探秘采集腦電波

原文來自微信公眾號：工程師看海

什么是腦電波？腦電波能來干嘛？怎么采集腦電波？腦電波采集有什么難點？

事情是這樣子的，前一陣小米公布工程師計劃，其中有一個項目是腦電波物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可以采集腦電波，用腦電波來控制燈的開關(guān)，起名為“MiGu”，恰好，筆者以前做過腦電波采集相關(guān)內(nèi)容，今天就來介紹下傳說中的腦電波。

腦電波真有那么神奇嗎？

腦電波是大腦內(nèi)部的大量神經(jīng)元在工作中自發(fā)或被動產(chǎn)生的電場變化，可以從大腦內(nèi)部或者頭皮表面來采集到這個腦電波。腦內(nèi)的局部場電位信噪比稍微高一些，信號比較大，一般是mV級別，而頭皮表面的信號微弱，一般是uV級別。

每個人都有腦電波，只是沒有電影中演的神奇罷了，這并不是什么特意功能，比如當(dāng)人閉眼時，在頭部后方就有大約13Hz的腦電波出現(xiàn)，稱之為α波，當(dāng)睜眼時，這個波就會消失。

當(dāng)我們看顯示器，顯示器以10Hz閃爍時，在枕區(qū)（頭部靠后）就會產(chǎn)生10Hz的腦電波；如果看13Hz，就會產(chǎn)生13Hz腦電波。

我們的腦電波雖然不是什么特異功能，但是可以用腦電波來控制外部設(shè)備，比如下面的小猴子，通過老電波來控制機械臂抓取食物。

第一條腦電波

一般認(rèn)為，第一條腦電波信號是由德國醫(yī)生漢斯·伯格首次記錄。

優(yōu)于技術(shù)限制，早期記錄腦電波手段簡單粗暴，把檢測探針直接插入大腦，來記錄信號，這應(yīng)該就是侵入式腦電采集方法，而且記錄設(shè)備龐大復(fù)雜，使用的都是模擬設(shè)備，安全性、操作性都很低。

隨著科技的進步，腦電采集方法和設(shè)備取得了重大技術(shù)飛躍，

當(dāng)今腦電采集方法可以分為侵入式和非侵入式兩種，顧名思義，侵入式就是需要把電極插入大腦來記錄信號，這種方法是有創(chuàng)方法，需要借助外科手術(shù)才能實現(xiàn)。

侵入式腦電采集

埃隆馬斯克的腦機接口設(shè)備就是有創(chuàng)方式，通過機器人將電極植入大腦來記錄信號。

有創(chuàng)方式操作復(fù)雜，具有安全性風(fēng)險，而且隨著時間的推移，植入腦內(nèi)的電極會被不導(dǎo)電的神經(jīng)纖維包裹，進而導(dǎo)致電極性能下降，因此靈活便捷的非侵入腦電波采集方法就逐漸進入人們視野。

非侵入濕電極

下圖是非侵入與侵入式電極的對比，左圖是非侵入，右圖是侵入電極。非侵入電極在電極和頭皮表面涂抹導(dǎo)電膏（GEL），侵入式電極把探針陣列插入表皮，甚至直大電腦灰質(zhì)。對頭皮表面的電壓信號進行放大，就可以采集腦電波了。

電極表面涂抹導(dǎo)電膏后容易滑動，為了固定電極、統(tǒng)一電極記錄位置，就發(fā)明了腦電帽，用注射器注射到電極時，需要摩擦頭皮，破壞角質(zhì)層，降低電極與皮膚的接觸阻抗，一般這個阻抗要小于幾十KΩ，如果阻抗太大，那么采集的信號就很微弱，而且噪聲非常大，抗干擾能力低。

非侵入干電極

采集完腦電波之后，被試人員還需要洗頭，整個操作流程非常復(fù)雜，因此一種干電極腦電采集方法又被提出來了，這種電極隨帶隨用。下圖一些干電極，不需要導(dǎo)電膏，穿過頭發(fā)與頭皮表面接觸即可發(fā)揮作用，然而干電極的接觸阻抗一般很大，采集性能往往不如濕電極。

小米項目組的MiGu看起來使用的就是干電極了，遺憾的是，小米并沒有公布腦電波采集效果，畢竟這只是一個2天就搞定的一個比賽而已，其實采集腦電并發(fā)出控制指令并不是很難，淘寶就一大堆這類玩具。

難點在于提高信號的信噪比、分類正確率、信息傳輸速率、交互方式等，這些內(nèi)容以后有時間會深度進行介紹。

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原文來自微信公眾號：工程師看海

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