脑-计算机接口指南

上图：一位女性使用 EMOTIV Insight 控制 RC 无人机。

脑-计算机接口定义

BCI（脑-计算机接口）是什么意思？BCI（脑-计算机接口）是一种技术，用于在大脑与外部设备之间发送和接收信号。脑-计算机接口也称为脑-机械接口。BCI 收集和解释脑信号，并将其传输到连接的机器，以输出与接收到的信号相关的命令。

一个简化的 BCI 定义可能会将该技术描述为大脑与外部设备之间的通信链接。

被动 BCI 与主动 BCI

BCI 可以是被动的或主动的。被动 BCI 仅仅解释脑信号，以提供个人认知状态的洞察。例如，它可以在 消费者研究研究期间 或 培训项目 检测用户的情绪状态。

上图：Nathalie Labrégère，因脑性运动障碍而出生，使用主动 BCI 和 EPOC X 头戴设备在 2024 年残奥会火炬接力中控制外骨骼手臂。了解更多

主动 BCI 要求用户主动调节他们的脑信号，以与外部设备进行交互。例如，用户可能会想象移动他们的手臂，从而导致 机器人手臂 以类似方式移动。

BCI 是如何工作的？

我们的大脑充满了称为神经元的细胞。每当我们思考、移动、感受或记忆某些东西时，我们的神经元就在工作。生化和电信号执行这些工作。科学家可以利用脑电图（EEG）技术检测这些信号并解释其含义。 EEG 可以从人脑中读取信号并将其发送到放大器。放大的信号随后由 BCI 计算机程序进行解释，该程序使用这些信号来控制设备。

信号获取

ECoG，LFP，EEG，SU，其他

信号处理

自回归，傅里叶变换， 共同空间滤波器，拉普拉斯滤波器， 小波，其他

效应器设备示例

• 拼写器

• 光标

• 轮椅

• 无人机

• 玩具

• 视频游戏

• 物联网（IoT）

• 机器人手臂

过去十年的顶级 BCI 示例

什么是 BCI？

BCI 也可以称为脑-机械接口、神经控制接口、心智能-机器接口或直接神经接口。BCI 允许大脑与外部设备之间进行直接通信，通常用于控制其活动。BCI 从大脑读取信号，并使用机器学习算法将信号转换为外部动作。

EMOTIV 联合创始人兼首席执行官 Tan Le 在 2010 年的 TED 演讲中解释了 BCI 解决方案和技术：

BCI 与 EEG

基于 EEG 的 BCI 的特点是使用无创的 EEG 电极来测量脑活动并将记录的脑信号转换为命令。

BCI 检测通过 EEG 测量的脑活动中的变化。BCI 技术随后将这些信号传递给机器学习算法。这些机器学习算法经过训练，可以捕捉与某些情绪、动作和表情相关的 EEG 脑活动。当算法识别出匹配的 EEG 脑活动时，BCI 可以传输外部命令以控制设备（例如计算机光标、机器人手臂或轮椅）。

这些设备已被编程以解释和执行这些命令，无论是控制物理对象还是数字界面。佩戴 EEG 设备的对象可以思考“向左移动”，光标就会向左移动——这就是在数字界面上进行外部操作的例子。

BCI 设备指南

BCI 用于什么？

脑-计算机接口研究

BCI 研究（也称为脑-机械接口研究）代表了一个快速增长的领域。学术研究人员研究 BCI 用户能否仅通过脑活动直接与计算机软件进行交互。一项研究测试了 BCI 系统在检测和分类脑活动及其配对的 心理动作方面的能力。结果发现该系统能够成功执行所有心理动作，并随着附加训练数据而改善。

由于能够通过脑活动操纵外部设备，脑-计算机接口研究中的大部分工作集中在远程控制上。BCI 研究人员还使用由 BCI 设备控制的人形机器人来操纵远程环境。BCI 使用户能够方便地控制远程环境中的机器人。人类用户可以从机器人接收反馈，这有助于他们在远程环境中感到完全沉浸。这可能在包括军事行动、医疗操作和灾难管理或搜索与救援行动的各种 BCI 用例中发挥重要作用。

研究人员还正在利用 BCI 理解神经网络在实时中的表现。大多数神经组织系统要么在个体神经元级别上被理解，要么在认知水平上被哲学化。BCI 正在用于研究特定组织系统如何对电刺激作出反应，以及这在认知水平上可能意味着什么。

***免责声明 – EMOTIV 产品仅用于研究应用和个人使用。我们的产品不是作为医疗设备出售的——根据欧盟指令 93/42/EEC 的定义。我们的产品并不旨在用于疾病的诊断或治疗。

神经康复中的脑-计算机接口

脑-计算机接口可以帮助那些无法使用肢体、需要辅助设备或无法说话的个体。脑-计算机接口在神经康复中的应用（旨在帮助有神经系统疾病、损伤或疾病的个体的医生辅助过程）可以帮助提高个体在日常生活中的适应能力。BCI 通常在中风或损伤后用于康复。未来，我们可能会看到 BCI 医疗产品在手术或其他医疗操作中使用。

BCI 使肢体残疾的受试者能够利用他们的脑活动控制环境中的物体并进行交流。使用 EEG 信号的脑-计算机接口可以帮助他们控制义肢或计算机界面。

该 BCI 项目将残疾儿童与他们的世界连接起来

脑-计算机接口游戏

BCI 软件可以“翻译” EEG 数据中的心理命令为视频游戏中的命令。在 脑-计算机接口游戏中，受试者在玩 VR 游戏时佩戴 EEG 头戴设备，游戏旨在控制虚拟物体。在 BCI 游戏中，受试者不使用传统的游戏控制器，而是使用心理命令来启用游戏中的运动行为——例如“推”、“拉”或“跳”。BCI 处理来自 EEG 的心理命令，并在 VR 游戏中触发相应的动作（直接神经接口虚拟现实）。

