中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
由香港大學(xué)（港大）工程學(xué)院電機電子工程系黃毅教授與劉正午博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊與清華大學(xué)和天津大學(xué)團隊合作，在基于憶阻器的腦機接口（BCIs）研究領(lǐng)域取得重大突破。研究團隊開發(fā)了一種創(chuàng)新的高效能自適應(yīng)神經(jīng)形態(tài)解碼系統(tǒng)，并可與不斷變化的腦信號同步進化。相關(guān)研究成果已于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Electronics發(fā)表。
腦機接口是一種技術(shù)系統(tǒng)，能夠在大腦與計算機或其他外部設(shè)備之間建立直接通訊通道，使個體無需依賴傳統(tǒng)的肌肉運動或神經(jīng)系統(tǒng)，僅憑大腦活動即可控外部設(shè)備或應(yīng)用程序。此技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，從輔助科技到神經(jīng)康復(fù)等領(lǐng)域皆有顯著潛力。然而，傳統(tǒng)腦機接口仍面臨各種挑戰(zhàn)。黃教授和劉博士表示：“大腦是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，信號持續(xù)演變和波動令腦機接口難以長期維持穩(wěn)定。此外，隨著腦機連接變得日益復(fù)雜，傳統(tǒng)計算架構(gòu)難以滿足實時處理的需求?！?/p>
研究團隊針對上述技術(shù)限制，成功研發(fā)出一款自動適應(yīng)腦信號解碼器的128K單元憶阻器芯片。通過硬件高效的單步憶阻器解碼策略，在保持高精度解碼性能的情況下，顯著地降低了計算復(fù)雜度。港大電機電子工程系研究助理教授劉正午博士是這項突破性研究的共同第一作者。
在實際測試中，該系統(tǒng)在四自由度無人機飛行控制任務(wù)中展現(xiàn)了卓越的性能，表現(xiàn)令人印象深刻，并成功實現(xiàn)了85.17%的解碼準(zhǔn)確率（與基于軟件的方法相當(dāng)）。此外，其能耗比傳統(tǒng)CPU系統(tǒng)降低了1,643倍，而歸一化速度更提高了216倍。
此外，研究人員開發(fā)了一種交互式更新框架，能使憶阻器解碼器和腦信號自然地相互適應(yīng)與協(xié)同演進。在一項為時六小時、包含十名參與者的實驗中，該框架的效能得到了驗證。實驗結(jié)果顯示，與缺乏協(xié)同演進能力的系統(tǒng)相比，該框架解碼準(zhǔn)確率提高了約20%。
劉博士解釋說：“我們在優(yōu)化計算模型和誤差緩解技術(shù)方面的創(chuàng)新，對確保憶阻器技術(shù)能在實際應(yīng)用中實現(xiàn)理論優(yōu)勢至關(guān)重要。我們共同開發(fā)的單步解碼方法明顯地降低了計算復(fù)雜度和硬件成本，使技術(shù)可更廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域。”
黃教授指出：“更重要的是，我們設(shè)計的交互式更新框架實現(xiàn)了憶阻器解碼器與腦信號的協(xié)同演進，解決了傳統(tǒng)腦機接口長期維持穩(wěn)定的難題。這種共同演化機制令系統(tǒng)能夠適應(yīng)腦信號隨時間的自然變化，大大提高長期使用時的解碼穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度?！?/p>
研究團隊現(xiàn)已與港大李嘉誠醫(yī)學(xué)院及瑪麗醫(yī)院建立全新合作關(guān)系，聯(lián)合開發(fā)用于癲癇數(shù)據(jù)分析的多模態(tài)大型語言模型。黃教授和劉博士表示：“這項合作旨在將我們在腦信號處理方面的工作擴展到癲癇診斷及治療的領(lǐng)域，通過結(jié)合先進算法和神經(jīng)形態(tài)計算等方面的專業(yè)知識及臨床數(shù)據(jù)，我們希望開發(fā)出更準(zhǔn)確和高效率的模型來幫助病人?！?/p>
團隊相信，此項研究標(biāo)志著以人為中心的混合智能領(lǐng)域取得了重大突破。通過融合生物大腦與神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)，該技術(shù)為醫(yī)療應(yīng)用、康復(fù)技術(shù)以及人機交互開辟了新的可能性。
