什么是脑机接口

第一节　什么是脑机接口

直接用大脑思维活动信号和外界进行通信，甚至实现对周围环境的控制，是人类自古以来就追求的梦想。在科学高度发达的今天，这还是一种梦想吗?是否有一种技术能实现这种梦想?

1929年Berger第一次记录到了大脑活动的证据——脑电图(Electroencephalogram，EEG)，人们就开始利用脑电图，对大脑活动进行分析。脑机接口技术应运而生，人们逐渐发现，这种梦想正慢慢成为现实。

脑机接口是一种新型的人机交互方式，脑机接口通过脑电采集设备采集相应的脑电信号，提取特征进行分类，然后将不同的思维活动与不同的指令(如鼠标的上下移动等)结合起来，实现人脑和外部设备的通信，例如打字、开灯、驱动轮椅等。

BCI系统一般具备信号采集、信号分析和控制器三个功能模块(见图1-1)。

(1)信号采集:受试者头部戴上一个电极帽以采集EEG信号，并传送给放大器，信号一般需放大10000倍左右，经过预处理，包括信号的滤波和A/D转换，最后转化为数字信号存储于计算机中。

(2)信号分析:利用ICA、PCA、FFT、小波分析等方法，从经过预处理的EEG信号中提取与受试者意图相关的特定特征量(如频率变化、幅度变化等);特征量提取后交给分类器进行分类，分类器的输出即作为控制器的输入。

(3)控制器:将已分类的信号转换为实际的动作，如在显示器上的光标移动、机械手运动、字母输入、控制轮椅、开电视等。

图1-1　BCI系统基本结构

有些BCI系统还设置了反馈环节(见图1-1)，不仅能让受试者清楚自己的思维产生的控制结果，同时还能够帮助受试者根据这个结果来自主调整脑电信号，以达到预期目标。