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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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

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