脑-计算机接口设备指南
H.B. Duran
更新于
2024年9月23日
脑-计算机接口设备指南
H.B. Duran
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2024年9月23日
脑-计算机接口设备指南
H.B. Duran
更新于
2024年9月23日
由于埃隆·马斯克的 Neuralink 等备受瞩目的项目，脑机接口 (BCI) 近年来赢得了全球的关注。然而，您可能会惊讶地发现，BCI 技术已经存在了四十多年，而且您不需要通过手术来创建自己的“意念控制”项目。
Emotiv 于 2011 年首次亮相，推出了其首款无线脑电图 (EEG) 头戴式设备，作为一款革命性的 BCI 游戏设备。从那时起，随着机器学习算法和改进的脑电波传感器的发展，这项技术取得了显著进步。今天，BCI 爱好者在满足脑机接口项目需求时，依然会选择 Emotiv。
无论您是初学者还是经验丰富的专业人士，BCI 的世界都为创新和发现提供了令人兴奋的机会。以下是脑机接口设备指南，帮助您了解并进入这个迷人的世界。
了解脑机接口技术
脑机接口 (BCI) 技术实现了大脑与外部设备之间的直接通信。从技术上讲，任何读取大脑信号的设备都是 BCI。最近，该术语主要用于描述允许您“意念控制”设备的 BCI。帮助理解大脑功能的同一种技术可以将大脑信号翻译成各种任务的指令，包括控制电脑光标、移动假肢以及创建互动游戏体验。除了遍布各地的身体健全的创新者和业余爱好者之外，BCI 技术还为无法使用四肢的人们带来了新的希望。
由于“BCI”已成为时代潮流中的流行语，因此区分脑机接口设备的类型非常重要，这可以减轻困惑，以便消费者和机构能够选择适合自己的 BCI 设备。
BCI 设备：手术 vs 头戴式
目前有两种不同类型的脑机接口设备：植入大脑的设备和从头皮读取大脑信号的设备（图 1）。以下是它们之间的区别。
图 1. BCI 信号获取技术分类。(a) 为手术维度的分类图，包括三个级别：无创、微创和有创。(b) 为检测维度的分类图，包括三个级别：非植入、介入和植入。 [1]
颅内（有创）
颅内脑电图 (iEEG) 直接在人体头部内部植入电极。这使得医生能够获取清晰的电子信号，用于研究、检测和治疗。大脑植入物可以读取数据、刺激大脑，或两者兼而有之。用途包括但不限于：评估癫痫发作 [2]、治疗精神疾病 [3]、绕过瘫痪、实现意念转文本或意念转语音（图 2），甚至恢复视力 [4][5]。
美国食品药品监督管理局将植入式 BCI 设备定义为“与中枢或外周神经系统相连接的神经假体，用于恢复瘫痪或截肢患者失去的运动和/或感觉功能” [6]。
图 2. 患有肌萎缩侧索硬化症（ALS）的 Casey Harrell 在 BrainGate 临床试验中借助 BCI 植入物重新开口说话。（图片来源：UC Regents）
颅内（微创）
研究人员已经尝试了侵入性较小的方法来从大脑读取直接信息。其中一种方法是血管内（图 3），即通过支架经血管将电极送入大脑 [7][8]。
另一种方法称为皮层脑电图 (ECoG)，它需要通过手术将电极放置在颅骨下方，可以置于硬脑膜下（硬脑膜下 ECoG）或硬脑膜外（硬脑膜外 ECoG）。该程序具有侵入性，但其程度低于传统的 BCI 植入物 [9]。
图 3. A，完全植入式脑机接口 (BCI) 示意图。带有电极的设备被植入上矢状窦血管内（插图），并连接到皮下袋内的植入式接收发射器单元 (IRTU)。IRTU 与外部接收器遥测单元 (ERTU) 通信，ERTU 将信号中继到信号控制单元以控制笔记本电脑或平板电脑。B，带眼动追踪器的 BCI 用于电脑控制。眼动追踪用于移动光标，BCI 用于点击。C，不带眼动追踪的 BCI 用于电脑控制。项目扫描器按顺序突出显示项目，BCI 用于在项目被突出显示时进行点击 [7]。
无创 BCI（EEG 头戴式设备）
图 4. John 参加了 BCI4Kids 项目，该项目通过脑机接口帮助伤残儿童与周围环境进行互动。您可以点击此处欣赏 John 的“脑力”艺术作品。
