双回路系统允许仅使用大脑信号进行四个自由度的控制，将精度提高20%。

中国科学家开发出世界上第一个双向自适应脑机接口（BCI），显著提高了效率，为实际应用铺平了道路。根据这项新研究，该系统的效率比传统的脑机接口提高了100倍。

天津大学和清华大学的研究人员声称，他们的创新很快就会被集成到医疗和消费者使用的可穿戴和便携式设备中。

这个系统允许大脑和机器相互学习，不像传统的脑机接口只解码大脑信号。这种交互确保了长期稳定的性能，这是使BCI在日常应用中更加可靠的关键一步。

“我们的工作首次引入了脑机协同进化的概念，并成功证明了其可行性，标志着生物智能和机器智能之间相互适应的第一步，”天津大学该研究的合著者徐敏鹏说。

首个克服单向限制的脑机接口

自20世纪70年代以来，BCI允许用户通过将大脑信号转换为命令，用他们的思想控制机器。最初的研究重点是帮助残疾人，但今天的应用包括游戏、免提无人机控制和其他互动技术。

尽管取得了这些进步，但传统的脑机接口有一个关键的局限性：它们只能在一个方向上发挥作用。这意味着大脑没有收到可以帮助它调整和完善控制的反馈。随着时间的推移，这种适应能力的缺乏会导致表现下降。

“推进脑机接口技术的一个主要挑战是实现大脑和机器之间的相互学习，”徐敏鹏说。

研究人员发现，大脑信号的变化不仅仅是由情绪或疲劳引起的随机波动。相反，这些变化受到大脑与脑机接口相互作用的影响。

利用这一见解，他们开发了一种使用忆阻器芯片的双回路框架 —— 一种模仿神经网络的节能硬件组件 —— 在大脑和机器之间创造更自然的互动。

该系统由两个关键回路组成：一个是不断更新解码器以适应大脑信号变化的机器学习回路，另一个是帮助用户通过实时反馈改进控制的大脑学习回路。

BCI具有更高的效率和扩展的功能

研究表明，与传统的BCI相比，双回路系统的效率提高了100倍以上，能耗降低了1000倍。

徐敏鹏说：“与传统的数字BCI相比，我们的双回路系统将效率提高了100多倍，同时将能耗降低了1000倍。”

这一技术飞跃还允许用户执行更复杂的任务。传统的BCI通常提供两个自由度，例如上下或左右移动无人机。然而，新系统实现了四个自由度，增加了向前向后运动和旋转 —— 所有这些都完全由大脑信号控制。

研究人员对10名参与者进行了6个小时的测试，发现与非适应性脑机接口相比，适应性系统提高了大约20%的准确性。该研究证明了用户的长期稳定性和学习曲线，增强了系统的实用潜力。

“我们的研究为实际BCI系统的发展提供了强大的理论基础和技术支持，为脑机集成智能的发展开辟了新的方向，”徐敏鹏补充说。

中国在BCI技术方面的进步

美国、欧洲和中国都对脑机接口的发展做出了重大贡献。埃隆·马斯克（Elon Musk）的Neuralink等公司专注于侵入性大脑植入物，而中国研究人员在开发非侵入性和适应性脑机接口方面取得了重大进展。

这一最新突破表明，中国致力于提高脑机接口的效率和易用性。通过实现大脑和机器之间的双向互动，新系统在将脑机接口整合到日常生活中迈出了重要的一步，从医疗康复到消费电子产品。

这项研究发表在《自然电子学》杂志上。