文 献 综 述 1 简介 脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI, 又称Brain-Machine Interface, BMI)是一个能够允许人类在没有外围神经以及肌肉参与的情况下，直接通过脑电活动产生的控制信号与周遭环境进行交互的通信系统[1]。

该类系统为人机交互(Human-Computer Interaction)提供了新的可能性，同时也为残疾人提供了新的辅助工具，使其能够更像常人一样生活。

常见的脑机接口系统包含如下几个部分：信号获取，信号预处理或信号加强，特征提取，分类，控制系统接口[1]。

脑机接口可以看成一个翻译器，将用户的思维活动翻译成预先定义好的指令，如下图(取自[2]): 图 1 BCI系统的功能模型 2 脑电信号与实验范式 脑机接口使用脑信号进行控制，脑信号是一个随时间变化的在空间上分布的信号。

其测量方式根据观测信号来源分为两种：电生理学(electrophysiological)信号(以electroencephalography，EEG为主)以及血液动力学(hemodynamic)信号(以Functional Magnetic Resonance Imaging, FMRI 为主)，同时根据是否需要植入外物分为侵入式(invasive)与非侵入式(non-invasive)，几种测量方式的比较见下表(摘自[1])： 由于脑信号通常是一个微弱信号，所以观测到的信号实际上受到肌电信号(electromyography)或者眼动信号(electrooculography)以及外部电磁环境的干扰。

侵入式采集方式由于直接穿过了头皮，头盖骨等结构，所以获取的信号外部噪声更少，更利于提高BCI系统的性能，但由于该种方式需要植入传感器，因而对于用户会带来潜在的健康风险。

因而目前成功商用的脑机接口系统，如emotiv[3]， neurosky[4]大都采用非侵入式采集, 又由于电位信号较磁信号更易获取，因而多采用EEG信号。

同时多个大脑活动的脑波会同时叠加在一起(对该类信号的分离为一类病态计算反问题，需附加先验信息，见[5])，这更加剧了设计实用的脑机接口系统的困难。

国际上对于EEG信号采集的分区命名规则采用10-20系统(international 10-20 system), 见下图(取自[6]): 图 2 (左): 10-20 系统, 字母F,T,C,P,O 分别表示额叶(Frontal lobe), 颞叶(Temporal lobe), 中央(central), 顶叶(Parietal Lobe) 以及枕叶(Occipital lobe), A表示耳叶(ear lobe), z表示中线(zero)，奇数标号表示左半球电极，偶数标号表示右半球电极; 在传统研究中，每个通道（采集于头皮某个位置）的信号依据频段通常可分为delta (δ, 30Hz)波， 在运动感受区采集到的alpha波又被称为Mu韵律[7]。

这些频段的信号通常被认为和某个特定类型的大脑活动相关，并相互之间存在相关性。