近(17)日，中國天津大學、北京清華大學，攜手開發世界上第一個可向大腦回饋的雙向腦機介面(BCI)，使用者透過此新型非侵入式腦機介面系統，可用意念控制無人機執行四個自由度的飛行。此外與傳統的BCI設備相比，其設備在運算效率上提高100倍，耗能量也降低約1000倍。研究結果已發表在《Nature Electronics》期刊。
 
在過去的幾十年裡，生物工程師開發了各項BCI設備，有些裝置會附著在頭皮上，有些則是透過侵入性方式在大腦植入多個電極晶片，以擷取腦中訊號，執行所需要的動作。不過因為腦電波訊號存在波動，要精準的解碼腦訊號並以節能的方式處理大量神經數據，仍是一大挑戰。
 
為了解決這項挑戰，天津大學腦機海河實驗室與清華大學積體電路學院聯手，開發出一款128K單元的憶組器(memristor-based adaptive)晶片，並將腦電訊號解讀的三步驟：訊號處理、特徵提取、特徵分類，合併成一步驟策略，讓運算複雜度降低了6.5倍。
(編按：憶阻器是一種具有記憶特性的電阻器，可記錄一個位元的資訊。)
 
接著研究團隊，透過需要高精準度、與即時反應的無人機作為驗證工具。
 
他們證明，使用者在配戴這種不需侵入腦機介面設備，透過意念就可控制無人機進行四個自由度，包括起飛、降落順時針旋轉、逆時針旋轉等連續飛行操控，遠超傳統BCI只能達到的兩個自由度，該系統解讀腦訊號的精準率還達85.17%。
 
此外，在團隊設計的雙向反饋架構下，該憶組器不僅能解讀新腦波，以回應訊號變化，還可幫助受試者完善他們的想法，提高控制力、執行更複雜的任務。
 
研究團隊在十名參與者進行任務測試下，也證明有雙向回饋的憶組器，其準確率比沒有雙向回饋的介面高20%。
 
研究團隊表示，這個雙向腦機介面，不只在準確度與耗能上都突破當前腦機介面的限制，未來有機會為腦損傷患者恢復失去的能力。
 
資料來源：https://techxplore.com/news/2025-02-braincomputer-interface-communication-efficiency.html