脑机接口--用于将音乐与思想进行合成

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神经接口代表了科学研究领域中一个越来越热门的话题：当前我们对脑机接口的认知是医学应用和人体增强的新领域，这在残疾人辅助技术领域中非常重要。而实际上，脑机接口（BCI）是一种工具，它无需用户任何随意的肌肉控制即可与周围环境进行交互和通信。正是由于这个原因，BCI通常用作患有严重残疾的人的辅助设备，这些人由于脑损伤，脊髓损伤或神经运动退化而无法通过通常可用的通道进行交流。

几十年来，研究人员一直在尝试使用人机接口，让重度残疾患者仅使用大脑进行交流。近年来，BCI技术得到了长足的发展，它使残疾人能够书写消息，发送电子邮件，上网，控制智能家居，甚至驾驶电动轮椅。

科学家考虑患有神经退行性疾病，比如肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS,amyotrophic lateral sclerosis，简称ALS)的患者：患者处在这样的状态下，即他仍然能够思考，做梦，感知情感，但无法表达情感。早在2010年，德国的一个研究小组就使用BCI测试了ALS患者的首个大脑画像，从而释放了瘫痪患者的创造力。近些年，一些重要的创新已经到来，能够扩大BCI技术的艺术潜力：奥地利的神经工程师团队设计了一个特殊的脑机接口，该接口允许患有ALS的瘫痪者仅使用思想的力量来创作音乐。这是第一个完全由大脑控制的音乐创作程序。

这项研究由奥地利格拉茨大学神经工程研究所(NeuralEngineering Institute of the University of Graz)所长GernotMüeller-Putz领导的一个科学家小组完成的，并发表在Plos One杂志上。科学家利用基于视觉刺激的大脑产生的P300信号，设计了由EEG采集系统和作曲软件组成的大脑作曲系统。

该团队采用了在该领域广为人知的P300信号模型，并将其应用于各种脑机接口应用(如环境控制器、web浏览器或思维绘画算法)，以适应音乐创作。借助无凝胶生物信号采集系统，该团队记录了信号，然后利用通用的基于P300的控制系统进行处理。


任务图
第一行：任务1是使用基于P300的BCI复制ªmusikº和ªlisztº。
第二行：参与者必须复制并撰写儿童歌曲《 Alouette》的前六个小节。
第三行：任务2是手动操作，即通过单击鼠标来复制并组成Alouette的旋律。第四行：任务3是使用基于P300的BCI复制Alouette的旋律。
第五行：任务4是自由创作30分钟。

研究人员从满意度，娱乐性，挫败感和吸引力等方面研究了效率，有效性和主观标准，并对17名参与者的结果进行了评估。这些参与均都能演奏乐器，而且都是专业作曲家。参与者按照有关正确使用该应用程序的指令，然后使用该系统进行写作、作曲和自由作曲的临摹，并“思考”乐谱上的旋律。

研究结果表明：该项研究具有较高的平均精度：88.24％（写作临摹），88.58％（作曲临摹）和76.51％（自由作曲）。专业的作曲家已经克服了这些困难：100％（写作临摹），93.62％（作曲临摹）和98.20％（自由作曲）。对标准的主观评估表明，用户对该应用程序非常满意。

这项研究是迈向构成系统的第一步，该系统可作为娱乐手段，最重要的是为重度残疾人士提供表达的手段。

正如Müeller-Putz所声称的，长期目标是从基于笔记本电脑的界面过渡到更小的界面，以便可以由智能手机支持：最好的方法是将一种特殊的系统带入音乐家的家中，使他们能够与世界分享他们的音乐创作。

论文信息：
Composing only by thought: Novel application of the P300 brain-computer interface

参考
脑机接口–用于将音乐与思想进行合成