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明白:全球首个“双环路”创脑机接口问世:意念操控人机,能耗骤降至千分之一

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发表于 4 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
视频加载中脑机接口(B-C I,简称 BCI)是一种能够在大脑与外部设备之间建立直接信息交流通道的技术。其核心原理是通过电极(侵入式或非侵入式)记录大脑活动,利用信号处理算法将神经信号转化为可执行的指令。通过脑机接口,人类或动物不需要通过语言或动作,直接用大脑就可以控制机器设备。传统脑




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脑机接口(B-C I,简称 BCI)是一种能够在大脑与外部设备之间建立直接信息交流通道的技术。其核心原理是通过电极(侵入式或非侵入式)记录大脑活动,利用信号处理算法将神经信号转化为可执行的指令。通过脑机接口,人类或动物不需要通过语言或动作,直接用大脑就可以控制机器设备。

传统脑机接口的自适应解码器缺乏大脑主动参与,且脑电信号采集的通道数急剧增长,解码算法也变得更加复杂,为脑电高效时处理带来巨大挑战。

近日,由大学脑机海河验室和清华大学集成电路学院合作发布的全球首个“双环路”创脑机接口系统,把脑与机的信息交互,进行了智能融合,现了“1+1>2”的效果,其脑电信号解码速度提升216倍,能耗降低至原本的11643,并可以现对人机的灵活“脑控”。

协同演进脑机接口框架

2月17日,相关成果的论文在线发表于国际权威期刊《自然・电子》。论文标题为《基于忆阻器自适应神经形态解码器的脑机接口》(A -- )。

2月19日,该论文的通讯作者之一、大学许敏鹏教授向澎湃科技表示,“双环路脑机协同演进框架”的提出,不仅带来了理论上的创新,更在系统性能方面现了突破。许敏鹏解释说,在系统中引入了忆阻器,使解码速度提升很多,归一化解码速度提高百倍以上,能耗降低至千分之一以下;功耗降低很多,可以长时间进行脑机交互。“忆阻器的基本原理就是模拟大脑神经元的放电过程。”在连续6小时的长时程脑机交互验中,“双环路”脑机接口的准确率提升约20%,打破了传统脑机接口验时长一般控制在1个小时的限制。

对于“脑控”时长上的差异,许敏鹏表示,传统的脑接口研究,一般都是短时长研究。“因为我们的大脑是一个非线性系统,它的脑电波一直都在变化。这种变化的脑电波会对我脑机的解码带来负面影响,让它的正确率下降,导致没有办法做长时间的脑机交互。但我们是做了6个小时的脑机交互验。我们通过‘双环路’机制,让整个脑机接口的系统性能不随时间的推移而下降,反而提升了。”

许敏鹏表示,因为人机操控应该是目前脑机接口控制任务中难度比较大的任务,所以这次他们选择了使用脑机接口对人机进行操控来进行检测。

人机的自由度非常高,精度也非常高,而且时响应。“我们的脑机接口能现4个自由度的连续操控,而且能完成一些相对复杂的任务。其他的,基本上都只是两个自由度的操控。”

()脑-忆阻器交互式更新框架;()基于忆阻器脑电解码的时脑控人机飞行。

许敏鹏展望,未来5-10年内,脑机接口系统有望在医疗领域推动视健康诊断、偏瘫康复、人工耳蜗调试等应用落地,并在消费电子领域催生意念操控、脑健康监测等新场景。

针对创设备长期佩戴的安全性争议,许敏鹏教授则以“学习骑自行车”类比解释:“长期佩戴这类设备,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,从比较初的手忙脚乱到轻松驾驭,大脑的神经络必然经历了重构。这就是学习带来的改变,是大脑习得新技能的过程,也是自身优化升级的过程。”

大学许敏鹏教授(中)。

澎湃新闻 吴跃伟 习生 韵淇

(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)




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