探秘采集脑电波

原文来自微信公众号：工程师看海

什么是脑电波？脑电波能来干嘛？怎么采集脑电波？脑电波采集有什么难点？

事情是这样子的，前一阵小米公布工程师计划，其中有一个项目是脑电波物联网设备，可以采集脑电波，用脑电波来控制灯的开关，起名为“MiGu”，恰好，笔者以前做过脑电波采集相关内容，今天就来介绍下传说中的脑电波。

脑电波真有那么神奇吗？

脑电波是大脑内部的大量神经元在工作中自发或被动产生的电场变化，可以从大脑内部或者头皮表面来采集到这个脑电波。脑内的局部场电位信噪比稍微高一些，信号比较大，一般是mV级别，而头皮表面的信号微弱，一般是uV级别。

每个人都有脑电波，只是没有电影中演的神奇罢了，这并不是什么特意功能，比如当人闭眼时，在头部后方就有大约13Hz的脑电波出现，称之为α波，当睁眼时，这个波就会消失。

当我们看显示器，显示器以10Hz闪烁时，在枕区（头部靠后）就会产生10Hz的脑电波；如果看13Hz，就会产生13Hz脑电波。

我们的脑电波虽然不是什么特异功能，但是可以用脑电波来控制外部设备，比如下面的小猴子，通过老电波来控制机械臂抓取食物。

第一条脑电波

一般认为，第一条脑电波信号是由德国医生汉斯·伯格首次记录。

优于技术限制，早期记录脑电波手段简单粗暴，把检测探针直接插入大脑，来记录信号，这应该就是侵入式脑电采集方法，而且记录设备庞大复杂，使用的都是模拟设备，安全性、操作性都很低。

随着科技的进步，脑电采集方法和设备取得了重大技术飞跃，

当今脑电采集方法可以分为侵入式和非侵入式两种，顾名思义，侵入式就是需要把电极插入大脑来记录信号，这种方法是有创方法，需要借助外科手术才能实现。

侵入式脑电采集

埃隆马斯克的脑机接口设备就是有创方式，通过机器人将电极植入大脑来记录信号。

有创方式操作复杂，具有安全性风险，而且随着时间的推移，植入脑内的电极会被不导电的神经纤维包裹，进而导致电极性能下降，因此灵活便捷的非侵入脑电波采集方法就逐渐进入人们视野。

非侵入湿电极

下图是非侵入与侵入式电极的对比，左图是非侵入，右图是侵入电极。非侵入电极在电极和头皮表面涂抹导电膏（GEL），侵入式电极把探针阵列插入表皮，甚至直大电脑灰质。对头皮表面的电压信号进行放大，就可以采集脑电波了。

电极表面涂抹导电膏后容易滑动，为了固定电极、统一电极记录位置，就发明了脑电帽，用注射器注射到电极时，需要摩擦头皮，破坏角质层，降低电极与皮肤的接触阻抗，一般这个阻抗要小于几十KΩ，如果阻抗太大，那么采集的信号就很微弱，而且噪声非常大，抗干扰能力低。

非侵入干电极

采集完脑电波之后，被试人员还需要洗头，整个操作流程非常复杂，因此一种干电极脑电采集方法又被提出来了，这种电极随带随用。下图一些干电极，不需要导电膏，穿过头发与头皮表面接触即可发挥作用，然而干电极的接触阻抗一般很大，采集性能往往不如湿电极。

小米项目组的MiGu看起来使用的就是干电极了，遗憾的是，小米并没有公布脑电波采集效果，毕竟这只是一个2天就搞定的一个比赛而已，其实采集脑电并发出控制指令并不是很难，淘宝就一大堆这类玩具。

难点在于提高信号的信噪比、分类正确率、信息传输速率、交互方式等，这些内容以后有时间会深度进行介绍。

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原文来自微信公众号：工程师看海

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