再创世界纪录 ！天津大学团队发布全球最大指令集高速非侵入式脑机接口系统

5月18日，脑机交互与人机共融海河实验室科研团队在第七届世界智能大会上正式发布具有完全自主知识产权的超大指令集高速率非侵入式脑机接口系统。使用者只需注视电脑屏幕上闪烁的216键虚拟键盘，即可通过头上佩戴的小小设备实时捕获蕴藏在脑电波中的交互信息，进而完成字符的高速拼写，实现“意念”打字。该系统创造了迄今为止国际上非侵入式脑机接口最大指令集的世界纪录。

心随所想，随心所动，科幻电影中通过意念控制的情节，正在通过脑机接口技术，从梦想照进现实。脑机接口技术是指在人脑与外部设备间建立直接连接的通路，实现脑与机器之间的直接“对话”，是新一代人机交互和人机混合智能的关键核心技术。

目前的脑机接口技术可分为侵入式和非侵入式。其中，侵入式脑机接口技术需要通过各种手段将信号检测电极放置入颅内一处，这种方式虽具有较高的信噪比和较好的分辨率，但无法获取全域脑信息，且无论采用何种置入方式，其长期使用的安全风险和伦理问题不容忽视；基于头皮脑电控制的非侵入式脑机接口技术兼具安全、便捷、高效等特点，可以实现完全无创和对全脑信号的同步监测。伴随着技术的进步和脑电信号采集质量的持续提升，从受众面的广度和宽度来讲，非侵入式脑机接口在消费级和产业化领域更具优势。

目前，由于指令集个数与解码速度之间的制约关系，超大指令集的高效编解码一直是非侵入式脑机接口亟须突破的技术瓶颈之一。为此，实验室团队坚持自主创新，研发了时-频-相混合多址的新型编码范式，首次融合运动诱发电位、P300电位和稳态视觉诱发电位三种脑电特征，成功实现了216键的高速拼写操作，在线平均信息传输速率保持在300 bits/min以上，单指令平均输出时间仅为1.2秒。

不仅如此，该系统还集成了汉语和英语拼写的常用音节信息，并支持中英文输入法一键切换，更符合脑机快速拼写的使用需求，可显著提高视觉型脑机系统的灵活性，满足在多场景下的应用需要。该成果近日已发表于国际神经工程领域顶级期刊，相关支撑技术获批中国与美国发明专利授权。

指令数量是反映非侵入式脑机接口核心能力的重要指标指征。据脑机交互与人机共融海河实验室主任助理、天津大学神经工程团队教授许敏鹏介绍，国际上研究的指令集曾长期居于80指令以下，难以突破百量集的技术瓶颈。“天津大学神经工程团队于2019年率先研发了百指令集脑机接口系统，实现了真正意义上的全键盘的字符输入，创造了当时最大指令集的世界纪录。在此工作基础上，团队继续优化设计出新型的脑机编码策略，在国际上又率先突破200指令大关，再次刷新了脑机操作指令集的世界记录。

依托这一技术，实验室团队最新开发了一款面向严重手功能障碍患者的“神工-谛听”脑机微信操作系统。该系统引入了视线追踪技术，可对患者视线落点进行检测，进而通过脑机接口数据处理和算法设计，精准解码用户指令输出意图。患者在使用时无需双手操作，不用张嘴说话，仅靠脑机操作系统，就可以使用包括选择聊天对象、文字输入与删除、自定义表情等微信全功能。目前，该系统已在临床上进行了成功测试，并取得了良好的效果。

许敏鹏表示，植根于团队研发的超大指令集脑机接口技术、世界首款脑机接口专用芯片“脑语者” 等多项自主知识产权技术，以及在微弱脑电特征识别、高速脑机编解码和连续运动脑机控制等关键核心技术的创新突破。目前团队已构建了从芯片、电极、算法到系统的国产全链条非侵入式脑机信息交互技术体系，在脑电识别精度、控制指令数量和信息传输率三项核心指标达到国际最高水平，将有力推动临床级与消费级脑机接口的实用化进程，打通以场景赋能解决脑机交互技术应用及产业化的发展路径。

据了解，脑机交互与人机共融海河实验室是由天津市布局、依托天津大学设立的第六家海河实验室。实验室拥有非侵入式脑机交互关键核心技术、在该领域拥有世界最大专利池，面向医工结合等国家重大领域的工程应用，推进科技创新和产业发展深度融合，服务打造我国脑机交互领域自主创新的重要源头、天津人工智能支柱产业的核心支撑、天津制造业立市的技术底盘。

来源：机器人大讲堂