本報天津2月18日電（記者董山峰、王藝釗 通訊員焦德芳）穿戴無創(chuàng)腦機(jī)接口設(shè)備就能操作無人機(jī)？日前，天津大學(xué)腦機(jī)海河實驗室和清華大學(xué)集成電路學(xué)院共同開發(fā)了一款基于憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件的新型無創(chuàng)演進(jìn)腦機(jī)接口系統(tǒng)，并首次揭示了腦電發(fā)展與解碼器演化在腦機(jī)交互過程中的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，成功實現(xiàn)了人腦對無人機(jī)的高效四自由度操控。相關(guān)成果于近日在《自然·電子》上在線發(fā)表。
腦機(jī)接口能實現(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)。如何通過腦機(jī)之間的信息交互實現(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)性能瓶頸的重點和難點。
天津大學(xué)與清華大學(xué)研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，腦電信號中的非平穩(wěn)特性不僅來源于傳統(tǒng)觀點認(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)。基于這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊通過憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件構(gòu)建了全新的腦機(jī)接口系統(tǒng)，提出了“雙環(huán)路腦機(jī)協(xié)同演進(jìn)框架”。在雙環(huán)路框架下，“機(jī)學(xué)習(xí)”環(huán)路中的憶阻器解碼器通過適應(yīng)腦電信號波動完成解碼參數(shù)更新，“腦學(xué)習(xí)”環(huán)路中的任務(wù)相關(guān)腦電特征在“決策—反饋”循環(huán)的引導(dǎo)下不斷正向演化。
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個數(shù)量級（百倍）以上，能耗降低了3個數(shù)量級（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)的成功實現(xiàn)。在連續(xù)6小時的長時程腦機(jī)交互實驗中，大腦和解碼器的貢獻(xiàn)比例呈現(xiàn)動態(tài)變化，最終腦機(jī)接口性能實現(xiàn)了約20%的準(zhǔn)確率提升。
“這項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)驗證，為未來實用型腦機(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)展開辟了新的方向。”國家高層次人才計劃入選者、天津大學(xué)腦機(jī)海河實驗室教授許敏鵬表示?！拔覀冞@款系統(tǒng)未來計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)于消費級、醫(yī)療級等各類智能人機(jī)交互實用場景。”
據(jù)了解，該研究由天津大學(xué)與清華大學(xué)團(tuán)隊合作開展，天津大學(xué)腦機(jī)海河實驗室團(tuán)隊完成協(xié)同演進(jìn)腦機(jī)接口軟件系統(tǒng)設(shè)計與范式算法實現(xiàn)，清華大學(xué)集成電路學(xué)院團(tuán)隊完成協(xié)同演進(jìn)憶阻器神經(jīng)形態(tài)器件硬件設(shè)計及憶阻器算法設(shè)計部署。
