全球首个“双环路”无创脑机接口面世:意念控制无人机,能耗骤降至千分之一
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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设备之间树立直接信息沟通通道的技能。其中心原理是经过电极(侵入式或非侵入式)记载大脑活动,使用信号处理算法将神经信号转化为可执行的指令。经过脑机接口,人类或动物不需要经过言语或动作,直接用大脑就能够控制机器设备。
传统脑机接口的自适应解码器缺少大脑自动参加,且脑电信号收集的通道数急剧增加,解码算法也变得愈加杂乱,为脑电高效实时处理带来巨大应战。
近来,由天津大学脑机海河试验室和清华大学集成电路学院协作发布的全球首个“双环路”无创脑机接口体系,把脑与机的信息交互,进行了智能交融,完结了“1+1>2”的作用,其脑电信号解码速度进步216倍,能耗下降至本来的1/1643,并能够完结对无人机的灵敏“脑控”。

协同演进脑机接口结构。
2月17日,相关效果的论文在线发表于世界威望期刊《天然·电子》。论文标题为《根据忆阻器自适应神经形状解码器的脑机接口》(A memristor-based adaptive neuromorphic decoder for brain-computer interfaces)。
2月19日,该论文的通讯作者之一、天津大学许敏鹏教授向汹涌科技表明,“双环路脑机协同演进结构”的提出,不只带来了理论上的立异,更在体系功能方面完结了打破。许敏鹏解说说,在体系中引入了忆阻器,使解码速度进步许多,归一化解码速度进步百倍以上,能耗下降至千分之一以下;功耗下降许多,能够长时间进行脑机交互。“忆阻器的基本原理便是模仿大脑神经元的放电进程。”在接连6小时的长时程脑机交互试验中,“双环路”脑机接口的准确率进步约20%,打破了传统脑机接口试验时长一般控制在1个小时的约束。
关于“脑控”时长上的差异,许敏鹏表明,传统的脑接口研讨,一般都是短时长研讨。“由于咱们的大脑是一个非线性体系,它的脑电波一向都在改动。这种改动的脑电波会对我脑机的解码带来不利影响,让它的正确率下降,导致没有办法做长时间的脑机交互。但咱们是做了6个小时的脑机交互试验。咱们经过‘双环路’机制,让整个脑机接口的体系功能不随时刻的推移而下降,反而进步了。”。
许敏鹏表明,由于无人机控制应该是目前脑机接口控制使命中难度规模大的使命,所以这次他们挑选了使用脑机接口对无人机进行控制来进行检测。
无人机的自由度十分高,精度也十分高,并且实时呼应。“咱们的脑机接口能完结4个自由度的接连控制,并且能完结一些相对杂乱的使命。其他的,基本上都只是两个自由度的控制。”。

(a)脑-忆阻器交互式更新结构;(b)根据忆阻器脑电解码的实时脑控无人机飞翔。
许敏鹏展望,未来5-10年内,脑机接口体系有望在医疗范畴推进视健康确诊、偏瘫恢复、人工耳蜗调试等使用落地,并在消费电子范畴催生意念控制、脑健康监测等新场景。
针对无创设备长时间佩带的安全性争议,许敏鹏教授则以“学习骑自行车”类比解说:“长时间佩带这类设备,的确会对大脑活动产生影响,但并非一定是不良影响。以学骑自行车为例,从开始的手忙脚乱到轻松驾御,大脑的神经网络必定阅历了重构。这便是学习带来的改动,是大脑习得新技能的进程,也是本身优化晋级的进程。”。

天津大学许敏鹏教授(中)。