[腦機介面筆記]腦機介面簡介 - Medium

BCI （BMI）： 腦機介面(Brain computer interface/ Brain machine interface) ... EEG的全名是“Electroencephalography” 中文為「腦電圖」，透過精密的電子儀器將頭皮 ... GetunlimitedaccessOpeninappHomeNotificationsListsStoriesWritePublishedinEric’spublication[腦機介面筆記]腦機介面簡介北科大劉益宏教授—腦機介面上課筆記+網路資料搜尋續上一篇[腦機介面筆記]大腦神經科學概觀今天筆記的是腦機介面的簡介這篇文章會用到的英文簡稱們BCI（BMI）：腦機介面(Braincomputerinterface/Brainmachineinterface)EEG：腦電圖(Electroencephalography)EOG：眼電圖(Electroculography)EMG：肌電圖(Electromyography)f-MRI:功能性磁振造影(FunctionalMagneticResonanceImaging)ALS:漸凍症/肌萎縮性側索硬化(amyotrophiclateralsclerosis)腦部活動在實際理解腦機介面以前，首先我們必須先回去理解我們的大腦是如何運作的，如果你還完全沒有概念的話，建議可以回去看我上一篇筆記(傳送門)，相信可以有更深入的理解（？我們的大腦是由上百億個神經元、百兆個神經相互連接而形成的網路系統。

神經元之間彼此透過電訊號以及神經傳導物質溝通，因此我們的腦部活動其實可以看作是一堆的電訊號以及化學反應的組合。

腦部活動探測方式：腦機介面，顧名思義就是指提供大腦與機器溝通的介面，通常由下面三個元素所構成，而取得腦電訊號就是我們的首要任務。

取得腦電訊號->特徵萃取->轉譯成電腦指令目前探測腦部活動的儀器有以下三種，其運作原理就是透過觀察大腦的電訊號、以及化學反應(血氧變化率)來分析與歸納。

EEG腦電圖（量測腦電訊號）圖片來源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/29492075f-MRI功能性磁振造影（量測血氧變化率）圖片來源：https://science-wj.blogspot.com/2016/12/fmri.htmlNIRS近紅外光譜技術（量測血氧變化率）圖片來源：https://www.researchgate.net/figure/1-Application-of-near-infrared-spectroscopy-NIRS-for-monitoring-regional-cerebral_fig70_280830140EEG簡介1.什麼是EEGEEG的全名是“Electroencephalography”中文為「腦電圖」，透過精密的電子儀器將頭皮上量測到的電位變化紀錄成的圖表即為腦電圖，而EEG量測到的訊號俗稱“腦波”，一個成年男性的腦波其振幅通常介於1~100(µv)之間經過傅立葉轉換的腦波2.EEG的種類：根據有無使用電極凝膠、電極與頭皮之間的阻抗可以將EEG分為兩種濕式電極(Wetelectrodes):藉由電極凝膠讓頭皮跟電極之間的阻抗小於10kΩ乾式電極(dryelectrodes):沒有使用電極凝膠，通常阻抗>100kΩ腦波量測1.取得腦電訊號還記得我們前面有介紹過獲取腦部活動的三個儀器嗎？其中最被廣泛使用的莫過於EEG了，因為其具有“高時間解析度”、“高易用性”、以及價格相對便宜“這三大優點，因此這篇筆記會將重點放在EEG上。

補充：EEG除了上述的三個優點外，我們在使用EEG時也必須考慮EEG的缺點：1.低空間解析度2.低訊雜比(訊號：雜訊的比率)3.極度容易被EOG、EMG污染為了得到有用且精準的點，科學家根據大腦區域依照大腦功能將EEG需要量測的點分為以下（右邊為其代號所代表的意義），而我們實際量測EEG時就會根據這些頭頂上這些點放上電極來量取每個對應的點的電位變化。

這邊有個需要特別注意的地方，雖然我們將量測分位這麼多點，但這並不表示我們量測到的電訊號就是該點純粹的電位變化，而是周遭區域加該點的訊號。

EEG的電極放置圖A1/A2代表參考電極中線的左邊都是奇數中線的右邊都是偶數FP(Prefrontalarea)F(Frontalarea)C(Central)P(Parietalarea)頂葉區O(Occipitalarea)枕葉區2.腦波特萃取使用EEG得到腦波以後，接下來就是要對腦波進行分析，一般來說常見的腦波有以下幾種比較明顯的特徵頻域特徵當我們處在特殊的狀態時，我們腦波頻帶會反應當時大腦的狀態。

