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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(jiē)用(yòng)大(dà)脑(nǎo)就(jiù)可(kě)以(yǐ)控(kòng)制(zhì)机(jī)器(qì)设(shè)备(bèi)。

传(chuán)统(tǒng)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)的(de)自(zì)适(shì)应(yīng)解(jiě)码(mǎ)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，为脑电高效实时处理带来巨大挑战。

近日，由天津大学脑机海河实验室和清华大学集成电路学院合作(zuò)发(fā)布(bù)的(de)全球(qiú)首(shǒu)个(gè)“双(shuāng)环(huán)路”无(wú)创(chuàng)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)系(xì)统(tǒng)，把(bǎ)脑(nǎo)与(yǔ)机(jī)的(de)信(xìn)息(xi)交(jiāo)互(hù)，进(jìn)行(xíng)了(le)智(zhì)能(néng)融(róng)合(hé)，实(shí)现(xiàn)了(le)“1+1>2”的(de)效(xiào)果(guǒ)，其(qí)脑(nǎo)电(diàn)信(xìn)号(hào)解码速度提升216倍，能耗降低至原本的1/1643，并可以实现对无人机的灵活“脑控”。

协同演进脑机接口框架

2月17日，相关成果的论文在(zài)线(xiàn)发(fā)表(biǎo)于(yú)国(guó)际(jì)权(quán)威(wēi)期(qī)刊(kān)《自(zì)然(rán)·电(diàn)子(zi)》。论(lùn)文标(biāo)题(tí)为(wèi)《基(jī)于(yú)忆(yì)阻(zǔ)器(qì)自(zì)适(shì)应(yīng)神(shén)经(jīng)形(xíng)态(tài)解(jiě)码(mǎ)器(qì)的(de)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)》（A memristor-based adaptive neuromorphic decoder for brain-computer interfaces）。

2月(yuè)19日(rì)，该(gāi)论(lùn)文的(de)通(tōng)讯(xùn)作(zuò)者之一、天津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，更在系统性能方面实现了突破。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(de)放电过程。”在连续6小时的长时程脑机交互实验中，“双环路”脑机接口的准确率提升约20%，打破了传统脑机接口实验时长一般控制在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个小时的脑机交互实验。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，因为无人机操控应该是目前脑机接口控制任务中难度最大的任务，所以这次他们选择了使用脑机接口对无人机进行操控来进行检测。

无人机的自由度非常高，精度也非常高，而且实时响应。“我们(men)的脑机接口能实现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。”

（a）脑-忆阻器交互式更新框架;（b）基于忆阻器脑电解码的实时脑控无人机飞行。

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。

针对无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，确实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，从最初的手忙脚乱到轻松驾驭，大脑的神经网络必然经历了重构。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。”

天津大学许敏鹏教授（中）。