Китайские учёные разработали первый в мире двусторонний адаптивный интерфейс мозг-компьютер (ИМК), значительно повышающий эффективность технологии и открывающий путь к практическому применению. Согласно новому исследованию, система работает в 100 раз эффективность по сравнению с традиционными ИМК.
Исследователи из Тяньцзиньского университета и Университета Цинхуа утверждают, что их инновацию вскоре можно будет интегрировать в носимые и портативные устройства для медицинского и потребительского использования.
Эта система позволяет мозгу и машине учиться друг у друга, в отличие от традиционных ИМК, которые только декодируют сигналы мозга. Такое взаимодействие обеспечивает стабильную работу с течением времени, что является ключевым шагом на пути к повышению надёжности ИМК в повседневном применении.
«Наша работа — первая, в которой представлена концепция коэволюции мозга и компьютера и успешно продемонстрирована её осуществимость, что знаменует собой первый шаг на пути к взаимной адаптации биологического и машинного интеллекта», — сказал соавтор исследования Сюй Минпэн из Тяньцзиньского университета.
Традиционные ИМК имеют критическое ограничение: они работают только в одном направлении. Это означает, что мозг не получает обратной связи, которая могла бы помочь ему скорректировать и улучшить управление. Со временем такой недостаток адаптации приводит к снижению производительности.
«Основной проблемой в развитии технологии ИМК является достижение взаимного обучения между мозгом и машиной», — говорит Сюй.
Исследователи обнаружили, что изменения сигналов мозга — это не просто случайные колебания, вызванные эмоциями или усталостью. Наоборот, на эти изменения влияет то, как мозг взаимодействует с ИМК.
Основываясь на этих данных, они разработали двухконтурную систему с использованием чипа мемристора — энергоэффективного аппаратного компонента, имитирующего нейронные сети, — чтобы создать более естественное взаимодействие между мозгом и машиной.
Система состоит из двух ключевых контуров: контура машинного обучения, который постоянно обновляет декодер, адаптируясь к изменениям сигналов мозга, и контура обучения мозга, который помогает пользователю совершенствовать управление с помощью обратной связи в реальном времени.
«По сравнению с традиционными цифровыми ИМК наша двухконтурная система увеличила эффективность более чем в 100 раз и снизила потребление энергии в 1000 раз, — говорит Сюй.
Этот технологический скачок также позволяет пользователям выполнять более сложные задачи. Традиционные ИМК обычно предлагают две степени свободы, например, перемещение дрона вверх-вниз или влево-вправо. Однако новая система обеспечивает четыре степени свободы, добавляя движение вперёд-назад и вращение — и всё это контролируется исключительно сигналами мозга.
Исследователи провели шестичасовые тесты с 10 участниками и обнаружили, что адаптивная система повысила точность примерно на 20% по сравнению с неадаптивными ИМК. Исследователи продемонстрировали долгосрочную стабильность системы и возможность обучения пользователей, что даёт надежду на её практическое применение.
«Наше исследование заложило прочную теоретическую основу и техническую поддержку для разработки практических систем ИМК и открыло новые направления для развития интегрированного интеллекта „мозг-машина“», — добавил Сюй.
Источник новости: habr.com
