BCI脑机接口3：关键技术——源信号获取

a、源信号的获取：

源信号的获取过程包括信号的产生、检测（电极记录）、信号放大、去噪和数字化处理等。目前BCI信号的获取主要基于技术相对简单、费用较为低廉的EEG检测技术（简单地讲就是脑电图），还包括功能性磁共振成像fMRI、功能性近红外光谱fNIRS、脑磁图MEG。

①、脑电图检测技术EEG：

通过表面电极或植入电极获得脑部生物电为加以放大记录而获得的图形。表面EEG无创价廉、操作简便，植入电极获得的EEG需要进行外科手术，有感染、免疫排斥风险。直接EEG的空间分辨率高于表面EEG。但EEG空间分辨率不足、信号频率范围小、抗噪能力低。

②、功能性磁共振成像fMRI：

利用注射造影剂、灌注加权、弥散加权及血样水平依赖等方法获得神经元、神经传导束、血流的磁信号，进而获得细胞功能图像。具有空间分辨率高，可精确定位大脑功能区域，并可以选择某一个大脑区域来分析一个具体的思维活动。但花费高、场地限制大、成像数据维数高、数据分析难度大。

③、功能性近红外光谱fNIRS：

特定频谱近红外光红外线穿透大脑组织后被血液组织中某些基团（如氧合血红蛋白和去氧血红蛋白）特异性吸收，测量大脑皮层组织的血液动力学变化，进而大脑皮层活动的能量供应和新陈代谢信息，具有性价比高、低噪声、使用便捷且可连续测量的优点，缺点是图片质量较差，空间分辨能力差。

④、脑磁图检测技术MEG：

首先确定采用的特征信号形式，并考虑用何种方法产生特征信号，然后选择相应的检测方法获取信号并进行相应的后继处理。

b、应用于BCI的特征脑电信号（采用EEG技术）：

①、内源性的事件相关电位信号（ERP）：

包括P300成分、N200成分、N400成分等。这些ERP成分需要人脑高级认知加工的参与才能被触发，即需要完成一定的思维任务，但不需要长时间的反复训练。ERP信号由外部刺激（字符、图像、声音）诱发产生，具有一定潜伏期，要求连续出现的两个刺激之间有足够的时间间隔，故多用于拼写器中字符选择等状态选择与控制

②、外源性的诱发电位信号（EP）：

包括视觉诱发电位（VEP）、稳态视觉诱发电位（SSVEP）等。不需要训练，被动接受外界信息，特征提取简单、准确率高，但需要刺激装置提供刺激或者提供结构化的环境，依赖于人的某种知觉。SSVEP信号反映了快速呈现的视觉刺激的频率特征，具有时间连续性，因此SSVEP的BCI连续性控制，如控制计算机光标移动或操纵轮椅导航。这里需要特别提及的是在单边的肢体运动或想象运动过程中，大脑对侧产生ERDP，同侧产生ERSP，两者是相伴而生的

③、对自发脑电节律的调节产生的信号：

包括皮层慢电位（SCP），以及运动想象任务中事件相关同步/去同步（ERSP/ERSDP）。这类信号依赖于自发的神经活动，需要患者执行特定的神经任务，进行大量的训练来产生特定模式的脑电活动，受主观因素影响较大。