舉例來說：一個人進入深層睡眠時其大腦小於4Hz的腦波成分會特別顯著（如下圖所示，theta波相較於beta波會比較稀疏）圖片來源：https://www.lifecoachcode.com/2018/09/10/the-5-basic-brainwave-states-shapes-your-reality/δ(Delta)<4Hz(Frontallobe)深度睡眠狀態，或為腦部疾病所苦θ(Theta)4~8Hz做夢或者冥想時α(Alpha)<8~12（or8~13）Hz(Parietal—Occipital)放鬆、閉眼時µ(Mu)<8~12Hz受測者自願做運動想像(MotorImaginary)時β(Beta)<12~30Hz思考、計算、推理等等更高層次的認知活動P300：此為誘發電位，當看到或聽到腦中想像的東西時300毫秒後誘發SCPs(Slowcorticalpotential慢速皮質電位)，更詳細的說明請參考我另外一篇文章Btw即便量出來的腦波是上面其中一種，我們的腦波實際上不會只有這個range的頻率，而是由各種不同的頻率的腦波所組成，並且該頻率的比重比較大（Ex:量出來是alpha波，只能說明8~12Hz頻率的腦波比重最大)運動想像(MotorImaginary):參考資料—傳送門什麼是運動想像？當我們想像右手握拳時，左側腦的運動皮質區會產生一個8~12Hz的電訊號(µ波)，我們可以透過分析此訊號來讓受試者的大腦與外部裝置產生互動，也就是說可以讓原本行動不便的患者透過腦波來控制外部輔具。

從腦電訊號來看受試者的腦波會出現事件誘發電位(P300)，因此我們就可以從中判斷當時受測者是否處於運動想像的狀態。

補充：事件相關非同步化(ERD,EventRelatedDe-synchronize)腦波因事件刺激而電位下降事件相關同步化(ERS,EventRelatedDe-synchronize)：維基傳送門腦波因事件刺激而電位上升心得：這篇筆記的編成主要是根據老師上課筆記跟網路上的資料撰寫的，因為老師上課時非常生動有趣(跟要交作業)所以就想說能不能用自己的方式，把一些比較生澀難懂的專有名詞用比較白話文好理解的筆觸重現一次。

一來如果有人也想要入腦機介面坑可以節省很多爬文的時間，二來我對自己的記憶力非常沒有信心所以如果可以製作一篇快速入門跟複習的文章或許可以喚起我爛掉的記憶_(:3」∠)_隨著整理筆記的過程中間查閱了超多的文章跟論文，上課時以為自己聽懂的內容要再清楚描繪一次其實不是一件很容易的事，但也順便認識到了腦機介面這個領域真的很深，感覺自己還需要下很多功夫。

順便推廣一下老師的Lab課程內容-神經工程及智慧系統實驗室NESSLab腦機介面（brain-computerinterface，簡稱BCI；有時也稱作directneuralinterface或者brain-machine…myweb.ntut.edu.tw參考資料：腦機介面(Brain-ComputerInterface)專題(上)(圖片來源：TheEconomist,2011[http://goo.gl/LMwyPX])還記得救世主Neo連上電腦主機後，便可進入母體，與其他程式互動甚至和病毒打鬥？還記得…investigatortw.wordpress.com腦機介面(Brain-ComputerInterface)專題(下)(圖片來源：TheEconomist,2011[http://goo.gl/LMwyPX])...investigatortw.wordpress.com腦電圖腦電圖、腦波圖（英語：Electroencephalography,EEG）是透过医学仪器脑电图描记仪，将人体脑部自身产生的微弱生物电于…zh.wikipedia.orgSigninCopyright©2020ElsevierB.V.oritslicensorsorcontributors.ScienceDirect®isaregisteredtrademarkofElsevier…www.sciencedirect.com起心動念-談腦機介面的發展與應用腦機介面把腦袋想的東西連到機器，未來有潛力讓人透過機器做到更多事情，目前則主要運用在疾病的治療與復健。

段正仁透過自己研究團隊的經驗，介紹腦機介面應用於腦性麻痺和中風後病人的成效，成果令人振奮。

…sa.ylib.comMorefromEric’spublicationTheplacewhereyouwillfindInteractiveDesign(Unity,OpenGL),BCI,PsychologyarticlesReadmorefromEric’spublicationAboutHelpTermsPrivacyGettheMediumappGetstarted詹閔翔313Followers現職3D演算法工程師/Unity程式工程師。

畢業於國立台北科技大學互動設計系。

創作專注於互動多媒體與跨領域合作的可能性，並樂於將所見所聞製作成人人都能輕鬆理解的教學文章分享於網路平台。

作品跨足了互動設計、XR應用、體感與裝置，並跨界與認知心理學、藝術劇團合作。

亦曾參與過多項科技部計劃。

目前主力為Unity3D跨領域研FollowHelpStatusWritersBlogCareersPrivacyTermsAboutKnowable