人民網(wǎng)天津5月20日電 （記者孫一凡）5月18日，腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)在第七屆世界智能大會(huì)上正式發(fā)布具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超大指令集高速率非侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)。使用者只需注視電腦屏幕上閃爍的216鍵虛擬鍵盤，即可通過頭上佩戴的小小設(shè)備實(shí)時(shí)捕獲蘊(yùn)藏在腦電波中的交互信息，進(jìn)而完成字符的高速拼寫，實(shí)現(xiàn)“意念”打字。該系統(tǒng)創(chuàng)造了迄今為止國(guó)際上非侵入式腦機(jī)接口最大指令集的世界紀(jì)錄。

科研人員操作超大指令集高速率非侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)。天津大學(xué)供圖

心隨所想，隨心所動(dòng)，科幻電影中通過意念控制的情節(jié)，正在通過腦機(jī)接口技術(shù)，從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。腦機(jī)接口技術(shù)是指在人腦與外部設(shè)備間建立直接連接的通路，實(shí)現(xiàn)腦與機(jī)器之間的直接“對(duì)話”，是新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的關(guān)鍵核心技術(shù)。

目前的腦機(jī)接口技術(shù)可分為侵入式和非侵入式。侵入式腦機(jī)接口技術(shù)需要通過各種手段將信號(hào)檢測(cè)電極放置入顱內(nèi)一處，這種方式雖具有較高的信噪比和較好的分辨率，但無法獲取全域腦信息，且無論采用何種置入方式，其長(zhǎng)期使用的安全風(fēng)險(xiǎn)和倫理問題不容忽視?；陬^皮腦電控制的非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)兼具安全、便捷、高效等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)完全無創(chuàng)和對(duì)全腦信號(hào)的同步監(jiān)測(cè)。伴隨著技術(shù)的進(jìn)步和腦電信號(hào)采集質(zhì)量的持續(xù)提升，從受眾面的廣度和寬度來講，非侵入式腦機(jī)接口在消費(fèi)級(jí)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域更具優(yōu)勢(shì)。

科研人員操作超大指令集高速率非侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)。天津大學(xué)供圖

目前，由于指令集個(gè)數(shù)與解碼速度之間的制約關(guān)系，超大指令集的高效編解碼一直是非侵入式腦機(jī)接口亟須突破的技術(shù)瓶頸之一。為此，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持自主創(chuàng)新，研發(fā)了時(shí)－頻－相混合多址的新型編碼范式，首次融合運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位、P300電位和穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位三種腦電特征，成功實(shí)現(xiàn)了216鍵的高速拼寫操作，在線平均信息傳輸速率保持在300bits/min以上，單指令平均輸出時(shí)間僅為1.2秒。

不僅如此，該系統(tǒng)還集成了漢語和英語拼寫的常用音節(jié)信息，并支持中英文輸入法一鍵切換，更符合腦機(jī)快速拼寫的使用需求，可顯著提高視覺型腦機(jī)系統(tǒng)的靈活性，滿足在多場(chǎng)景下的應(yīng)用需要。該成果近日已發(fā)表于國(guó)際神經(jīng)工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊，相關(guān)支撐技術(shù)獲批中國(guó)與美國(guó)發(fā)明專利授權(quán)。

指令數(shù)量是反映非侵入式腦機(jī)接口核心能力的重要指標(biāo)指征。據(jù)腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室主任助理、天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)教授許敏鵬介紹，國(guó)際上研究的指令集曾長(zhǎng)期居于80指令以下，難以突破百量集的技術(shù)瓶頸?！疤旖虼髮W(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)于2019年率先研發(fā)了百指令集腦機(jī)接口系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全鍵盤的字符輸入，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)最大指令集的世界紀(jì)錄。在此工作基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)出新型的腦機(jī)編碼策略，在國(guó)際上又率先突破200指令大關(guān)，再次刷新了腦機(jī)操作指令集的世界紀(jì)錄?！痹S敏鵬表示。

依托這一技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)最新開發(fā)了一款面向嚴(yán)重手功能障礙患者的“神工－諦聽”腦機(jī)微信操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)引入了視線追蹤技術(shù)，可對(duì)患者視線落點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而通過腦機(jī)接口數(shù)據(jù)處理和算法設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)解碼用戶指令輸出意圖?；颊咴谑褂脮r(shí)無需雙手操作，不用張嘴說話，僅靠腦機(jī)操作系統(tǒng)，就可以使用包括選擇聊天對(duì)象、文字輸入與刪除、自定義表情等微信全功能。目前，該系統(tǒng)已在臨床上進(jìn)行了成功測(cè)試，并取得了良好的效果。

科研人員操作超大指令集高速率非侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)。天津大學(xué)供圖

許敏鵬表示，植根于團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超大指令集腦機(jī)接口技術(shù)、世界首款腦機(jī)接口專用芯片“腦語者”等多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，以及在微弱腦電特征識(shí)別、高速腦機(jī)編解碼和連續(xù)運(yùn)動(dòng)腦機(jī)控制等關(guān)鍵核心技術(shù)的創(chuàng)新突破。目前團(tuán)隊(duì)已構(gòu)建了從芯片、電極、算法到系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)全鏈條非侵入式腦機(jī)信息交互技術(shù)體系，在腦電識(shí)別精度、控制指令數(shù)量和信息傳輸率三項(xiàng)核心指標(biāo)達(dá)到國(guó)際最高水平，將有力推動(dòng)臨床級(jí)與消費(fèi)級(jí)腦機(jī)接口的實(shí)用化進(jìn)程，打通以場(chǎng)景賦能解決腦機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展路徑。

據(jù)了解，腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室是由天津市布局、依托天津大學(xué)設(shè)立的第六家海河實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室擁有非侵入式腦機(jī)交互關(guān)鍵核心技術(shù)、在該領(lǐng)域擁有世界最大專利池，面向醫(yī)工結(jié)合等國(guó)家重大領(lǐng)域的工程應(yīng)用，推進(jìn)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度融合，服務(wù)打造我國(guó)腦機(jī)交互領(lǐng)域自主創(chuàng)新的重要源頭、天津人工智能支柱產(chǎn)業(yè)的核心支撐、天津制造業(yè)立市的技術(shù)底盤。

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