脑机接口概述

高传输速率的基于稳态视觉诱发电位的脑 机接口系统，可用于残疾人的动作控制或 环境设备控制等领域。
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脑机接口面临的问题与挑战
目前提出的方法很多，但是不是所有的方法 都能在实际的系统中应用，因为真正实用的 系统必须能实现实时的在线处理，还要解决 个体参数优化、“脑”与“机”交互适应、 “休闲状态”。
Leabharlann Baidu27
美国Smith-Kettlewell视觉科学研究所 Sutter等人设计的脑反应接口以对视觉刺激
反应中所产生的视觉诱发电位作为BCI信号 输入，通过诱发电位选择计算机显示屏上 某一特定部分，进而可以实现选择的功能 。
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我国清华大学 高上凯等人深入分析了稳态视觉诱发电位 （SSVEP）的特征和提取方法，设计了具有
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目前比较著名的基于运动想象的BCI研究有 Wadsworth BCI, Berlin BCI, Graz BCI等
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几个比较著名的脑-机接口
奥地利Graz理工大学 Pfurtscheller等人采用事件相关同步/去同步
电位作为BCI信号输入。在这套系统中，受 试者可以控制光标的移动。 视频
脑-机接口概述
研究背景
肌萎缩性脊髓 侧索 硬化症
脑中风 脑或脊髓损伤 脑瘫 其他疾病
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脑-机接口的定义
脑机接口（英语：brain-computer interface，简称 BCI；有时也称作direct neural interface或者brainmachine interface），是在人或动物脑与外部设备 间创建的直接连接通路。
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脑电信息的解析
信号的实时在线处理 个体参数优化的问题 脑-机交互适应学习的问题 异步的BCI系统工作模式
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实用化的系统设计
系统工作稳定可靠 用户在使用中方便舒适 系统可便携且价格便宜
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脑-机接口产品
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我们BCI所作的工作
脑疲劳 基于ALPHA波的BCI 基于运动想象的BCI 基于视觉稳态刺激的BCI
（Thought Translation Device，TTD）的装置 ，通过慢皮层电位的变化来实现对外界的 控制，使用视觉反馈，实现了字母拼写等 功能。
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美国伊利若斯大学
Farwell和Donchin采用P300诱发电位作为BCI 信号输入。在计算机显示屏上显示一个6´6包 含36个字母的格子，使用者要求选择一个特 定字母，每行和每列都在闪烁，频率为10Hz ，计算对每行和每列闪烁的平均反应，测量 P300幅值。对包含特定字母的行和列的反应 幅度最大，根据这个特性就可以从P300诱发 电位中“找到”特定字母。
国内重庆大学何庆华等人一。设计了基于同频次复 合刺激方式的脑机接口系统。
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清华大学脑机接口
用“思维”来控制电器开关和物体移 动，这种科幻电影里面的景象如今被 我国科学家通过“脑机接口技术”变 成了现实。
现在做的测试是用“思维”来拨打电 话。测试者只需盯着键盘上某个按不 同频率在闪烁的数字，电脑就会自动 把这个数字拨出来。
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不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉 组织)的脑-机(计算机或其它装置)通讯系统。
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第一章 绪论----研究背景
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BCI的基本构成
信号 采集
信号 预处理
特征 提取
分类
外部 设备
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脑电记录方法
➢功能核磁共振（fMRI） ➢近红外线成像（fNIR) ➢脑磁图(MEG） ➢正电子发射断层成像 （PET） ➢脑电图（EEG）
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BCI分类
基于视觉诱发电位的BCI 基于P300信号的BCI 基于皮层慢电位的BCI 基于感知运动节律的BCI
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基于视觉诱发电位的BCI
研究表明，当受到一个固定频率的视觉刺 激的时候，人的大脑视觉皮层会产生一个 连续的与刺激频率有关( 刺激频率的基频或 倍频处) 的响应。这个响应被称为稳态视觉 诱发电位( Steady-State Visual Evoked Potentials，SSVEP)，它可以可靠的应用于脑 -机接口系统( BCIs) 。
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基于P300信号的BCI
ERP是人类受到某种外界刺激或进行特殊心理活动时，因 脑神经元活动而产生的特定EEG变化．P300一ERP是由小概 率事件(视觉、听觉、触觉等形式)诱发的一种ERP，因对应 于事件发生约300毫秒后EEG中的一个正电位波形而得名． 基于P300电位的BCI利用特定的事件刺激序列，诱发使用 者的P300电位，通过P300的发生时刻来判断用户的意识活 动．这种类型的BCI特别适合从多个选项中选择一个目标 的操作
当执行或仅仅是想象运动时，通常会伴随着 特定频率带能量的降低，这种现象被命名为 事件相关去同步（Event-related desynchronization，ERD）；相反的，运动之 后能量的增加则意味着事件相关同步（ Event-related synchronization，ERS）现象的 发生。
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目前使用较多的是ssVEP，典型的研究机构有美国 wright Patterson空军基地和清华大学。
wrightPatterson空军基地的McMillan和Calhoun对 SSVEP进行了研究，并利用SSVEP实现了对飞行模拟 器的控制。
国内清华大学在VEP这方面取得了一定的成绩，开发 了基于ssVEP的BCI系统，该系统能够通过脑电信号控 制空调和电视，甚至启动语音播放器和拨打电话等 ；他们又利用VEP成功开发出一套“脑控电话拨号系 统”。
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美国Wadsworth中心 Wolpaw等人训练受试者自由调节自身 节
律，并通过 节 律的变化来实现光标移动 、字母拼写和假肢控制等功能。由于灵活 控制自身 节 律变化比较困难，所以并不是 每个受试者都能学会使用这套装置。
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德国Tübingen大学 Birbaumer等人设计了一个名为思想翻译器
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The data show that hand motor imagery induced in a significant mu ERD in all subjects, whereas foot and/or tongue motor imagery revealed a significant ERS in a number of subjects only. The most reactive frequency components varied between 9 and 14 Hz and are found at all central electrode positions and motor tasks.
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基于感知运动节律的BCI
运动感知节律由 和 节律组成，它们是脑 活动位于 频 带（7-13赫兹）， 频带（1330赫兹）的波动。
大脑的活动和运动任务相关的时候，感觉 运动节律会发生改变，更为重要的是，仅 仅是进行运动想象也会反应在感觉运动节 律的变化当中。
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事件相关去同步/同步
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基于皮层慢电位的BCI
皮层慢电位（SCP）是持续时间为几百毫秒 到几秒的皮层电位变化，是脑电信号中从 300毫秒持续到几秒钟的大的负电位或正电 位，能反映皮层I和II层的兴奋性，被试通过 反馈训练学习，可以自主控制SCP幅度产生 正向或负向偏移。
健康人可以经过训练控制大脑中慢皮层电 位的变化，平静时为正向，进行某种心理 活动时为负向，这被称为慢皮层电位的自 调整。