EMOTIV EPOC 于 2011 年首次亮相作为视频游戏控制器。 虽然领先于时代，但 EEG 硬件、软件和人工智能的进步使得用大脑玩视频游戏变得比以往任何时候都容易。

然后： 在 2011 年无手操作 Spirit Mountain，与 EPOC+。(来源) Spirit Mountain 是为 BCI 游戏从头开发的。

现在：在 2024 年无手操作 Elden Ring，与 EPOC X。(来源) Elden Ring 是为 PC 和游戏机开发的。开发了一个自定义 BCI 控制器，使用 Cortex API，允许无手玩游戏。

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脑-计算机接口如何改变我们的生活？

BCI 代表了对肢体障碍患者生活的改变可能，因为它们使他们能够执行他们原本无法进行的身体动作。BCI 使用人工智能算法将脑信号翻译为命令输出。这些命令可以用于控制轮椅、义肢或其他辅助技术。

BCI 技术有潜力使所有能力水平的个体在日常任务中更轻松。例如，BCI 可以消除打字或给予语音命令的需要——受试者可以通过脑活动向计算机发出导航和输入命令。

脑-计算机接口的伦理问题

随着 BCI 技术带来的改变生活的可能性而来的是伦理问题。随着脑-计算机接口研究领域的不断增长和脑-计算机接口应用技术的持续改进，许多脑-计算机接口的伦理问题随之而来。

BCI 安全问题

BCI 是一个软件应用程序，像任何发送信息到外部设备的软件一样，传输的数据 可能会被提取用于恶意目的。安全性对于 BCI 技术至关重要，因为 BCI 直接捕获来自受试者神经系统的信号。尽管 BCI 目前无法提取用户的意图、私人思想或他们正在阅读或查看的内容，但结合 BCI 数据与特定刺激将来有可能做到这一点。BCI 可能用于确定用户的健康状态或对某些事件的熟悉程度，这带来了重大的隐私风险。

BCI 隐私问题

同样，隐私是 BCI 伦理中的一个重要问题，因为捕获的神经信号可以用来访问用户的私人信息。伦理学家对 BCI 数据的存储和保护提出了担忧。例如，BCI 数据应该被视为医疗数据还是商业数据？BCI 数据应该匿名化吗？用户如何知道他们的 BCI 数据是否用于商业目的？尽管目前关于脑-计算机接口伦理问题的大部分讨论仍在形成中，但隐私和安全的问题依然是首要关注点。

了解 EMOTIV 如何保护您的脑数据安全。

BCI 用例

以下是一些当前使用的最常见的脑-计算机接口示例：

• 神经科学

• 军事

• 医学

• 救援/灾难管理

• 安全

• 教育

• 康复

  
  

BCI 的简要历史

BCI 历史的最早时期可以追溯到德国生理学家和精神病学家汉斯·伯杰。伯杰发明了脑电图，一种记录 EEG 信号的设备。他被誉为在 1924 年记录下第一组人类 EEG 脑波。

最早发表的 BCI 实验是利用 EEG 移动屏幕上的光标。这个 1977 年的实验是实验室中记录的第一次成功的 BCI 使用。

1988 年，由斯蒂沃·博津诺夫斯基、米哈伊·塞斯塔科夫和莉莉雅·博津诺夫斯基进行的一项重要实验利用 BCI 和 EEG 控制一个机器人。受试者通过将脑信号从 EEG 机器发送到与机器人连接的 BCI 软件，指示机器人沿地面的一条线行驶。这项实验是第一次成功使用 EEG 机器控制物理对象。

从那时起，各种神经技术公司相继成立，旨在使 BCI 植入物和可穿戴技术安全有效地用于日常生活。EMOTIV 是于 2011 年首次推出无线 EEG 头戴设备的公司。

最近，在 2017 年，四肢瘫痪的罗德里戈·胡布纳·门德斯成为有史以来第一位仅用脑波驾驶 F1 汽车的人，这要归功于 BCI 技术和 EMOTIV EEG 头戴设备。

企业家伊隆·马斯克的 Neuralink 是一家专注于创造 BCI 设备的风险投资，旨在将其植入人脑。在 2024 年，一名名叫亚历克斯的参与者成功利用他的脑电波控制光标并玩视频游戏。

Facebook 在 2017 年也宣布正在建立 BCI。Facebook 的脑-计算机接口旨在允许用户仅通过脑波进行打字，采用无创脑-计算机接口。

谁发明了脑-计算机接口？

加州大学洛杉矶分校的教授雅克·维达尔创造了“BCI”这个术语，并首次发布了关于这个主题的同行评审的出版物。维达尔被广泛认为是 BCI 的发明者，这在同行评审的文章中得到了体现。

EMOTIV 提供脑-计算机接口设备吗？

是的！EMOTIV 是企业解决方案、个人使用和无线 EEG 技术领域的公认先锋和市场领导者。 

EMOTIV 提供的脑-计算机接口设备可以与其 称为 EmotivBCI 的脑-计算机接口软件配对。EmotivBCI 可直接用于在计算机中实现 BCI。它还可以与免费的开源平台 NodeRed 配对，该平台接口 BCI 输出到许多兼容的外部硬件设备，以实现对现实设备的直接心理控制。EmotivBCI 和 NodeRed 允许开发人员构建 BCI 应用程序。EMOTIV 的脑-计算机接口设备包括 EMOTIV Insight 和 EMOTIV EPOC X EEG 头戴设备。

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