【脑机接口系统概述1300字】

脑机接口系统概述目录TOC\o"1-3"\h\u18707脑机接口系统概述 1124981.1.1脑机接口的基本组成 1241941.1.2脑机接口的主要类型 1脑机接口的基本组成图1.2脑机接口系统示意图Fig.1.2Schematicdiagramofbrain-computerinterfacesystemBCI系统如图1.2所示。它由脑电信号采集、脑电信号处理以及外部控制装备等3个部分组成。首先，使用脑电信号采集器采集所需的信号，常用的仪器为60导联或者22导联的BrainAmp脑电图机。然后对采集的原始信号进行处理，这是BCI系统能否实现其功能的关键所在，即脑电信号预处理、特征提取和特征分类。预处理就是为了滤去原始脑电信号中的噪声，保留下我们所需的生理变化信息，提高原始信号的信噪比。预处理后的脑电信号维度较高，直接进行分类会导致过拟合、训练时间过长等一系列问题，所以从信号中提取出能表征特定任务的特征成为不可或缺的关键一步。最后，将经过一些算法提取得到的特征输入分类器中进行分类，从而识别出该次的运动意图，完成了脑电信号的解码。脑电信号处理结束后，将会把分类的结果作为外部控制设备的控制指令，命令设备做出相对应的动作，完成开环的脑电信号控制外部设备动作的任务。在此基础上，BCI系统还设计了一种生物反馈的交互方式，成为了稳定、有效的闭环操作系统。外部控制设备将控制结果反馈给用户进行必要的调整，从而使外部控制设备能更准确、更好的实现用户的运动意图。本文所要研究的就是脑电信号处理部分。脑机接口的主要类型脑机接口可以分为多个类型，如图1.3所示。

图1.3脑机接口系统的信号来源和特征Fig.1.3Signalsourcesandcharacteristicsofbrain-computerinterfacesystems（1）侵入式BCI侵入式BCI采集过程如下：首先移除大脑中的一部分颅骨，然后植入电极等采集脑电信号的仪器，最后将颅骨放回原处。目前这种方式往往用在动物身上，由于大脑中没有内部疼痛感受器，所以采集脑电信号时并不会有痛感，但不可避免地是手术及恢复过程中会疼痛并且存在感染等风险。所以对人类而言并没有大范围的使用，只在临床中有些许应用，如在脑外科手术中或者监测患者的异常大脑活动时。在记录脑电信号时依然存在着很多限制，如对动物或人的活动进行限制，因为太大的动作会引起大脑中产生很大的伪迹从而影响采集信号的信噪比。在记录一些动物（如猴子）的脑电信号时，可以持续监测几个月，甚至几年，而记录人类的脑电信号时间则并不长，在临床环境下，通常为几天或者几分钟不等。侵入式BCI的优点是其可以采集到毫秒级别的脑电信号，更为精准及细致。目前侵入式BCI常用的是微电机[8]这种方法。（2）半侵入式BCI半侵入式BCI中，常用到的是皮质脑电图（Electrocorlicography，ECoG）[9]这种技术。ECoG不同于侵入式BCI需要将颅骨取出，而仅仅需要在颅骨上开一个手术切口，然后将电极植入大脑表面即可。这种技术通常在临床患者中应用，如监测住院的癫痫病患者癫痫发作时的脑电信号。植入的电极通常为的电极网或电极带，其中和在在1到8之间取值。这种电极十分微小，直径仅为2~5mm，但是却十分精巧，由碳、铂金或者金合金制成。网格中电极一般相距10mm到11mm之间。ECoG目前应用并不成熟，其存在的局限性主要有：目前只在临床中应用；只能对大脑进行手术的相关部位进行记录；可能受到药物或者病人自身状况的干扰。（3）非侵入式BCI非侵入式方法主要包括脑电图（Electroencephalogram，EEG）[10]、脑磁图[11]和功能性磁共振成像[12,13]等。其中，EEG是最先被关注的，也是当前被研究最多的方法。然而，