腦機接口(BCI)是可以不間斷地進行通信或控制的設備。BCI檢測到用戶大腦活動的特定模式，這些模式反映了用戶想要發(fā)送的不同信息或命令，例如拼寫或更改電視頻道。信號處理工具然后解碼此大腦活動以識別所需的信息或命令，然后將此信息發(fā)送到輸出設備。BCI是閉環(huán)系統(tǒng)，這意味著BCI必須實時向用戶提供一些信息（希望）反映了預期的消息或命令。

任何BCI的一個顯著特征是用于記錄腦功能的方法。當前已經(jīng)探索了許多方法，本書稍后會介紹部分。大多數(shù)現(xiàn)代BCI都依賴以下四種方法之一：

一、腦電圖(Electroencephalography,EEG)

腦電圖通過電極記錄大腦的電活動，電極通常嵌入電極帽中。這種電極帽通常需要5分鐘才能安裝在用戶身上并調節(jié)電極以獲得良好的信號。腦電圖系統(tǒng)相對便宜且便攜，是BCI研究中最常見的神經(jīng)影像學方法。

二、皮層腦電圖（Electrocorticography, ECoG）

皮層腦電圖涉及到通過外科手術將電極植入大腦表面來記錄電活動。相對于EEG傳感器，ECoG傳感器具有更好的空間分辨率，能夠準確檢測腦電圖電極不可見的高頻腦活動。電極一旦植入，就可以準備用于BCI或其他任務，而無需在每次使用前進行準備。

三、深度電極(Depth electrode)

深度電極(Depth electrode)記錄使用通過外科手術植入大腦的電極。這種方法具有類似于ECoG的吸引人的特性，但記錄的是來自一小群神經(jīng)元的活動。因此，這兩種方法提供了大腦活動的不同圖景。

四、功能磁共振成像(FunctionalMagnetic Resonance Imaging, fMRI)

功能磁共振成像不能測量電活動，而是用來測量與不同精神活動相關的大腦血流變化。而這些變化不能像上面三種方法那樣用時間精度來檢測。fMRI系統(tǒng)需要非常強大的磁場，因此要花費昂貴且不便于攜帶。

皮層腦電圖和深度電極這兩個過程需要神經(jīng)外科手術植入電極。當然，只有在醫(yī)學上有必要的時候才會考慮這種手術，比如在癲癇手術之前，或者對于那些溝通和控制選擇很少或沒有其他選擇的嚴重殘疾患者。這種神經(jīng)外科手術很昂貴，對某些患者可能不可行。

當從大腦記錄信號后，信號處理機制必須確定用戶想要發(fā)送的信號。信號處理通常涉及許多步驟，以針對特定用戶和環(huán)境定制BCI，例如找到最佳的電極位置，去除不需要的信息（例如由肌肉運動或外部設備引起的電噪聲），確定最佳頻率，以及選擇最優(yōu)分類器和分類器參數(shù)。之后，信號傳輸?shù)捷敵鲈O備。早期的BCI通常會將信號發(fā)送到監(jiān)視器，而最近的BCI已用于控制設備，包括矯形器，輪椅，在線應用程序，娛樂系統(tǒng)或中風康復系統(tǒng)。BCI在用戶進行控制的心理活動類型和相應的大腦信號方面也有所不同。大多數(shù)BCI依靠想象中的運動或視覺注意力來控制，但新的方向正在被探索和擴展。最終，每個用戶的最佳BCI取決于用戶的醫(yī)療狀況（如有），需求，目標，偏好，使用環(huán)境和其他因素。

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