Революционный интерфейс мозг-компьютер развивается вместе с сигналами мозга

Электроника

Редакционная группа сайта «Технологические инновации» - 22.05.2025

Иллюстрация работы интерфейса (вверху), испытательная платформа с дроном (в центре) и фотографии мемристорного нейрочипа (внизу). [Изображение: Чжэнву Лю и др. - 10.1038/с41928-025-01340-2]

Нейронный чип

Было показано, что новый интерфейс «мозг-компьютер», созданный не на основе транзисторов , а на основе мемристоров , способен адаптироваться на беспрецедентном уровне, эффективно коэволюционируя в соответствии с изменяющимися сигналами мозга.

Интерфейс мозг-компьютер (ИМК) — это система (чип и программа, работающая на компьютере), которая создает прямой канал связи между мозгом и внешними устройствами, от протезов до компьютеров, позволяя пользователям управлять этими внешними устройствами посредством мозговой активности, устраняя необходимость в традиционных движениях мышц или нервной системы. Эта технология имеет огромный потенциал в самых разных областях: от вспомогательных технологий до неврологической реабилитации, однако уже продемонстрированные нейрокомпьютерные интерфейсы все еще сталкиваются с проблемами.

«Мозг — это сложная динамическая система, сигналы которой постоянно развиваются и меняются. Это создает серьезные проблемы для BCI, поскольку им приходится поддерживать стабильную работу с течением времени», — объясняют Нгай Вонг и Чжэнву Лю из Университета Гонконга. «Более того, поскольку связи между мозгом и машиной становятся все более сложными, традиционные вычислительные архитектуры испытывают трудности с выполнением задач обработки в реальном времени».

Команде удалось совершить качественный скачок в этой технологии, заменив традиционный транзистор мемристором — электронным компонентом, обеспечивающим нейроморфные вычисления — архитектуру вычислений, имитирующую работу мозга. Этот компонент обладает внутренней памятью, которая позволяет ему имитировать как нейроны, так и синапсы.

Адаптивный нейроморфный декодер поддерживает совместную эволюцию мозга и машины. [Изображение: Университет Гонконга]

Коэволюция

Нейронный чип , содержащий 128 000 мемристоров, функционирует как адаптивный декодер сигналов мозга. Кроме того, новая одношаговая стратегия декодирования сделала все более эффективным с точки зрения аппаратного обеспечения, значительно снизив вычислительную сложность и сохранив высокую точность.

В ходе реальных испытаний система продемонстрировала впечатляющие возможности в задаче управления полетом дрона с четырьмя степенями свободы, достигнув точности декодирования 85,17%, что эквивалентно программным методам, при этом потребляя в 1643 раза меньше энергии и обеспечивая в 216 раз более высокую нормализованную скорость, чем обычные системы на базе ЦП.

Самое главное, исследователи разработали интерактивную структуру обновления, которая позволяет декодирующему нейрочипу и сигналам мозга естественным образом адаптироваться друг к другу. Такая коэволюция, продемонстрированная в экспериментах с участием десяти участников в течение шестичасовых сеансов, привела к повышению точности примерно на 20% по сравнению с системами без возможностей коэволюции.

«Наша интерактивная структура обновления обеспечивает совместную эволюцию между мемристорным декодером и сигналами мозга, решая проблемы долгосрочной стабильности, с которыми сталкиваются традиционные интерфейсы BCI. Этот механизм совместной эволюции позволяет системе адаптироваться к естественным изменениям сигналов мозга с течением времени, значительно повышая стабильность и точность декодирования при долгосрочном использовании», — сказал профессор Вонг.

Другие новости о:

Больше тем