无创 BCI 设备使用电极通过人的头皮读取电信号。这一过程在传统上被限制在实验室环境中，但无线、研究级脑电图 (EEG) 设备的出现，使得在任何地方进行准确的脑电波读取成为可能（图 4）。
目前，市场上已有数十款无创 BCI 头戴式设备——其中许多在设计时只考虑了单一目的，例如睡眠或专注力监测。价格可能从几百美元到数十万美元不等。Emotiv 提供了最通用且价格最优的无线 BCI 设备系列，传感器数量从 2 个到 32 个不等，被全球的神经科学家、学生、教育工作者、创新者、游戏玩家、业余爱好者和艺术家所使用。
根据 2022 年对同行评审文章的审计 [10]，Emotiv 是科学研究中最常用的消费级 EEG 设备 (67.69%)。研究人员信任 Emotiv，因为其性能经过科学验证、与传统 EEG 实验室设备相比价格更具亲和力，且功能多样。在大学实验室中用于进行人类大脑突破性研究的同一款 Emotiv 头戴式设备，可以分享给音乐系进行 BCI 表演，然后转交给心理学系进行实践学习，并分享给学生 BCI 俱乐部来开展脑力控制无人机比赛。
Emotiv BCI 设备
上图：使用 Emotiv Flex 作为 BCI 设备控制轮椅 [11]。
上图：一名学生使用 Epoc X 和 Arduino 板控制机械臂。（来源：Matt Su）
上图：佛罗里达大学的一名学生佩戴 Emotiv Insight BCI 设备来控制无人机。（来源）
图 5. Twitch 游戏玩家 Perrikaryal 成功使用 2 通道的 Emotiv MN8 脑部穿戴设备，通过 BCI 控制《光环》游戏。
开始您的 BCI 项目
已经有编程经验？ | 刚接触 BCI？ |
从这里开始： | 以下是入门指南： |
我该如何使用 BCI？
要开始您的 BCI 项目，您需要五个基本要素。
一个明确的目标
信号采集设备，例如来自 Emotiv 的 EEG 头戴式设备
信号处理软件，例如 EmotivBCI。
分配的 BCI 指令（需要一定的编程经验）
通过 SDK、Arduino 开发板等方式访问您想要控制的设备
一个用于接收 BCI 指令的设备
选择合适的 BCI 设备
选择适合的 BCI 设备对项目的成功至关重要。以下是一些关键考量因素：
易用性：寻找一款用户友好且易于设置的设备，特别是对于初学者而言。Emotiv BCI 设备采用干燥、半干燥和盐水传感器，可在几分钟内完成设置。
功能性：确保设备提供您特定项目所需的功能和特性。虽然 Emotiv 头戴式设备均为全脑传感，但作为一般规则，传感器越多，BCI 的效果越好。照此逻辑，Emotiv Flex 使用多达 32 个传感器来实现最大的脑部传感，但我们的用户通常发现 Epoc X 或 Insight 对他们的 BCI 项目和研究来说已经绰绰有余。同时，MN8 脑部穿戴设备非常适合用于 BCI 移动应用程序开发。
传感器位置：选择 EEG 头戴式设备时，请考虑传感器的位置以及这如何影响您的需求。例如，市场上的某些 BCI 设备仅有一个传感器，或者多个传感器仅位于后脑勺位置。
湿式 vs 干式传感器：在选择 BCI 设备时，请考虑舒适度和信号质量，尤其是当您打算长时间佩戴它时。盐水比凝胶更舒适，半干燥传感器比盐水更容易使用，而干式传感器使用起来最方便。对比 Emotiv 设备的信号质量。
兼容性：选择一款能够与您现有的软件和硬件工具良好集成的设备。如果您想将 BCI 集成到现有系统（无人机、Spotify、物联网等）中，请确保您拥有 SDK 和 API 访问权限。
数据与隐私： 您的神经隐私关乎重大。这就是为什么从第一天起，Emotiv 在设计其脑电图数据收集时就充分考虑了隐私。 了解 Emotiv 如何保护您的脑部数据。
结论
启动一个 BCI 项目是一次令人兴奋的旅程，它为创新和影响带来了巨大的潜力。无论您是初学者还是经验丰富的专业人士，Emotiv 都会为您提供成功所需的工具和支持。凭借合适的 BCI 设备和清晰的愿景，您可以开启全新的可能性。
立即探索 Emotiv 的 BCI 设备和资源，开始着手您的 BCI 项目。加入由创新者和研究人员组成的社区，与他们一起利用 BCI 技术共同塑造人机交互的未来。
加入我们的开发者社区
