人机互学新突破，中国学者成功研发国际首个“双环路”脑机接口系统

【环球时报-环球网报道 记者郭媛丹 冷舒眉】天津大学与清华大学联合研发出国际上首个“双环路”脑机接口系统，此系统不仅精度更高、能耗更低，还能处理更为复杂的任务。接受《环球时报》采访的研究人员表示，这款系统未来计划拓展到更多便携式或可穿戴脑机接口设备中，服务于消费级、医疗级等各类智能人机交互实用场景。

这款基于忆阻器神经形态器件的无创演进脑机接口系统成功揭示了脑电发展与解码器演化在脑机交互过程中的协同增强效应，实现人脑对无人机的高效四自由度操控。2月17日，这一成果在最新一期《自然·电子》上刊发。

天津大学脑机海河实验室教授许敏鹏18日接受《环球时报》记者采访时表示，如何通过脑机之间的信息交互实现两者互学习，进而促进脑机智能的协同演进，实现长时、稳定脑机交互是当前脑机接口研究的重点和难点。

许敏鹏表示，“互学习”在脑机接口（BCI）技术中的实现至关重要，因为它能够促进人脑与机器系统之间的有效协作。具体而言，“互学习”能够让机器系统根据用户的意图进行调整，从而增强系统的灵活性和自主性。而用户也能够通过与系统的互动不断优化自己的控制能力，实现“人机共生”式的提升。这种协同演进不仅提升了脑机接口的应用效率，还推动了智能系统的整体进步。

针对此难点，天津大学与清华大学的联合研究团队发现脑电信号的非平稳特性与任务脑电演变密切相关。基于此，他们创新性地提出了“双环路脑机协同演进框架”，并通过忆阻器神经形态器件加以实现。在“双环路”框架下，脑与机的学习环路相互协同，共同促进系统性能的提升。

实验结果显示，新方案相较于传统方案，解码速度大幅提升，能耗显著降低。更令人瞩目的是，在连续6小时的长时程交互实验中，系统性能不仅保持稳定，准确率还提升了约20%。这一成果无疑为脑机接口技术的实用化奠定了坚实基础。

“性能提升可归结于两个方面，首先是此次研究研发了低功耗、高精度、高速度的脑机解码硬件系统：相比于传统纯数字硬件方案，忆阻器芯片的归一化解码速度可提升2个数量级以上，能耗可降低3个数量级以下，高效支撑了四自由度脑控无人机任务目标的成功实现。 其次，此次研究基于神经形态忆阻器器件实现了新型脑机接口系统，在长时程脑机交互过程中，脑机接口性能不仅没有下降，还实现了约20%的准确率提升。”许敏鹏介绍。

针对最新研究距离实际应用还需要做些什么的问题，许敏鹏回应说，“一方面，采用多模态脑机反馈技术，促进大脑特定功能的快速正向演化，挖掘大脑复杂、并行任务执行潜能，支撑更为复杂的脑机交互任务。另一方面，研究脑信号与忆阻器硬件智能计算模型的协同训练模式，实现更高效的跨模态信息处理和复杂决策支持。”

他表示，未来，这项研究可拓展到便携式或可穿戴的脑机接口设备中，用于日常生活、医疗康复场景中脑与外部环境或辅助设备的长时程交互。同时也可应用于医疗康复中的闭环神经调控应用（如辅助治疗脑部疾病或帮助中风患者恢复运动功能）。