日前，天津大學(xué)腦機(jī)海河實(shí)驗(yàn)室和清華大學(xué)集成電路學(xué)院聯(lián)手，開(kāi)發(fā)出國(guó)際首個(gè)基于憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件的“雙環(huán)路”無(wú)創(chuàng)演進(jìn)腦機(jī)接口系統(tǒng)。這項(xiàng)研究首次揭示了腦電發(fā)展與解碼器演化在腦機(jī)交互過(guò)程中的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，并成功實(shí)現(xiàn)了人腦對(duì)無(wú)人機(jī)的高效四自由度操控。相關(guān)成果已于近期在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·電子》上在線發(fā)表。

協(xié)同演進(jìn)腦機(jī)接口框架

　　腦機(jī)接口能實(shí)現(xiàn)大腦與機(jī)器直接信息交流，促進(jìn)生物智能與機(jī)器智能融合，被公認(rèn)為是新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的核心技術(shù)。如何通過(guò)腦機(jī)之間的信息交互實(shí)現(xiàn)“互學(xué)習(xí)”，進(jìn)而促進(jìn)腦機(jī)智能的協(xié)同演進(jìn)，是突破腦機(jī)性能瓶頸的重點(diǎn)和難點(diǎn)。但目前腦機(jī)交互過(guò)程中大腦與機(jī)器的動(dòng)態(tài)耦合機(jī)制尚未厘清，導(dǎo)致腦機(jī)之間的長(zhǎng)時(shí)程互適應(yīng)能力較弱，工作性能隨時(shí)間下降嚴(yán)重。

　　天津大學(xué)與清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，腦電信號(hào)中的非平穩(wěn)特性不僅來(lái)源于傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的背景腦電變異，而且與閉環(huán)腦機(jī)交互引導(dǎo)下的任務(wù)腦電演變密切相關(guān)?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)首次提出了“雙環(huán)路腦機(jī)協(xié)同演進(jìn)框架”，并通過(guò)憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件構(gòu)建了全新的腦機(jī)接口系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)純數(shù)字硬件方案，憶阻器新方案的歸一化解碼速度提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)(百倍)以上，能耗降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)(千分之一)以下，高效支撐了四自由度腦控?zé)o人機(jī)任務(wù)目標(biāo)的成功實(shí)現(xiàn)。在連續(xù)6小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)程腦機(jī)交互實(shí)驗(yàn)中，大腦和解碼器的貢獻(xiàn)比例呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，展現(xiàn)出了腦機(jī)協(xié)同演進(jìn)的過(guò)程：初期以解碼器自適應(yīng)更新為主，隨著時(shí)間推移，大腦貢獻(xiàn)逐步增加，最終腦機(jī)接口性能不僅沒(méi)有下降，還實(shí)現(xiàn)了約20%的準(zhǔn)確率提升。

(a)腦-憶阻器交互式更新框架;(b)基于憶阻器腦電解碼的實(shí)時(shí)腦控?zé)o人機(jī)飛行。

　　“這項(xiàng)研究首次提出了腦機(jī)協(xié)同演進(jìn)的概念，并基于憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件完成了技術(shù)驗(yàn)證，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)程大腦與憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件之間的信息交互初步實(shí)現(xiàn)了生物智能與機(jī)器智能的互適應(yīng)、互學(xué)習(xí)，為未來(lái)實(shí)用型腦機(jī)接口系統(tǒng)提供了重要的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐，也為腦機(jī)融合智能的發(fā)展開(kāi)辟了新的方向?！眹?guó)家高層次人才計(jì)劃入選者、天津大學(xué)腦機(jī)海河實(shí)驗(yàn)室許敏鵬教授表示。“我們這款系統(tǒng)未來(lái)計(jì)劃拓展到更多便攜式或可穿戴腦機(jī)接口設(shè)備中，服務(wù)于消費(fèi)級(jí)、醫(yī)療級(jí)等各類智能人機(jī)交互實(shí)用場(chǎng)景?！?/p>