·190 智能系统学报 第6卷 BCI的各主要组成部分及其涉及到的一些关键技术 的命令并为人类提供更好的服务 和理论，文章首先介绍了BCI的研究意义及发展现 1.2研究现状 状；然后介绍了BCI系统的各组成部分，并详细地 BCI的研究最早可以追溯到20世纪30年代， 描述和总结了BCI各组成部分所涉及到的具体理 1929年Hans Berger发明了一种可以记录脑信号的 论和技术，主要包括到脑信号获取、脑信号预处理技 仪器，即现在的EEG,随后人们就有了利用EEG采 术、特征提取以及变换算法等几大部分，最后对BCI 集脑信号来控制设备的想法，但是由于当时条件有 未来的研究方向进行了总结 限，并没有开发出一个完整实用的系统.40年后， Jacques Vida首次提出BCI这一术语)，当时提出 1 BCI的研究意义及发展现状 的BCI概念是指基于计算机开发的能产生类似脑 1.1研究意义 功能相关信息的系统，可见当时的BCI概念所指的 BCI研究具有重要的理论意义和实际应用价 范围十分广泛，但当时Jacques Vida等人开发的系 值.在理论上，由于BCI系统本身的复杂性，如外界 统就已经属于现在被广泛认同的BCI范畴，该系统 噪音数学模型的复杂性、人类本身特性与时间关系 通过记录视觉皮质层区域的视觉诱导电位并结合一 数学模型的复杂性等，因此BCI系统对目前模式识 定的信号处理手段来辨别受试者眼睛所凝视的方 别中常用的一些特征提取算法和分类算法都是一种 向，从而来决定用户想将屏幕上光标移动的所在位 挑战，必将会促使特征提取算法和分类算法朝着更 置.正是在Jacques Vida等人这一开创性的工作基 智能化的方向发展，促进模式识别理论的发展；另外 础上及BCI具有极大实际应用价值的推动下，BCI BCI将为大脑开拓某种新的信息输出渠道，大大增 得到越来越多人的注意. 强人们对外界控制和交流信息的能力，同时其信息 Sutter等人[2利用视觉诱导电位信号成功地将 传递和控制模式的研究开发将极大丰富脑认知科学 用户选择某种符号的意图识别出来了，这种方法为 和神经信息学内容，增加对人类意识的进一步理解， 那些无法进行正常交流的患者提供了另外一种交流 使人类更进一步地了解自己. 方法，患者利用该套系统每分钟可以交流10~12个 BCI研究在工程上的意义更是重大，虽然目前 词，虽然速度与正常人还是相差很大，但对改善患者 人机接口(human-computer interface,HCI)在一定的 的生活还是有一定的作用.Wolpaw等人成功地利用 条件下可以帮助人类解决一些问题，给用户带来了 4和B节律的幅度来控制光标在一维和二维的空间 方便，但HCI在某些特殊的情况下并不能完成预定 内移动].此外，他们还针对BCI研究领域广泛认 的任务，特别是针对肢体残疾或运动受损这类患者， 为的只有侵入性BCI系统才能精确地控制机器手 其通常的信息输出通道—神经末梢和肌肉受到了 臂、假肢等设备进行复杂运动这一观点，利用头皮层 一定的损害，并不能通过这些输出通道来给机器发 上的脑电图信号（非侵入BCI系统）实时地控制光 送命令，给患者的生活带来了极大的不便，并且这类 标在二维空间进行复杂的运动，并在运动时间、准确 患者在世界上的数量是十分巨大的，每年给这些患 度等性能上和侵入性的BCI系统进行了对比，得出 者提供的大量的物力和人力，无形中也为社会增加 非侵人性的BCI系统在性能上并不低于侵人性BCI 了许多压力，如果开发一套BCI系统来辅助这类患 系统[4].这一观点表明运动功能受损、截肢等患者 者的生活，将会大大减轻社会的负担，同时也为患者 可以借助非侵入性的BCI系统利用脑信号直接来 本人的生活带来方便， 控制机器手臂、假肢等设备进行日常生活所必需的 对在特殊环境下工作的人员，例如飞行员、宇航 运动，而不需要将电极植人大脑内来进行控制，这样 员或潜水员来说，可利用BCI技术为他们增加一些 排除了患者将电极植人脑内的一定风险，同时改善 特殊的操作和控制专用设备的技能.即使对一些肢 了肢体瘫痪等患者的生活质量， 体健康的普通人们来说，BCI技术未来也将逐渐影 利用BCI控制机器手等肢体方面的研究这几 响到这些人的生活，如将BC技术引入到游戏等娱 年也取得了一定的成绩.Richard等人[S1利用脑皮层 乐行业，可以为人们提供一种全新的交互界面，从而 信号成功地操纵了机器手抓紧物体这一动作.Hoch- 让人们尽享游戏带来的欢乐，此外，将BCI技术引 berg等人I1开发了一个BCI系统，一个四肢瘫痪的 人到机器人学科中来，并将其作为人类与机器人的 病人利用该系统经过9个月的学习，可以利用脑信 一种交流方式，可以让机器人更智能化地执行人类 号在计算机屏幕的二维空间移动光标，并且可以通