腦波技術的簡單運用

徐晨昊，陳 陽，韓周揚，鐘茂寧，王辛巖

（西藏大學工學院 西藏 拉薩 850000）

1 引言

物聯網領域的一大重要發展趨勢即為智能化，而意念控制則是其中十分重要的一環。物聯網的發展與我們的日常生活日益緊密結合，腦波技術的發展也促進了智能設備發展。伴隨智能設備的發展，腦電行業開始漸漸變得產業化。因此腦電技術也可以實現在簡單運用。

硅谷創業公司Neurosky已經生產出一個名為MindWave頭戴式耳機這個設備可以實現對腦波的測量，這種設備使腦波技術的民用化成為可能。

在20世紀，人類就初次記錄了人的腦電圖。但是腦電行業仍然處在初等級的發展階段但腦電行業還處在初級的發展階段，擁有非常好的前景。因此在物聯網及腦波技術剛興起的階段，應抓住機會進行深入研究及開發。腦電波耳機則是初步研究最適合的工具。通過腦波耳機分析腦波的情況，與物體連接，從而對物體進行控制。

2 運用方法

腦機接口系統分為三個組成：信號的收集、收集到的數據的處理、外接設備與數據連接口，如圖1所示。

圖1

信號的收集：

（1）使用者：控制腦-機接口設備的人。使用者進行特定方式，使腦電數據發生改變，來發出控制信號。

（2）電極：記錄腦電信。電極采用無創傷的小電流。

（3）放大濾波：頭皮的腦電信號的產生只有5～100μV這點大小，正常情況下頻率低于35Hz。因為外界干擾非常多，所以我們要對收集信號進行一些篩選及放大，以方便后續操作。

收集到的數據的處理：

（1）特征提取模塊：從數據信號中提取出為數不多的有用的信息，形成初量。

（2）特征選擇分類模塊：初量中選擇最佳的分類集，生成所需的量，送入分類器。

（3）分類器：依據輸入的量區分不同的特定任務，輸出對應的思維邏輯控制信號。

外布設備與數據連接口：

（1）控制接口：將思維邏輯控制信號轉變為機械語言控制信號。

（2）設備控制器：將機械語言控制信號轉變為設備的控制信號。

（3）設備：智能電子設備，比如個人電腦和智能手機等。

（4）操作環境：如墻壁、地板、環境中的物體和人等。

圖2

（5）顯示裝置：發出腦電活動的任務提示。

佩戴者腦電信號由干電極進行同步采集。同時對腦電波信號同步分析處理，把佩戴者目前的思維參數解析出。

通過藍牙的方式將完成處理的腦波數據傳輸到所用設備上。包括：

“專注度”（attention）參數。以1～100之中的數值來表示注意力水平的高低。數值小，表明當前的專注程度低。

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

3 實際操作

我們采用C#開發“小球動了”這個程序，首先通過藍牙連接到MindWave設備之后，我們首先對采集到的信號進行測試，等待其attention和meditation的覆蓋了noise的波形，則說明其數據已有效，如圖2所示。

將所測得的數據存入數據庫，如圖3所示。

圖3

因為數據是連續不間斷的，所以我們將采集到的數據收集起來，在每次調用數據的時候，我們就傳出最新的數據，確保傳出數據具有實時性和有效性。

具體小球運行結果，如圖4。

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

通過多次的不同時段的運行我們發現其測量準確度合格。

4 結語

作者在設計與實踐腦波技術的簡單運用中，實現了利用MindWave耳機對腦波數據的檢測，利用藍牙技術實現傳輸，通過數據對比與軟件處理完成簡單操作。發現這個設備的靈敏度表現偶爾不佳，但總體表現不錯。

[1]王慧聰.腦波生物電反饋的研究及應用[J].實用醫技雜志，2002（02）：127.

[2]秦學斌，張一哲，汪梅.腦波信號控制軌道小車系統的研制[J].計算機工程與應用，2017，53（11）：260-264+270.