神經(jīng)損傷和疾病對(duì)許多人的生活產(chǎn)生了巨大的影響，導(dǎo)致了許多運(yùn)動(dòng)障礙和日常任務(wù)無法獨(dú)立完成。皮質(zhì)假體系統(tǒng)通過腦機(jī)接口（BCI）接收一個(gè)動(dòng)作命令來執(zhí)行所需的位置，從而使得經(jīng)歷神經(jīng)損傷的人能夠?qū)崿F(xiàn)部分功能恢復(fù)。BCI技術(shù)可以在侵入性、時(shí)間和空間記錄分辨率以及記錄信號(hào)的類型上進(jìn)行變化，從而實(shí)現(xiàn)各種BCI應(yīng)用，如高性能通信、控制多維機(jī)器人肢體、恢復(fù)癱瘓肢體以協(xié)調(diào)到達(dá)和抓取。雖然BCI最常見的用途是幫助患有運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)障礙的殘疾人，但它也可以是提高老年人生活質(zhì)量的方便工具。
BCI系統(tǒng)需要在嚴(yán)重殘疾人士實(shí)際使用的長期研究中得到驗(yàn)證，并且必須實(shí)施其廣泛傳播的實(shí)際和可行的模型。此外，必須提高BCI性能的日常工作和瞬間運(yùn)動(dòng)的可靠性，以接近于基于肌肉的自然功能的可靠性。針對(duì)老年人和老年患者的輔助、適應(yīng)性和康復(fù)BCI應(yīng)用程序的開發(fā)也是必要的，以幫助他們做家務(wù)、加強(qiáng)與家人的關(guān)系、提高他們的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)能力。因此，BCI是一項(xiàng)前景廣闊且越來越流行的技術(shù)，將繼續(xù)推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)和康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展。來自印度信息技術(shù)研究所計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系Bosubabu和Priyanka的這篇綜述討論了BCI系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，闡明了術(shù)語集成和進(jìn)展，并基于目前用于BCI系統(tǒng)的有創(chuàng)記錄技術(shù)，確定和說明了該領(lǐng)域的機(jī)會(huì)。
BCI技術(shù)技術(shù)在許多領(lǐng)域具有臨床和非臨床應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)、娛樂、教育和心理學(xué)，可以解決許多健康問題，如認(rèn)知缺陷、處理速度慢、記憶受損和老年人運(yùn)動(dòng)能力下降。這些問題可能會(huì)影響老年人的生活質(zhì)量，并可能對(duì)心理健康產(chǎn)生不利影響。在過去的十年中，許多BCI的應(yīng)用程序已經(jīng)被開發(fā)出來，以幫助老年人保持健康、良好的生活質(zhì)量和幸福感。
基于用于測量大腦活動(dòng)的電極有兩種類型的BCI：非侵入性BCI，其中電極放置在頭皮上（例如，基于EEG的BCI），和侵入性腦計(jì)算機(jī)接口，其中電極直接連接到人腦[例如，基于腦電圖（ECoG）的BCI，或顱內(nèi)腦電圖（iEEG）]。使用腦電技術(shù)的BCI已被廣泛用于建立便攜式同步和異步控制和通信?；诜乔秩胄訣EG的BCI可分為“誘發(fā)”或“自發(fā)”。誘發(fā)的BCI利用EEG的一個(gè)重要特征，即所謂的誘發(fā)電位，它反映了大腦對(duì)某些外部刺激的即時(shí)自動(dòng)反應(yīng)。自發(fā)性BCI是基于與BCI用戶自行完成的心理任務(wù)相關(guān)的腦功能各個(gè)方面的腦電現(xiàn)象的分析。BCI系統(tǒng)通常需要五到六個(gè)組件：信號(hào)采集、預(yù)處理、特征提取、分類、將分類結(jié)果轉(zhuǎn)換為命令和用戶反饋。研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多開源軟件包和工具箱，以快速準(zhǔn)確地處理和分析腦數(shù)據(jù)。