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一种精度更高、能耗更低且能处理复杂任务的脑机接口系统已经诞生！2月17日，天津大学脑机海河实验室携手清华大学集成电路学院宣布，他们成功研发出一款采用忆阻器神经形态器件的新型无创脑机接口系统。

这项研究首次揭示了脑电信号发展与解码器优化之间的协同作用，实现了人脑对无人机的高效四自由度操控。研究成果已在线刊登在《自然·电子》期刊上。

脑机接口技术让大脑和机器能够直接交流，推动生物智能与人工智能的结合，被视为下一代人机互动和人机混合智能的核心技术。不过，当前脑机交互过程中大脑与机器的动态关系尚不明朗，导致现有系统的长期适应性不足，性能会随时间减弱。

研究团队观察到，脑电信号的不稳定特征既来自背景脑电变化，也与闭环脑机交互中任务信号的变化有关。据此，团队设计了一个“双环路脑机协同演进架构”，并通过忆阻器神经形态器件打造了全新的脑机接口系统。

这个架构里，“机学习”部分的忆阻器解码器可根据脑电信号波动调整解码参数，“脑学习”环节的任务相关脑电信号则在“决策-反馈”循环的指引下不断演化。相关算法已实现在128kb规模的忆阻器神经形态器件上的硬件化部署，把脑电信号的多步运算简化为一步完成。相比传统的纯数字硬件方案，这种新方案解码速度快几百倍，能耗低上千倍，有力支撑了四自由度脑控无人机任务的完成。

在持续6小时的长时交互测试中，大脑与解码器的贡献逐步转变，展现了脑机协同进化的进程：起初主要靠解码器自主调整，后来大脑的作用逐渐加强，最终脑机接口的表现没有衰退，准确率反而提高了大约20%。

“这项工作首次提出脑机协同进化的理念，并通过忆阻器神经形态器件进行了验证。通过长时间的脑机信息交互，我们初步实现了生物智能与机器智能的双向适配与学习，为未来实用型脑机接口的研发奠定了重要理论依据和技术支撑，也为脑机融合智能开辟了新路径。”天津大学脑机海河实验室的许敏鹏教授说道。“下一步，我们将把这个系统推广到更多便携或可穿戴设备中，应用于消费级和医疗级的各类智能人机交互场景。”

本研究由天津大学和清华大学联合完成：天津大学脑机海河实验室团队负责脑机接口软件系统的设计与算法开发，清华大学集成电路学院团队则专注于忆阻器神经形态器件的硬件设计及算法部署。