Китайские ученые создали первую в мире двустороннюю адаптивную систему "мозг-компьютер" (BCI), что значительно повышает эффективность технологии и открывает новые перспективы для ее практического применения. Согласно исследованию, новая система увеличивает производительность в 100 раз по сравнению с традиционными интерфейсами.
Разработка специалистов из Тяньцзиньского и Цинхуа университетов может быть интегрирована в носимые и портативные устройства как для медицинских, так и для потребительских нужд.
В отличие от стандартных BCI, которые лишь считывают сигналы мозга, новая система позволяет машине и человеку обучаться друг у друга. Такой подход обеспечивает стабильную работу интерфейса с течением времени, что является важным шагом к его повседневному использованию.
«Наша работа впервые вводит концепцию коэволюции мозга и компьютера и успешно демонстрирует ее жизнеспособность, что является первым шагом к взаимной адаптации биологического и машинного интеллекта», — отметил один из авторов исследования, профессор Сюй Минпэн из Тяньцзиньского университета.
Двусторонняя адаптация
Технология BCI существует с 1970-х годов и позволяет управлять машинами с помощью мыслей, преобразуя мозговые сигналы в команды. Первоначально разработки были направлены на помощь людям с ограниченными возможностями, но сегодня интерфейсы используются в видеоиграх, управлении дронами и других интерактивных приложениях.
Однако у традиционных систем есть серьезный недостаток: они работают только в одном направлении, то есть мозг не получает обратной связи для корректировки управления. Это снижает точность и стабильность интерфейсов со временем.
«Одним из ключевых вызовов в развитии технологии BCI является достижение взаимного обучения мозга и машины», — подчеркнул профессор Сюй.
Исследователи выяснили, что изменения мозговых сигналов обусловлены не только эмоциями или усталостью, но и самим процессом взаимодействия с BCI. На основе этих данных они разработали систему с двумя замкнутыми циклами обучения, использующую мемристорный чип — энергоэффективный компонент, имитирующий работу нейронных сетей.
Новая система включает два ключевых контура: первый отвечает за адаптацию декодера к изменениям мозговых сигналов, а второй помогает пользователю улучшать управление благодаря обратной связи в реальном времени.
Эффективность и расширенные возможности
Эксперименты показали, что эта технология повысила эффективность более чем в 100 раз и снизила энергопотребление в 1000 раз по сравнению с традиционными BCI.
Кроме того, новая система позволяет выполнять более сложные задачи. В отличие от стандартных интерфейсов, которые обеспечивают лишь две степени свободы (например, движение вверх-вниз или влево-вправо), адаптивный BCI добавляет возможность движения вперед-назад и вращения, полностью управляемых сигналами мозга.
В ходе шестичасовых тестов с участием 10 добровольцев было зафиксировано улучшение точности на 20% по сравнению с неадаптивными BCI. Система продемонстрировала стабильность в долгосрочной перспективе, а пользователи со временем улучшали свои навыки управления.
«Наше исследование заложило прочную теоретическую основу и предоставило технологическую поддержку для разработки практических систем BCI, открывая новые горизонты в развитии интегрированного интеллекта человека и машины», — добавил профессор Сюй.
Развитие BCI-технологий в Китае
США, Европа и Китай активно работают над развитием интерфейсов "мозг-компьютер". Пока компании, такие как Neuralink Илона Маска, сосредоточены на внедрении инвазивных имплантатов, китайские ученые делают значительные успехи в создании неинвазивных и адаптивных BCI.
Этот прорыв подтверждает стремление Китая сделать интерфейсы более эффективными и удобными для пользователей. Благодаря двустороннему взаимодействию системы и мозга, новая технология приближает интеграцию BCI в повседневную жизнь — от медицинской реабилитации до массовой электроники.
Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.