与我们分享您的 BCI 项目！在社交媒体上标记 #Emotiv 或发送电子邮件至 hello@emotiv.com。
需要更多帮助？ 联系我们
参考文献
Y. Sun 等，“脑机接口信号采集：医工交叉视角的综述”，《Fundamental Research》，2024 年 4 月，doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011。在线获取： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559
P. S. Reif、A. Strzelczyk 和 F. Rosenow，“癫痫患者创伤性脑电图评估的历史”，《Seizure》，第 41 卷，第 191-195 页，2016 年 4 月，doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006。
医疗器械与放射健康中心，“针对瘫痪或截肢患者的植入式脑机接口 (BCI) 设备 - 非临床测试和临床考量”，美国食品药品监督管理局，2021 年 5 月 20 日。https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing
Y.-H. Nho 等，“由强迫症腹侧纹状体电生理引导的响应性深部脑刺激可持续改善强迫行为”，《Neuron》，第 112 卷，第 1 期，第 73-83.e4 页，2024 年 1 月，doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034。
“Neuralink 在 X 上表示：‘我们已获得 FDA 授予 Blindsight 的“突破性医疗器械”认定。 加入我们，共同帮助那些失明的人重见光明。请在我们的患者登记处以及职业页面上申请职位 https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X”，《X (原 Twitter)》。https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet
M. Ptito、M. Bleau、I. Djerourou、S. Paré、F. C. Schneider 和 D.-R. Chebat，“协助盲人的脑机接口”，《Frontiers in Human Neuroscience》，第 15 卷，2021 年 2 月，doi: 10.3389/fnhum.2021.638887。
P. Mitchell 等，“在 4 名患者中对完全植入的血管内脑机接口治疗重度瘫痪的安全评估”，《JAMA Neurology》，第 80 卷，第 3 期，第 270 页，2023 年 3 月，doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847。
Q. He 等，“大脑星云：通过血管内神经记录和刺激的微创脑机接口”，《Journal of NeuroInterventional Surgery》，第 jnis-021296 页，2024 年 2 月，doi: 10.1136/jnis-2023-021296。
R. P. N. Rao，“半侵入性脑机接口”，收录于《Cambridge University Press eBooks》，2013 年，第 149-176 页。doi: 10.1017/cbo9781139032803.012。
J. Sabio、N. S. Williams、G. M. McArthur 和 N. A. Badcock，“关于使用消费级 EEG 设备进行研究的范围综述”，《bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory)》，2022 年 12 月，doi: 10.1101/2022.12.04.519056。
