翻译-Concept of software interface for BCI-BCI系统软件接口的概念.docx
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2020-05-19
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摘要：
脑计算机接口(BCI)技术旨在通过大脑活动来控制外部系统。 这种系统的主要部分之一是软
件接口，它在大脑和计算机或连接到计算机的附加设备之间进行清晰的通信。 本文组织如
下.. 首先，简要总结了目前有关人脑的知识，指出了人脑的复杂性。 其次，描述了 BCI 系
统的概念，并将其用于构建所提出的软件接口体系结构。 最后，在我们的研究中发现了传
感技术的缺点。
引言：
人脑被认为是宇宙中最复杂的系统。 现代科学目前试图理解大脑各个部分之间复杂的相互
联系[1]。 有许多出版物，涉及对大脑的描述。 [1,2，3]
有许多科学学科涉及人脑；例如数值神经科学、神经信息学、信息学或医学。 他们每个人
都带来了理论，可以解释不同的大脑活动。 数值神经科学带来了数学和生物物理模型，它
们能够模拟神经元和神经网络中的基本过程。 神经信息学的主要目标是系统地开发数据库
旨在收集信息，如大脑形态、脑部件解剖及其功能连接、脑电生理学、磁共振获得的脑状
态及其整合。此外，它寻求开发建模工具，其目的是最准确地模拟大脑活动。 在信息学中
复杂网络非常适合于模拟一个复杂的系统，其中大脑包括。 医学的贡献是无可争议的，特
别是在脑解剖研究中。
大脑本身是由几个部分组成的，没有这些部分，他的活动是不可能的。 它的基本结构部分
之一是神经元。 神经元细胞的特点是在它们中进行电活动。 这些细胞通过电信号相互通
信。 根据最后的估计，大脑中大约有 1011 个神经元。 它们中的每一个都与成千上万的其
他神经元相连。 脑电图(EEG)信号的主要来源是位于皮层表层的突触-树突膜的电活动..每个
活动突触在激发过程中向环境发送电磁脉冲[4]。 由于这些脉冲的数量很高，很难通过皮肤
上的多通道传感器来定位它们的源。 大脑活动包括大量的电化学反应。 因此，它是化学
转化和电气过程的结合。 个别部位电化学活性的变化与感觉知觉，运动活动，注意力的变
化等有关.. 本文介绍了 BCI 技术，它通过软件接口表示脑电波与输出设备的连接。 目前 BCI
技术有许多已知的应用，但在每个特定的研究领域还不够。 来自大脑的信号是 BCI 模型中
的关键元素；因此，设计一个合适的信号处理算法是 BCI 模型结构中讨论最多的部分[8]。
本文的目的是为 BCI 系统中的软件接口设计提供可能的概念。
脑机接口技术的描述：
BCI 系统可分为信号感知、信号处理和外部系统控制三个主要部分。 每个部分在以下章节
中分别描述。
基于 BCI 的系统的基本原理如图 1 所示。 首先，必须通过基于目前用于感知大脑活动的一
些技术的设备从受试者的大脑中获得大脑活动；例如 fMRI（功能磁共振成像）[5]、EEG
（脑电图）[6]、MEG（脑磁图）[7]等。
此外，还必须对接收到的信号进行处理并为翻译算法做好准备。 这一阶段涉及到一个特征
提取，在此过程中发现了所获得信号的最具表现力的特征。 在脑电信号的情况下，这些特
征通常与一些生理活动有关，如眨眼、眼球运动、眉毛抬高等。
最后，转换算法将选定的特征传递给外部设备或软件的命令。 由于应用程序的性质或特定
的目标用户需求，每个应用程序的翻译方法可能不同。
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