脑机接口(BCI)系统概述及应用

1 概述

脑机接口(BCI)系统是这样一个概念，将神经元的电信号转换成可以处理执行不同类型的输出的信号。它也被称为神经控制接口(NCI)或脑机接口(BMI)。一般来说，在这个概念中，它获取大脑信号，分析它们，并将这些信号转换成相应的输出。脑机接口的主要目的是帮助患者恢复其功能。

2 脑机接口(BCI)系统的组成

BCI的目的是检测和量化表明用户意图的大脑信号的特征，并将这些特征实时转换为实现用户意图的设备命令。为了实现这一点，BCI系统一般由4个组件按顺序组成。

BCI 系统的 4 个顺序组件：

1. 信号采集

2. 特征提取

3. 特征翻译

4. 设备输出

1. 信号采集

信号采集是利用不同的传感器对来自大脑的模拟信号进行测量的过程。然后，接收到的信号被放大和滤波，以去除信号中的噪声。最后，利用模数转换器对信号进行数字化处理并传送到处理单元。

2. 特征提取

特征提取是从接收到的信号中提取独特特征的过程。这些特征应该与用户的意图有很强的相关性。因为大部分相关的(即最强相关的)大脑活动要么是短暂的，要么是振荡的。

3.特征分类

提取特征并进行分类时，通过特征分类算法进行特征转换。特征分类算法的主要任务是将接收到的信号转换为相应的命令到输出设备。

4.设备输出

特征转换单元的输出被提供给特定的输出设备。来自特征分类算法的命令操作外部设备，提供诸如字母选择、光标控制、机械臂操作等功能。设备操作向用户提供反馈，从而关闭控制回路。

3 脑机接口(BCI)系统的类型

1. 侵入式BCI

侵入式BCI 需要通过手术在头皮下植入电极以传递大脑信号。主要优点是提供更准确的读数；然而，它的缺点包括手术的副作用。手术后可能会形成疤痕组织，使大脑信号变弱。此外，据一些研究人员称，一旦植入电极，身体可能无法接受电极，这可能会导致医疗并发症。

2. 半侵入式 BCI

半侵入式或部分侵入式 BCI设备被植入颅骨内，但位于脑外而不是灰质内。与非侵入性 BCI 相比，它们产生更好的分辨率信号，并且与完全侵入性 BCI 相比，在大脑中形成疤痕组织的风险更低。

3. 非侵入性 BCI

术语“非侵入性脑机接口”涵盖了无需穿透颅骨即可实现脑-机刺激的所有技术。事实上，大多数非侵入性脑机接口 (BCI) 仅依靠策略性地放置在头皮某些区域的电极来记录大脑活动。在非侵入性 BCI 过程中使用的主要技术包括脑电图 (EEG)、功能性磁共振成像(fMRI)、脑磁图 (MEG)、近红外光谱 (NIRS) 和功能性经颅多普勒超声。

4 脑机接口的应用

脑机接口的应用不仅限于医疗领域，而且广泛应用于多个领域。应用包括但不限于医疗、智能环境、教育和自我调节、游戏和娱乐、神经营销和广告。仅在医疗保健领域，脑机接口就可以用于预防、检测和诊断，以及疾病康复和恢复。

脑机接口也扩展了物联网和BCI技术之间的良好合作，创造智能家居、交通、工作场所等智能环境。

营销领域也对 BCI 技术表现出极大的兴趣。脑机接口有助于衡量在电视或任何其他营销渠道上观看广告后产生的注意力。另一方面，研究人员也对使用脑机接口估计广告的记忆效果感兴趣。同样，在教育领域，脑机接口利用脑电信号来确定所研究信息的清晰程度。安全和身份验证领域的认知生物识别技术是 BCI 技术的一种应用，用于克服该领域遇到的漏洞。

BCI 在大脑和外部设备之间提供了一个通道设施。这项技术的可能性是无限的和充满希望的。

参考

https://how2electronics.com/brain-computer-interface-system-overview-applications/