D. Pawuś 和 S. Paszkiel，“基于功率谱估计和抽动检测的用户系统分类脑电信号脑机接口轮椅控制”，《Applied Sciences》，第 12 卷，第 20 期，第 10385 页，2022 年 10 月，doi: 10.3390/app122010385。
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由于埃隆·马斯克的 Neuralink 等备受瞩目的项目，脑机接口 (BCI) 近年来赢得了全球的关注。然而，您可能会惊讶地发现，BCI 技术已经存在了四十多年，而且您不需要通过手术来创建自己的“意念控制”项目。
Emotiv 于 2011 年首次亮相，推出了其首款无线脑电图 (EEG) 头戴式设备，作为一款革命性的 BCI 游戏设备。从那时起，随着机器学习算法和改进的脑电波传感器的发展，这项技术取得了显著进步。今天，BCI 爱好者在满足脑机接口项目需求时，依然会选择 Emotiv。
无论您是初学者还是经验丰富的专业人士，BCI 的世界都为创新和发现提供了令人兴奋的机会。以下是脑机接口设备指南，帮助您了解并进入这个迷人的世界。
了解脑机接口技术
脑机接口 (BCI) 技术实现了大脑与外部设备之间的直接通信。从技术上讲，任何读取大脑信号的设备都是 BCI。最近，该术语主要用于描述允许您“意念控制”设备的 BCI。帮助理解大脑功能的同一种技术可以将大脑信号翻译成各种任务的指令，包括控制电脑光标、移动假肢以及创建互动游戏体验。除了遍布各地的身体健全的创新者和业余爱好者之外，BCI 技术还为无法使用四肢的人们带来了新的希望。
由于“BCI”已成为时代潮流中的流行语，因此区分脑机接口设备的类型非常重要，这可以减轻困惑，以便消费者和机构能够选择适合自己的 BCI 设备。
BCI 设备：手术 vs 头戴式
目前有两种不同类型的脑机接口设备：植入大脑的设备和从头皮读取大脑信号的设备（图 1）。以下是它们之间的区别。
图 1. BCI 信号获取技术分类。(a) 为手术维度的分类图，包括三个级别：无创、微创和有创。(b) 为检测维度的分类图，包括三个级别：非植入、介入和植入。 [1]
颅内（有创）
颅内脑电图 (iEEG) 直接在人体头部内部植入电极。这使得医生能够获取清晰的电子信号，用于研究、检测和治疗。大脑植入物可以读取数据、刺激大脑，或两者兼而有之。用途包括但不限于：评估癫痫发作 [2]、治疗精神疾病 [3]、绕过瘫痪、实现意念转文本或意念转语音（图 2），甚至恢复视力 [4][5]。
美国食品药品监督管理局将植入式 BCI 设备定义为“与中枢或外周神经系统相连接的神经假体，用于恢复瘫痪或截肢患者失去的运动和/或感觉功能” [6]。
图 2. 患有肌萎缩侧索硬化症（ALS）的 Casey Harrell 在 BrainGate 临床试验中借助 BCI 植入物重新开口说话。（图片来源：UC Regents）
颅内（微创）
研究人员已经尝试了侵入性较小的方法来从大脑读取直接信息。其中一种方法是血管内（图 3），即通过支架经血管将电极送入大脑 [7][8]。
另一种方法称为皮层脑电图 (ECoG)，它需要通过手术将电极放置在颅骨下方，可以置于硬脑膜下（硬脑膜下 ECoG）或硬脑膜外（硬脑膜外 ECoG）。该程序具有侵入性，但其程度低于传统的 BCI 植入物 [9]。
图 3. A，完全植入式脑机接口 (BCI) 示意图。带有电极的设备被植入上矢状窦血管内（插图），并连接到皮下袋内的植入式接收发射器单元 (IRTU)。IRTU 与外部接收器遥测单元 (ERTU) 通信，ERTU 将信号中继到信号控制单元以控制笔记本电脑或平板电脑。B，带眼动追踪器的 BCI 用于电脑控制。眼动追踪用于移动光标，BCI 用于点击。C，不带眼动追踪的 BCI 用于电脑控制。项目扫描器按顺序突出显示项目，BCI 用于在项目被突出显示时进行点击 [7]。
无创 BCI（EEG 头戴式设备）
图 4. John 参加了 BCI4Kids 项目，该项目通过脑机接口帮助伤残儿童与周围环境进行互动。您可以点击此处欣赏 John 的“脑力”艺术作品。
无创 BCI 设备使用电极通过人的头皮读取电信号。这一过程在传统上被限制在实验室环境中，但无线、研究级脑电图 (EEG) 设备的出现，使得在任何地方进行准确的脑电波读取成为可能（图 4）。
