3、脑机接口：新兴交互技术的全面解析

脑机接口：新兴交互技术的全面解析

1. 脑机接口简介

在过去几十年里，脑机接口（BCI）、脑机界面（BMI）、直接神经接口或人机界面（MMI）等新技术应运而生，使人类大脑能够直接与环境进行通信。BCI 被定义为一种通信系统，个体向外部世界发送的消息或命令无需通过大脑的正常输出途径，即外周神经和肌肉。这对于那些神经通路受损的人来说尤为重要，例如美国约有 200 万人以及全球更多人患有严重的运动障碍，近 50 万人患有闭锁综合征。

BCI 系统主要包括四个连续步骤：脑活动模式生成、信号采集、特征提取和分类。首先，脑活动可以通过电活动、由电活动产生的磁场以及血氧水平来表示，其空间和时间特征会因刺激类型、刺激强度、心理努力和心理状态而异。其次，在信号采集阶段，可以通过各种脑成像技术来测量脑活动，这些技术主要分为侵入性和非侵入性方法。第三，在特征提取步骤中，从测量的脑信号中提取重要和有趣的脑活动。最后，通过各种算法分析提取的脑特征，以对用户的当前意图和状态进行分类。

此外，BCI 系统还可以根据用户的注意力和努力程度分为主动、被动或反应型。在本文中，我们主要介绍主动和反应型 BCI。

2. BCI 如何工作及分类

想象一个完全无法移动的人，他想交流，但不能说话甚至不能移动眼球，也无法使用一般的辅助技术，如眼动追踪器和语音识别系统。而 BCI 可以通过人类大脑信号提供一种有效的通信替代方案。以一个患有严重运动障碍的人使用基于 P300 的 BCI 给女儿写电子邮件为例，展示了 BCI 系统的工作原理。

一般来说，BCI 系统可以根据脑信号模式、刺激方式、操作模式、操作策略和记录方法进行分类。常见的脑信号模式包括 P300 事件相