脑机接口研究综述

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1、脑-机交互系统研究李钢，王蔚（南京师范人学教科院教育技术系智能信息处理实验室，江苏，南京210097）摘要：目的研究hl前脑-机交互（BCI）系统的结构、关键技术及存在的问题。方法文献调研归纳总结。结果阐述BCT系统的原理、结构及涉及到的主要技术，并探讨了存在的问题和发展前景。结论BCT系统涉及到控制信号的产牛方式、信号处理、分类算法等多种技术，虽然BCI系统的研究已经取得了很大的进展，但用于实际还面临很大的挑战，需耍更多的科技工作者致力于这一领域的研究工作。关键字：脑-机交互;脑电;特征提取TheResearchonBrain-computerInterfaceSys

2、temAbstract：aimResearchonconstruetion,keytechnologyandproblemsofBrain-computerinterfaco.methodsTextualstudywithdocumentsandmaterials,resultsIntroducestheworkingprinciple,constructionandthekeytechniqucsofBCIsystemandthenapplicationandproblemsofBCTsystemarediscussed.ConclusionBCTsystemisba

3、sedonmanytechniquessuchassignalprocession,classificationalgorithmandsoon.AlthoughtheresearchonBCIhasmadeagreatprogress,BCIhasmanyproblems.ManyscientistsshouldtakeupwiththeresearchonBCI.Keywords:BCI;Electrocncophalography（EEG）;featureextraction通讯作者：王腑，e-mail:njnuwangwei@yahoo.com脑-机交互（Bra

4、in-computerinterface,简称BCI）是一种新的人机交互方式，它基于脑电信号实现人脑与计算机或其他电子设备的通讯和控制。通常，大脑要依赖人体的外周神经系统及肌肉组织，实现通讯与设备的控制，比如通过手臂操作键盘或鼠标运用计算机。而BC1系统不依赖于大脑的正常输出通路（外周神经及肌肉），它可以把大脑发出的信息直接转换成能够驱动外部设备的命令，并代替人的肢体或语言器官实现人与外界的交流以及对外部环境的控制，是一种新的通讯和控制方式。BCI技术形成于20世纪70年代，是一种涉及脑科学、信号处理、模式识别、计算机科学等众多学科的综合性交叉科学。近年來随着计算机技术

5、和信号处理技术的迅猛发展,BC1研究发展迅速。1995年全世界只有约6个研究小组专门从事BCI的研究，忖前已发展到数以百计。2002年美国国防部高级计划研究署（DARPA）出于军事目的投入就巨资于BC1,更是掀起一个BC1的研究高潮。1999年6月和2002年6月在美国召开了的两次有关BCI的国际学术会议以及在德国举行国际BCI数据分析竞赛都极人地推动了BCI技术的研究与发展〔％】。BCI系统的核心是把用八输入的脑电信号转换成输出控制信号或命令。BCI研究工作屮相当重要的部分就是调整人脑和BCI系统ZI'可的相互适应关系，也就是寻找合适的信号处理为转换算法，使得神经电信

6、号能够实时、快速、准确地通过BCT系统转换成町以被计算机识别的命令或操作信号。木文主要阐述了BCI系统原理及主要技术并探讨了冃前的BCI应用现状、存在的问题及发展前景。1BCI系统原理及组成1.1BCI系统的基本原理神经科学的研究表明，在人脑产生动作意识Z后和动作执行Z前，或者受试主体受到外界刺激Z后，其神经系统的电活动会发牛.相应的改变。神经电活动的这种变化可以通过一定的手段检测出来，并作为动作即将发牛的特征信号。目前BCT信号的获収主要基于技术相对简单的脑电信号(EEG)检测技术。通过对这些特征信号进行分类识别，分辨岀引发脑电变化的动作意图，再用计算机语言进行编程，

7、把人的思维活动转变成命令信号驱动外部设备，从而实现在没有肌肉和外围神经直接参与的時况卜•，人脑对外部坏境的肓接控制。通过脑电信号(EEG)检测技术获取神经系统的电活动变化，再对这些信号进行分类识別，分辨出引发脑电变化的动作意图,再川计算机把人的思维活动转变成命令信号驱动外部设备，从而在没有肌肉和外围神经直接参与的情况下，实现人脑对外部环境的直接控制。1.2BCI系统的基本结构及类型BCI系统常由四个部分组成：信号采集系统、信号处理系统、模式识别系统和控制装置系统。如图1所示，反映大脑活动的电生理信号由电极从头皮或者人脑内部获取并传送到放人