目前，市场上已有数十款无创 BCI 头戴式设备——其中许多在设计时只考虑了单一目的，例如睡眠或专注力监测。价格可能从几百美元到数十万美元不等。Emotiv 提供了最通用且价格最优的无线 BCI 设备系列，传感器数量从 2 个到 32 个不等，被全球的神经科学家、学生、教育工作者、创新者、游戏玩家、业余爱好者和艺术家所使用。
根据 2022 年对同行评审文章的审计 [10]，Emotiv 是科学研究中最常用的消费级 EEG 设备 (67.69%)。研究人员信任 Emotiv，因为其性能经过科学验证、与传统 EEG 实验室设备相比价格更具亲和力，且功能多样。在大学实验室中用于进行人类大脑突破性研究的同一款 Emotiv 头戴式设备，可以分享给音乐系进行 BCI 表演，然后转交给心理学系进行实践学习，并分享给学生 BCI 俱乐部来开展脑力控制无人机比赛。
Emotiv BCI 设备
上图：使用 Emotiv Flex 作为 BCI 设备控制轮椅 [11]。
上图：一名学生使用 Epoc X 和 Arduino 板控制机械臂。（来源：Matt Su）
上图：佛罗里达大学的一名学生佩戴 Emotiv Insight BCI 设备来控制无人机。（来源）
图 5. Twitch 游戏玩家 Perrikaryal 成功使用 2 通道的 Emotiv MN8 脑部穿戴设备，通过 BCI 控制《光环》游戏。
开始您的 BCI 项目
已经有编程经验？ | 刚接触 BCI？ |
从这里开始： | 以下是入门指南： |
我该如何使用 BCI？
要开始您的 BCI 项目，您需要五个基本要素。
一个明确的目标
信号采集设备，例如来自 Emotiv 的 EEG 头戴式设备
信号处理软件，例如 EmotivBCI。
分配的 BCI 指令（需要一定的编程经验）
通过 SDK、Arduino 开发板等方式访问您想要控制的设备
一个用于接收 BCI 指令的设备
选择合适的 BCI 设备
选择适合的 BCI 设备对项目的成功至关重要。以下是一些关键考量因素：
易用性：寻找一款用户友好且易于设置的设备，特别是对于初学者而言。Emotiv BCI 设备采用干燥、半干燥和盐水传感器，可在几分钟内完成设置。
功能性：确保设备提供您特定项目所需的功能和特性。虽然 Emotiv 头戴式设备均为全脑传感，但作为一般规则，传感器越多，BCI 的效果越好。照此逻辑，Emotiv Flex 使用多达 32 个传感器来实现最大的脑部传感，但我们的用户通常发现 Epoc X 或 Insight 对他们的 BCI 项目和研究来说已经绰绰有余。同时，MN8 脑部穿戴设备非常适合用于 BCI 移动应用程序开发。
传感器位置：选择 EEG 头戴式设备时，请考虑传感器的位置以及这如何影响您的需求。例如，市场上的某些 BCI 设备仅有一个传感器，或者多个传感器仅位于后脑勺位置。
湿式 vs 干式传感器：在选择 BCI 设备时，请考虑舒适度和信号质量，尤其是当您打算长时间佩戴它时。盐水比凝胶更舒适，半干燥传感器比盐水更容易使用，而干式传感器使用起来最方便。对比 Emotiv 设备的信号质量。
兼容性：选择一款能够与您现有的软件和硬件工具良好集成的设备。如果您想将 BCI 集成到现有系统（无人机、Spotify、物联网等）中，请确保您拥有 SDK 和 API 访问权限。
数据与隐私： 您的神经隐私关乎重大。这就是为什么从第一天起，Emotiv 在设计其脑电图数据收集时就充分考虑了隐私。 了解 Emotiv 如何保护您的脑部数据。
结论
启动一个 BCI 项目是一次令人兴奋的旅程，它为创新和影响带来了巨大的潜力。无论您是初学者还是经验丰富的专业人士，Emotiv 都会为您提供成功所需的工具和支持。凭借合适的 BCI 设备和清晰的愿景，您可以开启全新的可能性。
立即探索 Emotiv 的 BCI 设备和资源，开始着手您的 BCI 项目。加入由创新者和研究人员组成的社区，与他们一起利用 BCI 技术共同塑造人机交互的未来。
加入我们的开发者社区