然而，開發(fā)一個(gè)即用型的BCI產(chǎn)品面臨許多關(guān)鍵問題，包括分類準(zhǔn)確性低、自由度少，以及長時(shí)間的訓(xùn)練來學(xué)習(xí)如何完美地操作BCI。因此，研究人員一直在嘗試通過開發(fā)混合BCI（hBCI）來改善現(xiàn)有BCI的性能，hBCI將至少兩種BCI模式組合起來。hBCI結(jié)合了不同的方法，以利用多種BCI模式的優(yōu)勢。輸入信號(hào)也可以使用EEG信號(hào)、EEG與眼動(dòng)（EOG）、肌電活動(dòng)（EMG）或心電信號(hào)（ECG）的組合來構(gòu)成。此外，使用閉環(huán)BCI系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和視覺和本體感反饋的通信不僅可用于與外部環(huán)境交互，還可作為生物反饋平臺(tái)來改善老年患者的認(rèn)知能力，以獲得更好的治療效果。其面臨的最大挑戰(zhàn)之一是開發(fā)針對(duì)癱瘓患者的非侵入性或低侵入性技術(shù)。使用非侵入性設(shè)備可以顯著降低手術(shù)總成本和對(duì)患者的身體傷害。然而，非侵入性方法可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)弱化和低信噪比，并且來源精度較低，空間分辨率較低。深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)可以部分克服這些缺點(diǎn)，從腦電圖信號(hào)中解碼和提取更相關(guān)的源信息。BCI還可以通過BCI輔助社交游戲幫助識(shí)別自閉癥患者的缺陷并改善社交技能，其他研究集中在測試記憶容量和認(rèn)知水平的系統(tǒng)上。
BCI是一種通訊系統(tǒng)，人們可以通過它發(fā)送信息或命令，無需使用任何外周神經(jīng)和肌肉。BCI記錄大腦信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為有用的通訊方式。因此，它們甚至適用于沒有有效肌肉控制的人。本文評(píng)述了當(dāng)前BCI的主要組成部分和主要類別，定義了BCI文獻(xiàn)中使用的術(shù)語，并考慮了未來幾年可能出現(xiàn)的進(jìn)展。BCI獲取大腦信號(hào)，分析它們，并將它們轉(zhuǎn)化為命令，傳遞到輸出設(shè)備以執(zhí)行所需的動(dòng)作。BCI不使用正常的神經(jīng)肌肉輸出途徑，其主要目標(biāo)是為因神經(jīng)肌肉疾病而致殘的人們替代或恢復(fù)有用功能，例如肌萎縮側(cè)索硬化癥、腦癱、中風(fēng)或脊髓損傷等。從最初基于腦電圖拼字和單神經(jīng)元設(shè)備控制的演示開始，研究人員已經(jīng)利用腦電圖、顱內(nèi)、顱內(nèi)電圖和其他腦信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)光標(biāo)、機(jī)械臂、假肢、輪椅和其他設(shè)備的日益復(fù)雜的控制，BCI可能也有助于中風(fēng)和其他疾病后的康復(fù)。在未來，它們可能會(huì)增強(qiáng)外科醫(yī)生或其他醫(yī)療專業(yè)人員的表現(xiàn)。
BCI通過腦信號(hào)識(shí)別用戶的意圖，解碼神經(jīng)活動(dòng)，并將其翻譯成輸出命令以實(shí)現(xiàn)用戶的目標(biāo)。BCI技術(shù)有潛力恢復(fù)各種致殘的神經(jīng)肌肉疾病或脊髓損傷患者失去或受損的功能，并增強(qiáng)或增進(jìn)健康個(gè)體的任務(wù)。不同的腦信號(hào)在BCI研究中解碼用戶的意圖，從使用植入電極進(jìn)行直接神經(jīng)元記錄到非侵入性記錄，如頭皮EEG。Donoghue基于使用植入電極獲取的神經(jīng)記錄，提供了對(duì)侵入性皮層BCI技術(shù)現(xiàn)狀的關(guān)鍵審查。他總結(jié)了領(lǐng)域目前所處的地位，以及在侵入性BCI變得實(shí)用和普遍可用之前仍存在的神經(jīng)科學(xué)和工程挑戰(zhàn)。支持討論聲稱，能夠進(jìn)行信號(hào)處理和無線傳輸?shù)娜芍踩胛㈦娮酉到y(tǒng)以及高吞吐量生成命令信號(hào)的設(shè)備是復(fù)雜的工程挑戰(zhàn)，將在未來的進(jìn)步中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
