但并非(fei)一定是不(bu)良影(ying)响。以学骑自行车为例,从最初的(de)手忙脚乱到轻松驾(jia)驭,大脑的(de)神(shen)经网络必然经历了重构(gou)。这就是学习带来的(de)改(gai)变,是大脑习得新技(ji)能的(de)过(guo)程,也是自身优化升级(ji)的(de)过(guo)程。”

天(tian)津大学许敏鹏教(jiao)授(中)。

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