与我们分享您的 BCI 项目！在社交媒体上标记 #Emotiv 或发送电子邮件至 hello@emotiv.com。
需要更多帮助？ 联系我们
参考文献
Y. Sun 等，“脑机接口信号采集：医工交叉视角的综述”，《Fundamental Research》，2024 年 4 月，doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011。在线获取： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559
P. S. Reif、A. Strzelczyk 和 F. Rosenow，“癫痫患者创伤性脑电图评估的历史”，《Seizure》，第 41 卷，第 191-195 页，2016 年 4 月，doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006。
医疗器械与放射健康中心，“针对瘫痪或截肢患者的植入式脑机接口 (BCI) 设备 - 非临床测试和临床考量”，美国食品药品监督管理局，2021 年 5 月 20 日。https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing
Y.-H. Nho 等，“由强迫症腹侧纹状体电生理引导的响应性深部脑刺激可持续改善强迫行为”，《Neuron》，第 112 卷，第 1 期，第 73-83.e4 页，2024 年 1 月，doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034。
“Neuralink 在 X 上表示：‘我们已获得 FDA 授予 Blindsight 的“突破性医疗器械”认定。 加入我们，共同帮助那些失明的人重见光明。请在我们的患者登记处以及职业页面上申请职位 https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X”，《X (原 Twitter)》。https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet
M. Ptito、M. Bleau、I. Djerourou、S. Paré、F. C. Schneider 和 D.-R. Chebat，“协助盲人的脑机接口”，《Frontiers in Human Neuroscience》，第 15 卷，2021 年 2 月，doi: 10.3389/fnhum.2021.638887。
P. Mitchell 等，“在 4 名患者中对完全植入的血管内脑机接口治疗重度瘫痪的安全评估”，《JAMA Neurology》，第 80 卷，第 3 期，第 270 页，2023 年 3 月，doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847。
Q. He 等，“大脑星云：通过血管内神经记录和刺激的微创脑机接口”，《Journal of NeuroInterventional Surgery》，第 jnis-021296 页，2024 年 2 月，doi: 10.1136/jnis-2023-021296。
R. P. N. Rao，“半侵入性脑机接口”，收录于《Cambridge University Press eBooks》，2013 年，第 149-176 页。doi: 10.1017/cbo9781139032803.012。
J. Sabio、N. S. Williams、G. M. McArthur 和 N. A. Badcock，“关于使用消费级 EEG 设备进行研究的范围综述”，《bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory)》，2022 年 12 月，doi: 10.1101/2022.12.04.519056。
D. Pawuś 和 S. Paszkiel，“基于功率谱估计和抽动检测的用户系统分类脑电信号脑机接口轮椅控制”，《Applied Sciences》，第 12 卷，第 20 期，第 10385 页，2022 年 10 月，doi: 10.3390/app122010385。