Bouton綜述了與侵入性BCI有關(guān)的關(guān)鍵問題以及一種新的方法，通過將侵入性BCI與功能性電刺激相結(jié)合，為恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能的人提供控制。這種方法將現(xiàn)有的BCI控制機(jī)械臂的技術(shù)擴(kuò)展到了通過BCI控制的臂部運(yùn)動(dòng)的功能性恢復(fù)，在癱瘓的人中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。Ajiboye和Kirsch討論了侵入性BCI系統(tǒng)的組成部分，包括各種記錄技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、植入的潛在皮層區(qū)域、感興趣的信號(hào)以及如何將這些信號(hào)解碼為操作命令。Shoffstall和Capadona討論了為侵入性BCI應(yīng)用而發(fā)展的長期穩(wěn)定的皮層記錄電極的動(dòng)機(jī)、進(jìn)展、挑戰(zhàn)和前景。Schalk和Allison討論了使用各種測量模式（例如EEG）的非侵入性BCI技術(shù)來解碼用戶的意圖。討論了多種應(yīng)用，包括替代失去的功能、恢復(fù)控制身體的能力、改善或增強(qiáng)操作以及增強(qiáng)身體的自然輸出。
BCI是一種將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備交互的技術(shù)。這些信號(hào)可以從多個(gè)位置記錄，包括不接觸身體的傳感器（如fMRI或MEG）、頭皮表面（如標(biāo)準(zhǔn)EEG電極或fNIR光譜）、大腦表面（如ECoG電極）以及大腦內(nèi)部（如植入皮層或其他大腦區(qū)域的微電極）。
BCI的基本結(jié)構(gòu)包括四個(gè)組成部分：信號(hào)采集組件、信號(hào)處理組件、輸出設(shè)備組件和操作協(xié)議。信號(hào)采集組件記錄上述其中一個(gè)位置的腦信號(hào)，信號(hào)處理組件使用軟件提取用于BCI的腦信號(hào)特征，并將提取的特征轉(zhuǎn)換為設(shè)備命令的翻譯算法。輸出設(shè)備組件實(shí)現(xiàn)控制，最后，操作協(xié)議指導(dǎo)這些組件交互。
自律神經(jīng)系統(tǒng)支配著腺體、內(nèi)臟、心臟和平滑肌。該系統(tǒng)分為副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)兩個(gè)部分。每個(gè)部分包括有神經(jīng)節(jié)，具有前神經(jīng)元和后神經(jīng)元分支。交感神經(jīng)節(jié)位于副脊神經(jīng)鏈或脊旁交感神經(jīng)叢中。交感神經(jīng)系統(tǒng)源自后下丘腦和延髓。傳出神經(jīng)纖維（離開神經(jīng)核并前往目標(biāo)）進(jìn)入脊髓，在介質(zhì)外側(cè)細(xì)胞柱中突觸，位于T2到L1之間。髓鞘前神經(jīng)纖維作為白色支傳遞到脊旁鏈，要么突觸并發(fā)送相應(yīng)于脊神經(jīng)的后交感神經(jīng)灰色（非髓鞘化）支，要么通過到供應(yīng)內(nèi)臟自主神經(jīng)支配的脊前神經(jīng)節(jié)。延伸到頭部的交感神經(jīng)纖維從頸上神經(jīng)節(jié)延伸，跟隨頸外動(dòng)脈分支。
用于精細(xì)觸摸和本體感覺的主要感覺神經(jīng)元位于背根神經(jīng)節(jié)中，并沿著脊髓的背柱（束狀束和楔形）行進(jìn)，以在髓質(zhì)的背柱核中突觸。然后它們通過內(nèi)側(cè)lemniscus上升到達(dá)丘腦的Vc核，并通過丘腦投射到體感皮層。下圖中，身體在丘腦中的映射導(dǎo)致面部在中間表示，下部身體在側(cè)面表示，上部身體在兩者之間表示。
