一种基于运动想象的脑机接口软硬件系统设计与实现

苏田丰 路林吉

（上海交通大学，上海，200240）

0 引言

人脑结构复杂，功能强大。Jcaques Vidal在1973年首次提出“脑机接口（BCI）”的概念，并在随后进行了定义： 脑机接口是一种反映大脑活动内在机理的微弱信息的计算机科学系统技术。1999年第一届国际BCI会议给出了BCI技术的定义，“BCI是不用通过大脑和相关肌肉组织进行动作就可与外部设备交互的系统”。随着医学、集成电路，模式识别等学科的发展，我国对于脑机接口的研究日益深入，2012年，浙江大学研究团队通过侵入式脑电采集系统采集猴子的脑电信号，使其可以控制机械手；浙江大学还通过识别人脑信号对实验小鼠进行左右行动控制；郑州大学张利朋利用脑电信号进行机器人的前进以及左右移动控制。

根据诱发信号种类的不同，脑机接口可以分为基于视觉刺激电位的脑电接口和基于运动想象的脑机接口两类。基于运动想象的脑机接口由于其使用便利性获得了越来越多研究者的关注。目前对于脑机接口的研究多是针对多通道设备，采集数据多，冗余量大，虽然取得了较高的准确率，但计算速度较慢。本文设计了一款基于运动想象的少通道脑机接口，通过这款设备实现灯的开关。

1 硬件设计

本文中的脑机接口的组成部分有：脑电极、数据采集与信号放大、通信部分、计算机（PC）、控制设备。设备硬件的工作流程如图1所示。

图1 硬件部分工作流程图

1.1 脑电极

脑电极分为湿电极和干电极。湿电极在使用时要实现在受试人头皮部涂抹导电膏或者将电极浸泡在生理盐水中增加其导电性，因此湿电极采集到的信号信噪比较高，但使用不便。……