"
由于埃隆·马斯克的 Neuralink 等备受瞩目的项目，脑机接口 (BCI) 近年来赢得了全球的关注。然而，您可能会惊讶地发现，BCI 技术已经存在了四十多年，而且您不需要通过手术来创建自己的“意念控制”项目。
Emotiv 于 2011 年首次亮相，推出了其首款无线脑电图 (EEG) 头戴式设备，作为一款革命性的 BCI 游戏设备。从那时起，随着机器学习算法和改进的脑电波传感器的发展，这项技术取得了显著进步。今天，BCI 爱好者在满足脑机接口项目需求时，依然会选择 Emotiv。
无论您是初学者还是经验丰富的专业人士，BCI 的世界都为创新和发现提供了令人兴奋的机会。以下是脑机接口设备指南，帮助您了解并进入这个迷人的世界。
了解脑机接口技术
脑机接口 (BCI) 技术实现了大脑与外部设备之间的直接通信。从技术上讲，任何读取大脑信号的设备都是 BCI。最近，该术语主要用于描述允许您“意念控制”设备的 BCI。帮助理解大脑功能的同一种技术可以将大脑信号翻译成各种任务的指令，包括控制电脑光标、移动假肢以及创建互动游戏体验。除了遍布各地的身体健全的创新者和业余爱好者之外，BCI 技术还为无法使用四肢的人们带来了新的希望。
由于“BCI”已成为时代潮流中的流行语，因此区分脑机接口设备的类型非常重要，这可以减轻困惑，以便消费者和机构能够选择适合自己的 BCI 设备。
BCI 设备：手术 vs 头戴式
目前有两种不同类型的脑机接口设备：植入大脑的设备和从头皮读取大脑信号的设备（图 1）。以下是它们之间的区别。
图 1. BCI 信号获取技术分类。(a) 为手术维度的分类图，包括三个级别：无创、微创和有创。(b) 为检测维度的分类图，包括三个级别：非植入、介入和植入。 [1]
颅内（有创）
颅内脑电图 (iEEG) 直接在人体头部内部植入电极。这使得医生能够获取清晰的电子信号，用于研究、检测和治疗。大脑植入物可以读取数据、刺激大脑，或两者兼而有之。用途包括但不限于：评估癫痫发作 [2]、治疗精神疾病 [3]、绕过瘫痪、实现意念转文本或意念转语音（图 2），甚至恢复视力 [4][5]。
美国食品药品监督管理局将植入式 BCI 设备定义为“与中枢或外周神经系统相连接的神经假体，用于恢复瘫痪或截肢患者失去的运动和/或感觉功能” [6]。
图 2. 患有肌萎缩侧索硬化症（ALS）的 Casey Harrell 在 BrainGate 临床试验中借助 BCI 植入物重新开口说话。（图片来源：UC Regents）
颅内（微创）
研究人员已经尝试了侵入性较小的方法来从大脑读取直接信息。其中一种方法是血管内（图 3），即通过支架经血管将电极送入大脑 [7][8]。
另一种方法称为皮层脑电图 (ECoG)，它需要通过手术将电极放置在颅骨下方，可以置于硬脑膜下（硬脑膜下 ECoG）或硬脑膜外（硬脑膜外 ECoG）。该程序具有侵入性，但其程度低于传统的 BCI 植入物 [9]。
图 3. A，完全植入式脑机接口 (BCI) 示意图。带有电极的设备被植入上矢状窦血管内（插图），并连接到皮下袋内的植入式接收发射器单元 (IRTU)。IRTU 与外部接收器遥测单元 (ERTU) 通信，ERTU 将信号中继到信号控制单元以控制笔记本电脑或平板电脑。B，带眼动追踪器的 BCI 用于电脑控制。眼动追踪用于移动光标，BCI 用于点击。C，不带眼动追踪的 BCI 用于电脑控制。项目扫描器按顺序突出显示项目，BCI 用于在项目被突出显示时进行点击 [7]。
无创 BCI（EEG 头戴式设备）
图 4. John 参加了 BCI4Kids 项目，该项目通过脑机接口帮助伤残儿童与周围环境进行互动。您可以点击此处欣赏 John 的“脑力”艺术作品。
无创 BCI 设备使用电极通过人的头皮读取电信号。这一过程在传统上被限制在实验室环境中，但无线、研究级脑电图 (EEG) 设备的出现，使得在任何地方进行准确的脑电波读取成为可能（图 4）。