相反，疼痛和溫度感覺的初級(jí)感覺神經(jīng)元通過Lissauer道在脊髓淺表背角突觸。然后，他們交叉到對(duì)側(cè)，并通過脊髓丘腦束上升到丘腦的Vc核，然后投射到體感皮層。背角的椎板I含有對(duì)有害刺激作出反應(yīng)的疼痛特異性神經(jīng)元，而椎板II含有調(diào)節(jié)感覺輸入的凝膠狀物質(zhì)。Lamina II神經(jīng)元投射到脊髓的其他層并終止于I和II層。椎板I和II中的寬動(dòng)態(tài)范圍神經(jīng)元可以響應(yīng)不同類型的刺激（包括有害刺激）而改變其放電速率。
大多數(shù)BCI不需要手術(shù)植入電極，被稱為非侵入性BCI。目前，幾乎所有的非侵入性BCI都是通過放置在頭皮表面的EEG傳感器測量腦活動(dòng)的，本文主要關(guān)注了這類BCI。從皮層或其他腦區(qū)植入或置入電極獲取信號(hào)的BCI是侵入性的，ECoG（經(jīng)顱腦電圖）基于侵入性的電極，因?yàn)樗鼈冃枰中g(shù)，但它們比皮層內(nèi)BCI侵入性小，因?yàn)镋CoG電極不穿透腦部，而是位于腦表面。
侵入性電極可以比非侵入性系統(tǒng)提供更詳細(xì)的腦活動(dòng)視圖。由于頭皮會(huì)擾動(dòng)、減弱和過濾腦電活動(dòng)，侵入性電極可能允許更好的空間分辨率、更強(qiáng)的信號(hào)和更全面的頻率范圍，而不是放置在頭皮上的電極。例如，ECoG BCI可以檢測100-200 Hz范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)活動(dòng)，遠(yuǎn)超出頭皮電極的范疇。侵入性BCI可以全天候提供服務(wù)，需要更少的準(zhǔn)備和清理時(shí)間，并且不太容易受到肌肉偽影和外部噪音的影響。然而，侵入性BCI目前的性能與非侵入性系統(tǒng)差不多。此外，它們涉及昂貴的手術(shù)、瘢痕、感染風(fēng)險(xiǎn)和定期的醫(yī)療檢查，其長期穩(wěn)定性尚不明確。因此，雖然侵入性BCI值得進(jìn)一步研究，但大多數(shù)患者和研究人員可能會(huì)選擇非侵入性方法。
在提取和轉(zhuǎn)換腦信號(hào)特征后，BCI的第三個(gè)組成部分，輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了翻譯算法傳達(dá)的信息或命令。迄今為止，最常用的BCI輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)監(jiān)視器?；诒O(jiān)視器的BCI已被開發(fā)出來，用戶可以在一個(gè)或多個(gè)維度上移動(dòng)光標(biāo)到所選目標(biāo)，從兩個(gè)或多個(gè)選擇中選擇一個(gè)項(xiàng)目，從滾動(dòng)或迭代菜單中選擇項(xiàng)目，瀏覽互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ш教摂M環(huán)境，一些BCI則使用揚(yáng)聲器或耳機(jī)提供聽覺刺激或反饋。BCI還被用于控制開關(guān)、常見電器設(shè)備（如空調(diào)、電視或音樂播放器）、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)械臂、移動(dòng)機(jī)器人、功能性電刺激器或矯形器以及全動(dòng)態(tài)飛行模擬器。
操作協(xié)議定義用戶的大腦與BCI系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)交互。它為用戶和操作員提供前端，管理其他三個(gè)模塊之間以及與操作系統(tǒng)之間的交互，調(diào)節(jié)用戶與系統(tǒng)之間交互的細(xì)節(jié)，例如哪些選項(xiàng)對(duì)用戶可用，用戶活動(dòng)何時(shí)以何種方式影響控制以及反饋的性質(zhì)和時(shí)機(jī)。與其他BCI組件類似，操作協(xié)議在幾年中已有顯著進(jìn)展。許多論文已經(jīng)解決了時(shí)序、反饋和可用性等問題?；贓EG活動(dòng)的錯(cuò)誤校正，例如錯(cuò)誤相關(guān)性、P300或其他措施，可能會(huì)提高某些用戶的性能。一些操作協(xié)議允許比大多數(shù)早期BCI更大的詞匯量，通過呈現(xiàn)許多選項(xiàng)或讓用戶從不同的選項(xiàng)調(diào)色板中選擇，有時(shí)通過菜單實(shí)現(xiàn)。
