第一節(jié)　什么是腦機(jī)接口

直接用大腦思維活動信號和外界進(jìn)行通信，甚至實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境的控制，是人類自古以來就追求的夢想。在科學(xué)高度發(fā)達(dá)的今天，這還是一種夢想嗎?是否有一種技術(shù)能實(shí)現(xiàn)這種夢想?

1929年Berger第一次記錄到了大腦活動的證據(jù)——腦電圖(Electroencephalogram，EEG)，人們就開始利用腦電圖，對大腦活動進(jìn)行分析。腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，這種夢想正慢慢成為現(xiàn)實(shí)。

腦機(jī)接口是一種新型的人機(jī)交互方式，腦機(jī)接口通過腦電采集設(shè)備采集相應(yīng)的腦電信號，提取特征進(jìn)行分類，然后將不同的思維活動與不同的指令(如鼠標(biāo)的上下移動等)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)人腦和外部設(shè)備的通信，例如打字、開燈、驅(qū)動輪椅等。

BCI系統(tǒng)一般具備信號采集、信號分析和控制器三個功能模塊(見圖1-1)。

(1)信號采集:受試者頭部戴上一個電極帽以采集EEG信號，并傳送給放大器，信號一般需放大10000倍左右，經(jīng)過預(yù)處理，包括信號的濾波和A/D轉(zhuǎn)換，最后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號存儲于計算機(jī)中。

(2)信號分析:利用ICA、PCA、FFT、小波分析等方法，從經(jīng)過預(yù)處理的EEG信號中提取與受試者意圖相關(guān)的特定特征量(如頻率變化、幅度變化等);特征量提取后交給分類器進(jìn)行分類，分類器的輸出即作為控制器的輸入。

(3)控制器:將已分類的信號轉(zhuǎn)換為實(shí)際的動作，如在顯示器上的光標(biāo)移動、機(jī)械手運(yùn)動、字母輸入、控制輪椅、開電視等。

圖1-1　BCI系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

有些BCI系統(tǒng)還設(shè)置了反饋環(huán)節(jié)(見圖1-1)，不僅能讓受試者清楚自己的思維產(chǎn)生的控制結(jié)果，同時還能夠幫助受試者根據(jù)這個結(jié)果來自主調(diào)整腦電信號，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。