中國青年報客戶端天津2月17日電（中青報·中青網記者 胡春艷 通訊員 焦德芳）更高精度、更低能耗,、能處理更復雜任務的腦機接口系統(tǒng)出現(xiàn)了,！2月17日，天津大學腦機海河實驗室和清華大學集成電路學院聯(lián)合發(fā)布說,，成功開發(fā)了一款基于憶阻器神經形態(tài)器件的新型無創(chuàng)演進腦機接口系統(tǒng),。

這項研究首次揭示了腦電發(fā)展與解碼器演化在腦機交互過程中的協(xié)同增強效應，成功實現(xiàn)了人腦對無人機的高效四自由度操控,。相關成果已在線發(fā)表于國際權威期刊《自然·電子》,。

腦機接口能實現(xiàn)大腦與機器直接信息交流，促進生物智能與機器智能融合,，被公認為是新一代人機交互和人機混合智能的核心技術,。如何通過腦機之間的信息交互實現(xiàn)“互學習”，進而促進腦機智能的協(xié)同演進,，是突破腦機性能瓶頸的重點和難點,。但目前腦機交互過程中大腦與機器的動態(tài)耦合機制尚未厘清，導致腦機之間的長時程互適應能力較弱,，工作性能隨時間下降嚴重,。

天津大學與清華大學研究團隊發(fā)現(xiàn)，腦電信號中的非平穩(wěn)特性不僅來源于傳統(tǒng)觀點認為的背景腦電變異,，而且與閉環(huán)腦機交互引導下的任務腦電演變密切相關,。

基于這一發(fā)現(xiàn)，團隊首次提出了“雙環(huán)路腦機協(xié)同演進框架”,，并通過憶阻器神經形態(tài)器件構建了全新的腦機接口系統(tǒng),。在雙環(huán)路框架下，“機學習”環(huán)路中的憶阻器解碼器通過適應腦電信號波動完成解碼參數(shù)更新,，“腦學習”環(huán)路中的任務相關腦電特征在“決策-反饋”循環(huán)的引導下不斷正向演化,。

相關算法基于128kb規(guī)模的憶阻器神經形態(tài)器件實現(xiàn)了硬件化部署，將腦電信號的多步計算過程優(yōu)化為單步計算,。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無人機任務目標的成功實現(xiàn),。

在連續(xù)6小時的長時程腦機交互實驗中，大腦和解碼器的貢獻比例呈現(xiàn)動態(tài)變化,，呈現(xiàn)出腦機協(xié)同演進的過程：初期以解碼器自適應更新為主,，隨著時間推移，大腦貢獻逐步增加，最終腦機接口性能不僅沒有下降,，其準確率還提升了約20%,。

“這項研究首次提出了腦機協(xié)同演進的概念，并基于憶阻器神經形態(tài)器件完成了技術驗證,，通過長時程大腦與憶阻器神經形態(tài)器件之間的信息交互初步實現(xiàn)了生物智能與機器智能的互適應,、互學習，為研發(fā)未來實用型腦機接口系統(tǒng)提供了重要的理論基礎與技術支撐,，也為腦機融合智能的發(fā)展開辟了新的方向,。”國家高層次人才計劃入選者,、天津大學腦機海河實驗室許敏鵬教授表示,。“我們這款系統(tǒng)未來計劃拓展到更多便攜式或可穿戴腦機接口設備中,，服務于消費級,、醫(yī)療級等各類智能人機交互實用場景,?！?

據(jù)了解，該研究由天津大學與清華大學團隊合作開展：天津大學腦機海河實驗室團隊完成協(xié)同演進腦機接口軟件系統(tǒng)設計與范式算法實現(xiàn),，清華大學集成電路學院團隊完成協(xié)同演進憶阻器神經形態(tài)器件硬件設計及憶阻器算法設計部署,。

清華大學博士畢業(yè)生（現(xiàn)為香港大學研究助理教授）劉正午、天津大學博士研究生梅杰為共同第一作者,，天津大學許敏鵬教授,、明東教授與清華大學唐建石副教授、吳華強教授為共同通訊作者,。