最廣泛使用的BCI操作系統(tǒng)是BCI2000，全球有超過150個(gè)實(shí)驗(yàn)室正在使用。BCI2000具有許多功能，使其對(duì)研究人員具有吸引力，并且高度靈活和可互換。它已經(jīng)通過各種信號(hào)采集、信號(hào)處理和輸出系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。它提供了各種實(shí)時(shí)和離線分析，并可免費(fèi)用于研究。
BCI的研究和開發(fā)在科學(xué)家、工程師、臨床醫(yī)生和公眾中引起了極大的興趣。BCI最終可能成為常規(guī)工具，替代或恢復(fù)由神經(jīng)肌肉疾病導(dǎo)致的殘疾，并可能改善中風(fēng)、頭部創(chuàng)傷和其他疾病患者的康復(fù)。然而，只有當(dāng)BCI研究人員和開發(fā)人員解決三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的問題時(shí)，這種激動(dòng)人心的未來才能實(shí)現(xiàn)：信號(hào)采集硬件、BCI驗(yàn)證和傳播，以及可靠性。BCI系統(tǒng)依賴于獲取腦信號(hào)的傳感器和相關(guān)硬件，而改進(jìn)這種硬件對(duì)BCI的未來至關(guān)重要。信號(hào)采集硬件需要易于設(shè)置、持續(xù)工作多個(gè)小時(shí)、在所有環(huán)境中表現(xiàn)良好、通過遙測操作而不需要布線、并且可以輕松與各種應(yīng)用程序進(jìn)行接口。使用植入電極的BCI面臨著一系列復(fù)雜的問題，需要安全且可植入的硬件、多年內(nèi)記錄穩(wěn)定的信號(hào)、可以在現(xiàn)場充電、具有強(qiáng)大、舒適、方便和隱蔽的外部元素，并且可以輕松與高性能應(yīng)用程序進(jìn)行接口。BCI的可靠性也是必須解決的問題之一。因此，盡管近年來取得了巨大進(jìn)展，并且個(gè)別微電極植入案例繼續(xù)在多年內(nèi)發(fā)揮作用，但尚不清楚哪種解決方案最成功。
隨著BCI逐漸進(jìn)入實(shí)際臨床應(yīng)用，出現(xiàn)了兩個(gè)重要問題：一個(gè)給定的BCI能達(dá)到多好的性能（例如，能力和可靠性有多高）和哪些BCI最適合哪些用途。為了回答第一個(gè)問題，每個(gè)有前途的BCI都應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化，并確定用戶能力的限制。同時(shí)，需要確定應(yīng)該用哪些應(yīng)用程序來比較BCI，以及如何評(píng)估性能。最明顯的例子是使用顱內(nèi)信號(hào)的BCI的性能是否明顯優(yōu)于使用ECoG信號(hào)甚至EEG信號(hào)的BCI。對(duì)于許多潛在用戶來說，為了更可取，侵入性BCI需要提供更好的性能，目前尚不確定它們是否能夠做到。迄今為止的數(shù)據(jù)沒有回答這個(gè)關(guān)鍵問題。一方面，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)非侵入性的基于EEG或fNIR的BCI主要用于基本的通訊，而基于ECoG或神經(jīng)元的BCI則用于復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。另一方面，非侵入性BCI可能證明在復(fù)雜用途方面幾乎或同樣具備能力。同時(shí)，完全可植入的侵入性BCI可能會(huì)被某些人偏好。目前，有許多不同的結(jié)果可能性，選擇這些結(jié)果所需的研究和討論剛剛開始。為殘疾人開發(fā)BCI需要清晰地驗(yàn)證它們?cè)诠π?、?shí)用性（包括成本效益）和對(duì)生活質(zhì)量的影響方面的真實(shí)價(jià)值。這取決于多學(xué)科團(tuán)隊(duì)能夠并愿意在復(fù)雜且常常具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進(jìn)行漫長的實(shí)際使用研究。
