BCIBrainComputerInterface脑与计算机的交互

BCI(BrainComputerInterface)

脑与计算机的交互

(大纲)

一、什么是BCI

1、定义

BrainComputerInterface,BCI

(BrainMachineInterface,BMI)

(HumanComputerInterface,HCI)

我

.Abrain-computerinterfaceisa

・

communicalionsystemthatdoes

击notdependonthebrain'snormal

toutputpathwaysofperipheral

nervesandmuscles.

2、类型

BrainMachineInterface

Type1:

Useartificiallygeneratedelectrical

signalstostimulatebraintissuein

ordertotransmitsomeparticulartype

ofsensoryinformationortomimica

particularneurologicalfunction.

Type2:

relyonthereal-timesamplingand

processingoflarge-scalebrainactivity

tocontrolartificialdevices.

3、例如:

脑电波指挥计算机：人脑与外界的交流

Actions।thoughts

(Nature409,2001)

4、BCI面临的巨大挑战

TheBigChallenges

DitonMScUncesOffice

•Gettingtherightbrainactivitycodesoutfor

thedesiredaction

•Gettingtheappropriatefeedbackin(sensory,

force,visual,vestibular,acoustic,olfactory)

,Derivingalgorithmsthatrepresent

interactionofcodesoutandfeedbackin

•Accessingthecodesnon-invaslvely

(Optimizingthesignaltonoiseoverthe

spatiotemporalscale

•Determininginterfacebiocompatibility

•Integratingnewprocesses,form,function

andmaterials(actuators,sensors)indevices

whichcanbeoptimallycontrolledbythe

brain

•Exploitingdynamicplasticityofbrainand

machinetooptimallyperformworkand

controlactuation

5、BCI的研究领域

重要的研究领域

6、BrainC3

TheDream:BrainC3

D«lenteSctonersOffice

•Tousebrainactivitytodowork;to

command,control,actuateand

communicatewiththeworlddirectly

throughbrainintegrationwithperipheral

DevicesandSystems

二、BCI的意义

对于人的智能的研究，从1956年人工智能研究的提出以来，己有几十年历

史：有人利用计算机进行宏观的功能模拟，如Newell与Simon提出物理符号系

统的假设，认为对符号进行辨认与区分是智能的基础——认知学派；也有人主张

用逻辑来研究人工智能，即用形式化方法描述客观世界，用逻辑推理对智能进行

客观的功能模拟一逻辑学派；也有人认为智能是在与环境交互作用中表现出来

的——行为学派。上述学派都能对智能进行宏观的功能模拟，但尚未找到人胸中

对应的符号，也不知人脑具体用什么符号或形式化方式来进行的，所以不能与人

脑直接交流。另外，也有人(McCHoch,Pitts)想直接模仿人脑的结构以产生智

能，提出MP神经网络模型，但是人脑结构太复杂了以致难以真正模仿。目前所

用的只是简化模型，无法与人脑相对照，因而也无法直接与脑进行交流。

现在的脑——机交互是机器与脑的直接交流，既不只是宏观模拟，又不是结

构模仿，是在信息处理一致性的基础上找到对应的信号所进行的交流，具有新的

意义。

BCI说明，人工脑与生物脑在信息处理上机理一致，只需加上中介(Interface)

即可交流。机理一致这一点给我们带来重大启发，使得我们对机理与黑箱的看法

重新思考！

三、BCI的发展方向

方向一：应重视生物脑的解读对电脑发展的作用

既然机理致，则对生物脑的解读对电脑的发展有重大影响。

方向二：生物脑与人工脑的结合，是一全新领域

即使机理一致，生物脑与人工脑仍有重大区别。由于载体不同，两者在模式、

速度、逻辑与形象……等等方面都有大的区别，故两者可以互补。

方向三：人工脑的进化机理

既然机理一致，因为生物脑是生物进化的结果，如果将人工脑与人工生命结

合，是否可得人工脑也可由进化机理而发展？

方向四：人工脑的复杂系统性质的研究

人脑与人工脑目前最大的差别仍在创造性、概念的抽象、形象思维等方面，

这可能与复杂系统