腦波技術(shù)的簡(jiǎn)單運(yùn)用

徐晨昊，陳 陽(yáng)，韓周揚(yáng)，鐘茂寧，王辛巖

（西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏 拉薩 850000）

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一大重要發(fā)展趨勢(shì)即為智能化，而意念控制則是其中十分重要的一環(huán)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與我們的日常生活日益緊密結(jié)合，腦波技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了智能設(shè)備發(fā)展。伴隨智能設(shè)備的發(fā)展，腦電行業(yè)開(kāi)始漸漸變得產(chǎn)業(yè)化。因此腦電技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)在簡(jiǎn)單運(yùn)用。

硅谷創(chuàng)業(yè)公司Neurosky已經(jīng)生產(chǎn)出一個(gè)名為MindWave頭戴式耳機(jī)這個(gè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腦波的測(cè)量，這種設(shè)備使腦波技術(shù)的民用化成為可能。

在20世紀(jì)，人類(lèi)就初次記錄了人的腦電圖。但是腦電行業(yè)仍然處在初等級(jí)的發(fā)展階段但腦電行業(yè)還處在初級(jí)的發(fā)展階段，擁有非常好的前景。因此在物聯(lián)網(wǎng)及腦波技術(shù)剛興起的階段，應(yīng)抓住機(jī)會(huì)進(jìn)行深入研究及開(kāi)發(fā)。腦電波耳機(jī)則是初步研究最適合的工具。通過(guò)腦波耳機(jī)分析腦波的情況，與物體連接，從而對(duì)物體進(jìn)行控制。

2 運(yùn)用方法

腦機(jī)接口系統(tǒng)分為三個(gè)組成：信號(hào)的收集、收集到的數(shù)據(jù)的處理、外接設(shè)備與數(shù)據(jù)連接口，如圖1所示。

圖1

信號(hào)的收集：

（1）使用者：控制腦-機(jī)接口設(shè)備的人。使用者進(jìn)行特定方式，使腦電數(shù)據(jù)發(fā)生改變，來(lái)發(fā)出控制信號(hào)。

（2）電極：記錄腦電信。電極采用無(wú)創(chuàng)傷的小電流。

（3）放大濾波：頭皮的腦電信號(hào)的產(chǎn)生只有5～100μV這點(diǎn)大小，正常情況下頻率低于35Hz。因?yàn)橥饨绺蓴_非常多，所以我們要對(duì)收集信號(hào)進(jìn)行一些篩選及放大，以方便后續(xù)操作。

收集到的數(shù)據(jù)的處理：

（1）特征提取模塊：從數(shù)據(jù)信號(hào)中提取出為數(shù)不多的有用的信息，形成初量。

（2）特征選擇分類(lèi)模塊：初量中選擇最佳的分類(lèi)集，生成所需的量，送入分類(lèi)器。

（3）分類(lèi)器：依據(jù)輸入的量區(qū)分不同的特定任務(wù)，輸出對(duì)應(yīng)的思維邏輯控制信號(hào)。

外布設(shè)備與數(shù)據(jù)連接口：

（1）控制接口：將思維邏輯控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械語(yǔ)言控制信號(hào)。

（2）設(shè)備控制器：將機(jī)械語(yǔ)言控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備的控制信號(hào)。

（3）設(shè)備：智能電子設(shè)備，比如個(gè)人電腦和智能手機(jī)等。

（4）操作環(huán)境：如墻壁、地板、環(huán)境中的物體和人等。

圖2

（5）顯示裝置：發(fā)出腦電活動(dòng)的任務(wù)提示。

佩戴者腦電信號(hào)由干電極進(jìn)行同步采集。同時(shí)對(duì)腦電波信號(hào)同步分析處理，把佩戴者目前的思維參數(shù)解析出。

通過(guò)藍(lán)牙的方式將完成處理的腦波數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿迷O(shè)備上。包括：

“專(zhuān)注度”（attention）參數(shù)。以1～100之中的數(shù)值來(lái)表示注意力水平的高低。數(shù)值小，表明當(dāng)前的專(zhuān)注程度低。

“放松度”（meditation）參數(shù)。以1～100之中的數(shù)值來(lái)表示放松度水平的高低。數(shù)值小，表明當(dāng)前的放松程度低。

3 實(shí)際操作

我們采用C#開(kāi)發(fā)“小球動(dòng)了”這個(gè)程序，首先通過(guò)藍(lán)牙連接到MindWave設(shè)備之后，我們首先對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，等待其attention和meditation的覆蓋了noise的波形，則說(shuō)明其數(shù)據(jù)已有效，如圖2所示。

將所測(cè)得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖3所示。

圖3

因?yàn)閿?shù)據(jù)是連續(xù)不間斷的，所以我們將采集到的數(shù)據(jù)收集起來(lái)，在每次調(diào)用數(shù)據(jù)的時(shí)候，我們就傳出最新的數(shù)據(jù)，確保傳出數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性和有效性。

具體小球運(yùn)行結(jié)果，如圖4。

圖4 （1）Attention值比較低的時(shí)候： （2）Attention值增大的時(shí)候：

通過(guò)多次的不同時(shí)段的運(yùn)行我們發(fā)現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確度合格。

4 結(jié)語(yǔ)

作者在設(shè)計(jì)與實(shí)踐腦波技術(shù)的簡(jiǎn)單運(yùn)用中，實(shí)現(xiàn)了利用MindWave耳機(jī)對(duì)腦波數(shù)據(jù)的檢測(cè)，利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比與軟件處理完成簡(jiǎn)單操作。發(fā)現(xiàn)這個(gè)設(shè)備的靈敏度表現(xiàn)偶爾不佳，但總體表現(xiàn)不錯(cuò)。

[1]王慧聰.腦波生物電反饋的研究及應(yīng)用[J].實(shí)用醫(yī)技雜志，2002（02）：127.

[2]秦學(xué)斌，張一哲，汪梅.腦波信號(hào)控制軌道小車(chē)系統(tǒng)的研制[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2017，53（11）：260-264+270.