由于使用BCI的用戶群相對(duì)較小，目前尚無足夠的動(dòng)力讓商業(yè)利益推廣其廣泛傳播。侵入性BCI需要大量的初次植入成本以及持續(xù)技術(shù)支持成本。雖然非侵入性BCI系統(tǒng)的初始成本相對(duì)較低（如5,000美元至10,000美元），但它們?nèi)孕枰欢ǔ潭鹊某掷m(xù)技術(shù)支持。所有BCI的未來商業(yè)實(shí)用性將取決于減少長期支持所需的數(shù)量和復(fù)雜性，增加用戶數(shù)量，并確保保險(xiǎn)公司和政府機(jī)構(gòu)的報(bào)銷。有清晰的證據(jù)表明，BCI可以改善運(yùn)動(dòng)康復(fù)，這可以顯著增加潛在用戶人口。無論如何，如果未來的工作提高了BCI的功能并使其具有商業(yè)吸引力，那么它們的傳播將需要可行的商業(yè)模式，這些模式既能為商業(yè)公司提供財(cái)務(wù)激勵(lì)，也能為部署和支持BCI的臨床和技術(shù)人員提供足夠的報(bào)酬。最佳情況是，面向嚴(yán)重殘障人士的BCI與面向普通人群的BCI相互協(xié)同發(fā)展。
雖然現(xiàn)在在科學(xué)和流行文獻(xiàn)中BCI這個(gè)詞占主導(dǎo)地位，但有時(shí)也會(huì)使用其他詞來描述BCI系統(tǒng)。這些詞包括：BMI、DBI、腦-計(jì)算機(jī)接口、認(rèn)知神經(jīng)假肢、神經(jīng)接口系統(tǒng)和腦控制。雖然有時(shí)會(huì)努力使這些術(shù)語具有不同的含義，但它們基本上都表示同樣的東西：一種使用中樞神經(jīng)系統(tǒng)生成的信號(hào)進(jìn)行通信和控制，而不依賴于外周神經(jīng)或肌肉的系統(tǒng)。
有些非BCI設(shè)備記錄了腦信號(hào)。例如，評(píng)估警覺性或工作負(fù)荷、睡眠階段、睡眠呼吸暫停、麻醉深度、欺騙、錯(cuò)誤檢測或圖像識(shí)別等認(rèn)知和神經(jīng)活動(dòng)的設(shè)備，可能與BCI類似，但并不提供用戶實(shí)時(shí)的通信或控制。向大腦發(fā)送信號(hào)的系統(tǒng)不是BCI，盡管它們可能被稱為計(jì)算機(jī)-腦接口（CBI）。這些系統(tǒng)主要通過向大腦傳遞電信號(hào)來影響神經(jīng)活動(dòng)，而不是通過檢測和解釋神經(jīng)信號(hào)來與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。因此，它們也不是真正的BCI系統(tǒng)。有必要區(qū)分實(shí)際的BCI和使用從頭部記錄的非中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)利用外周神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)來控制計(jì)算機(jī)或外部設(shè)備，而不是直接讀取大腦信號(hào)。雖然它們可能被歸類為“腦機(jī)接口”，但它們的原理和應(yīng)用與BCI不同。
BCI是一種基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，它獲取腦信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行分析，并將其轉(zhuǎn)換為命令，傳遞到輸出設(shè)備以執(zhí)行所需的操作。原則上，任何類型的腦信號(hào)都可以用來控制BCI系統(tǒng)。最常研究的信號(hào)是從頭皮、大腦皮層表面或大腦皮層測量的腦活動(dòng)電信號(hào)。BCI的目的是檢測和量化腦信號(hào)的特征，以指示用戶的意圖，并將這些特征實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為設(shè)備命令，以實(shí)現(xiàn)用戶的意圖。BCI系統(tǒng)由四個(gè)連續(xù)的組成部分組成：1）信號(hào)獲取，2）特征提取，3）特征轉(zhuǎn)換，4）設(shè)備輸出。這四個(gè)組成部分由一個(gè)操作協(xié)議控制，該協(xié)議定義了操作的開始和時(shí)間，信號(hào)處理的詳細(xì)信息，設(shè)備命令的性質(zhì)以及績效監(jiān)督。有效的操作協(xié)議使BCI系統(tǒng)具有靈活性，并為每個(gè)用戶的特定需求提供服務(wù)。
