人民網天津5月20日電 （記者孫一凡）5月18日，腦機交互與人機共融海河實驗室科研團隊在第七屆世界智能大會上正式發布具有完全自主知識產權的超大指令集高速率非侵入式腦機接口系統。使用者隻需注視電腦屏幕上閃爍的216鍵虛擬鍵盤，即可通過頭上佩戴的小小設備實時捕獲蘊藏在腦電波中的交互信息，進而完成字符的高速拼寫，實現“意念”打字。該系統創造了迄今為止國際上非侵入式腦機接口最大指令集的世界紀錄。

科研人員操作超大指令集高速率非侵入式腦機接口系統。天津大學供圖

心隨所想，隨心所動，科幻電影中通過意念控制的情節，正在通過腦機接口技術，從夢想照進現實。腦機接口技術是指在人腦與外部設備間建立直接連接的通路，實現腦與機器之間的直接“對話”，是新一代人機交互和人機混合智能的關鍵核心技術。

目前的腦機接口技術可分為侵入式和非侵入式。侵入式腦機接口技術需要通過各種手段將信號檢測電極放置入顱內一處，這種方式雖具有較高的信噪比和較好的分辨率，但無法獲取全域腦信息，且無論採用何種置入方式，其長期使用的安全風險和倫理問題不容忽視。基於頭皮腦電控制的非侵入式腦機接口技術兼具安全、便捷、高效等特點，可以實現完全無創和對全腦信號的同步監測。伴隨著技術的進步和腦電信號採集質量的持續提升，從受眾面的廣度和寬度來講，非侵入式腦機接口在消費級和產業化領域更具優勢。

科研人員操作超大指令集高速率非侵入式腦機接口系統。天津大學供圖

目前，由於指令集個數與解碼速度之間的制約關系，超大指令集的高效編解碼一直是非侵入式腦機接口亟須突破的技術瓶頸之一。為此，實驗室團隊堅持自主創新，研發了時－頻－相混合多址的新型編碼范式，首次融合運動誘發電位、P300電位和穩態視覺誘發電位三種腦電特征，成功實現了216鍵的高速拼寫操作，在線平均信息傳輸速率保持在300bits/min以上，單指令平均輸出時間僅為1.2秒。

不僅如此，該系統還集成了漢語和英語拼寫的常用音節信息，並支持中英文輸入法一鍵切換，更符合腦機快速拼寫的使用需求，可顯著提高視覺型腦機系統的靈活性，滿足在多場景下的應用需要。該成果近日已發表於國際神經工程領域頂級期刊，相關支撐技術獲批中國與美國發明專利授權。

指令數量是反映非侵入式腦機接口核心能力的重要指標指征。據腦機交互與人機共融海河實驗室主任助理、天津大學神經工程團隊教授許敏鵬介紹，國際上研究的指令集曾長期居於80指令以下，難以突破百量集的技術瓶頸。“天津大學神經工程團隊於2019年率先研發了百指令集腦機接口系統，實現了真正意義上的全鍵盤的字符輸入，創造了當時最大指令集的世界紀錄。在此工作基礎上，團隊繼續優化設計出新型的腦機編碼策略，在國際上又率先突破200指令大關，再次刷新了腦機操作指令集的世界紀錄。”許敏鵬表示。

依托這一技術，實驗室團隊最新開發了一款面向嚴重手功能障礙患者的“神工－諦聽”腦機微信操作系統。該系統引入了視線追蹤技術，可對患者視線落點進行檢測，進而通過腦機接口數據處理和算法設計，精准解碼用戶指令輸出意圖。患者在使用時無需雙手操作，不用張嘴說話，僅靠腦機操作系統，就可以使用包括選擇聊天對象、文字輸入與刪除、自定義表情等微信全功能。目前，該系統已在臨床上進行了成功測試，並取得了良好的效果。

科研人員操作超大指令集高速率非侵入式腦機接口系統。天津大學供圖

許敏鵬表示，植根於團隊研發的超大指令集腦機接口技術、世界首款腦機接口專用芯片“腦語者”等多項自主知識產權技術，以及在微弱腦電特征識別、高速腦機編解碼和連續運動腦機控制等關鍵核心技術的創新突破。目前團隊已構建了從芯片、電極、算法到系統的國產全鏈條非侵入式腦機信息交互技術體系，在腦電識別精度、控制指令數量和信息傳輸率三項核心指標達到國際最高水平，將有力推動臨床級與消費級腦機接口的實用化進程，打通以場景賦能解決腦機交互技術應用及產業化的發展路徑。

據了解，腦機交互與人機共融海河實驗室是由天津市布局、依托天津大學設立的第六家海河實驗室。實驗室擁有非侵入式腦機交互關鍵核心技術、在該領域擁有世界最大專利池，面向醫工結合等國家重大領域的工程應用，推進科技創新和產業發展深度融合，服務打造我國腦機交互領域自主創新的重要源頭、天津人工智能支柱產業的核心支撐、天津制造業立市的技術底盤。

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