目前，市场上已有数十款无创 BCI 头戴式设备——其中许多在设计时只考虑了单一目的，例如睡眠或专注力监测。价格可能从几百美元到数十万美元不等。Emotiv 提供了最通用且价格最优的无线 BCI 设备系列，传感器数量从 2 个到 32 个不等，被全球的神经科学家、学生、教育工作者、创新者、游戏玩家、业余爱好者和艺术家所使用。
根据 2022 年对同行评审文章的审计 [10]，Emotiv 是科学研究中最常用的消费级 EEG 设备 (67.69%)。研究人员信任 Emotiv，因为其性能经过科学验证、与传统 EEG 实验室设备相比价格更具亲和力，且功能多样。在大学实验室中用于进行人类大脑突破性研究的同一款 Emotiv 头戴式设备，可以分享给音乐系进行 BCI 表演，然后转交给心理学系进行实践学习，并分享给学生 BCI 俱乐部来开展脑力控制无人机比赛。
Emotiv BCI 设备
上图：使用 Emotiv Flex 作为 BCI 设备控制轮椅 [11]。
上图：一名学生使用 Epoc X 和 Arduino 板控制机械臂。（来源：Matt Su）
上图：佛罗里达大学的一名学生佩戴 Emotiv Insight BCI 设备来控制无人机。（来源）
图 5. Twitch 游戏玩家 Perrikaryal 成功使用 2 通道的 Emotiv MN8 脑部穿戴设备，通过 BCI 控制《光环》游戏。
开始您的 BCI 项目
已经有编程经验？ | 刚接触 BCI？ |
从这里开始： | 以下是入门指南： |
我该如何使用 BCI？
要开始您的 BCI 项目，您需要五个基本要素。
一个明确的目标
信号采集设备，例如来自 Emotiv 的 EEG 头戴式设备
信号处理软件，例如 EmotivBCI。
分配的 BCI 指令（需要一定的编程经验）
通过 SDK、Arduino 开发板等方式访问您想要控制的设备
一个用于接收 BCI 指令的设备
选择合适的 BCI 设备
选择适合的 BCI 设备对项目的成功至关重要。以下是一些关键考量因素：
易用性：寻找一款用户友好且易于设置的设备，特别是对于初学者而言。Emotiv BCI 设备采用干燥、半干燥和盐水传感器，可在几分钟内完成设置。
功能性：确保设备提供您特定项目所需的功能和特性。虽然 Emotiv 头戴式设备均为全脑传感，但作为一般规则，传感器越多，BCI 的效果越好。照此逻辑，Emotiv Flex 使用多达 32 个传感器来实现最大的脑部传感，但我们的用户通常发现 Epoc X 或 Insight 对他们的 BCI 项目和研究来说已经绰绰有余。同时，MN8 脑部穿戴设备非常适合用于 BCI 移动应用程序开发。
传感器位置：选择 EEG 头戴式设备时，请考虑传感器的位置以及这如何影响您的需求。例如，市场上的某些 BCI 设备仅有一个传感器，或者多个传感器仅位于后脑勺位置。
湿式 vs 干式传感器：在选择 BCI 设备时，请考虑舒适度和信号质量，尤其是当您打算长时间佩戴它时。盐水比凝胶更舒适，半干燥传感器比盐水更容易使用，而干式传感器使用起来最方便。对比 Emotiv 设备的信号质量。
兼容性：选择一款能够与您现有的软件和硬件工具良好集成的设备。如果您想将 BCI 集成到现有系统（无人机、Spotify、物联网等）中，请确保您拥有 SDK 和 API 访问权限。
数据与隐私： 您的神经隐私关乎重大。这就是为什么从第一天起，Emotiv 在设计其脑电图数据收集时就充分考虑了隐私。 了解 Emotiv 如何保护您的脑部数据。
结论
启动一个 BCI 项目是一次令人兴奋的旅程，它为创新和影响带来了巨大的潜力。无论您是初学者还是经验丰富的专业人士，Emotiv 都会为您提供成功所需的工具和支持。凭借合适的 BCI 设备和清晰的愿景，您可以开启全新的可能性。
立即探索 Emotiv 的 BCI 设备和资源，开始着手您的 BCI 项目。加入由创新者和研究人员组成的社区，与他们一起利用 BCI 技术共同塑造人机交互的未来。
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参考文献
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