目前，BCI研究和開發(fā)的顯著成就幾乎完全局限于研究實(shí)驗(yàn)室。旨在證明BCI對(duì)殘疾人長期在家使用的實(shí)用性和療效的研究剛剛開始。BCI可能最終被常規(guī)使用來替代或恢復(fù)受神經(jīng)肌肉疾病嚴(yán)重影響的人的有用功能，并為飛行員、外科醫(yī)生和其他高技能專業(yè)人員增強(qiáng)自然的運(yùn)動(dòng)輸出。BCI還可以改善中風(fēng)、頭部創(chuàng)傷和其他疾病的康復(fù)。BCI的未來取決于以下三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的進(jìn)展：1）開發(fā)舒適、方便和穩(wěn)定的信號(hào)采集硬件；2）驗(yàn)證BCI的可靠性和價(jià)值，傳播BCI的應(yīng)用；3）在各個(gè)領(lǐng)域證明BCI的可靠性和價(jià)值，并推動(dòng)其廣泛應(yīng)用。
Vidal在1973年提出的問題表明：可觀測的腦電信號(hào)是否能用于人機(jī)通信或控制假肢等設(shè)備？他的BCI項(xiàng)目是早期嘗試評(píng)估使用神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)話的可行性，使計(jì)算機(jī)成為大腦的假體延伸。盡管在20世紀(jì)60年代晚期進(jìn)行的猴子實(shí)驗(yàn)表明，來自單個(gè)皮質(zhì)神經(jīng)元的信號(hào)可以用于控制儀表針，但人類BCI的系統(tǒng)性調(diào)查始于20世紀(jì)70年代，并受限于計(jì)算機(jī)能力和我們對(duì)腦生理學(xué)的了解。
直到1980年，Elbert等人證明給予接受慢皮質(zhì)電位的生物反饋會(huì)話的人們可以改變那些電位以控制穿過電視屏幕的火箭圖像的垂直運(yùn)動(dòng)。在1988年，F(xiàn)arwell和Donchin展示了P300事件相關(guān)電位如何允許普通志愿者在計(jì)算機(jī)屏幕上拼寫單詞。自20世紀(jì)50年代以來，記錄在感覺運(yùn)動(dòng)皮層上的mu和beta節(jié)律（即感覺運(yùn)動(dòng)節(jié)律）與運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)想象相關(guān)聯(lián)。在20世紀(jì)70年代末，Kuhlman表明mu節(jié)律可以通過EEG反饋訓(xùn)練增強(qiáng)。根據(jù)這些信息，Wolpaw等人訓(xùn)練志愿者控制感覺運(yùn)動(dòng)節(jié)律振幅，并將其用于在計(jì)算機(jī)屏幕上準(zhǔn)確地移動(dòng)光標(biāo)，可以在一維或二維上移動(dòng)。
到2006年，一名完全四肢癱瘓的年輕男子，在C3-C4頸椎受傷后植入了微電極陣列到主運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)。利用從該電極陣列獲取的信號(hào)，BCI系統(tǒng)使患者能夠打開模擬電子郵件、操作電視、打開和關(guān)閉假肢手以及使用機(jī)器人手臂進(jìn)行基本操作。在2011年，Krusienski和Shih證明了直接從大腦表面記錄的信號(hào)（電子皮層圖[ECoG]）可以被BCI翻譯，使一個(gè)人能夠在計(jì)算機(jī)屏幕上準(zhǔn)確地拼寫單詞。隨著過去十年間這個(gè)領(lǐng)域的同行評(píng)審出版物數(shù)量的增加，BCI研究正在飛速增加。
目前，許多全球的研究人員正在開發(fā)一些幾年前還只在科幻小說中出現(xiàn)的BCI系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用不同的腦信號(hào)、記錄方法和信號(hào)處理算法，可以控制從電腦屏幕上的光標(biāo)到輪椅再到機(jī)械臂等其他設(shè)備。已經(jīng)有一些身體嚴(yán)重殘障的人在日常生活中使用BCI進(jìn)行必要的交流和控制。隨著更好的信號(hào)采集硬件、明確的臨床驗(yàn)證、可行的傳播模式，以及可能最重要的增強(qiáng)可靠性，BCI可能會(huì)成為殘障人士和可能也是普通人的重要新型交流和控制技術(shù)。
參考：
A Survey on Brain-Computer Interaction
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