快速搞懂这100个脑机接口关键词!看完你也算半个专家了
1. 脑机接口(BCI)
解释:大脑和外部设备之间建立的“直接通道”,不用说话、不用动手脚,通过采集和解码脑信号,让人用意念控制电脑、机械手、轮椅、外骨骼等。
2. 神经信号(Neural Signal)
解释:神经元活动时产生的电信号或电磁信号,比如动作电位、突触电位。脑机接口就是想办法把这些微弱信号记录下来,然后翻译成机器能理解的指令。
3. 头皮脑电(EEG)
解释:在头皮上贴电极或戴电极帽记录到的脑电活动,电压在微伏级。优点是安全、便宜、方便;缺点是分辨率差、容易受干扰,是目前非侵入式 BCI 最常用的技术。
4. 侵入式脑机接口(Invasive BCI)
解释:需要开颅,把电极放在脑表面或脑内,比如皮层电极、微电极阵列。信号精度高、通道多,可以做高自由度控制,但手术风险、成本和监管要求都比较高。
5. 非侵入式脑机接口(Non-invasive BCI)
解释:不需要开颅,通过 EEG、功能近红外(fNIRS)、磁脑图(MEG)等方式记录脑活动。安全性高、适合临床和商业化推广,但信号更模糊,可解码的信息量有限。
6. 半侵入式脑机接口(Semi-invasive BCI)
解释:电极不直接扎进脑组织,而是放在硬膜下或脑表面,比如硬膜下皮层电极(ECoG)。信号质量介于侵入式和非侵入式之间,常见于癫痫术前评估等场景。
7. 运动想象(MI,Motor Imagery)
解释:只是“想象”某个动作(比如反复握拳、抬脚),但不真正去动。运动皮层活动会发生有规律变化,算法可以根据这些变化区分“想动左手”“想动右手”等,用于控制外设或做康复训练。
8. P300 范式(P300 Paradigm)
解释:在一串随机出现的刺激中,当目标刺激出现时,大脑会在大约 300 毫秒出现一个明显的正向波峰。通过设计闪烁矩阵或键盘,可以用 P300 信号实现“盯着某个选项,然后系统帮你选中它”。
9. 稳态视觉诱发电位(SSVEP)
解释:让屏幕上多个方块以不同频率闪烁,被试盯着哪一个,视觉皮层就会在对应频率产生稳态振荡。检测频谱峰值,就能知道用户正在看哪个方块,从而实现多指令快速选择。
10. 脑电节律(EEG Rhythms)
解释:脑电按频段可分为 δ、θ、α、β、γ 等,和睡眠、注意、运动等状态相关。脑机接口通常通过分析不同节律的功率变化,来判断当前的大脑功能状态或意图。
11. 信号采集(Signal Acquisition)
解释:把脑里的电信号通过电极、前置放大器、滤波器和模数转换器传到计算机的过程。如果采集环节做得烂,后面再高深的算法都救不了。
12. 预处理(Preprocessing)
解释:对原始脑电数据进行滤波、去基线、去伪迹、分段、重参考等,把眨眼、肌电、工频干扰这些垃圾尽量干掉,让信号更干净,方便后面做特征提取和分类。
13. 特征提取(Feature Extraction)
解释:从预处理后的信号中压缩出一组能区分不同脑状态的数字,比如各频带功率、共空间模式(CSP)特征、时间窗内的峰值、波形形状等,把连续波形变成有限维的“特征向量”。
14. 分类器 / 解码器(Classifier / Decoder)
解释:根据特征来判断当前属于哪一类脑状态或控制指令的模型。可以是 LDA、SVM、逻辑回归,也可以是卷积神经网络、循环神经网络、Transformer 等深度模型。
15. 在线脑机接口(Online BCI)
解释:信号采集、处理、解码和反馈在几乎实时进行,系统一边接收脑信号,一边输出控制结果。比如实时控制屏幕光标移动、机械手抓取、外骨骼迈步等。
16. 离线分析(Offline Analysis)
解释:先把数据录完,再事后用来训练、调参和评估算法性能。大部分研究会先做离线分析,确认“有戏”,再进一步做真正在线控制。
17. 闭环反馈(Closed-loop Feedback)
解释:解码结果会反馈给用户(视觉、听觉、触觉或本体感觉),用户看到反馈后会主动调整自己的注意和想象,从而改变脑活动。这样就形成“脑活动 → 解码 → 外设动作 → 反馈 → 新一轮脑活动”的循环,有利于学习和康复。
18. 神经可塑性(Neuroplasticity)
解释:大脑结构和功能会随着训练和使用发生改变。脑机接口结合重复任务和实时反馈,可以帮助重建或强化受损通路,是运动康复、认知康复类 BCI 的理论支撑。
19. 脑电帽 / 电极帽(EEG Cap)
解释:预先布好若干电极位置的帽子,戴上就能采集多通道脑电。它决定了通道数量、空间分布以及佩戴舒适度,直接影响实验效率和患者/被试的耐受度。
20. 采样率(Sampling Rate)
解释:每秒采集多少个数据点,比如 250 Hz、500 Hz、1000 Hz。采样率要足够高才能不损失有效信息,又不能高到数据量爆炸、处理压力过大,一般 BCI 系统会在两者之间折中。
21. 控制命令(Control Command)
解释:脑机接口把脑信号解码之后,最终输出给外设的指令,比如“向左移动光标”“抓紧机械手”“迈出一步”。本质上就是把连续的脑活动,压成一系列离散或连续的控制信号。
22. 校准阶段(Calibration Phase)
解释:正式使用前,先让被试按照要求反复做/想某个动作,系统记录下对应的脑信号,用来训练解码器。校准越认真,后面的在线控制一般越稳定;校准乱搞,在线阶段就纯抽奖。
23. 适应性解码器(Adaptive Decoder)
解释:解码器参数不是一成不变,而是根据用户的脑信号变化和表现动态更新,比如逐渐适应电极漂移、注意力波动、学习效应等,让系统越用越顺手,而不是“越用越不准”。
24. 空间滤波器(Spatial Filter)
解释:不是只在“时间”上动刀,而是把多个电极通道按权重线性组合,比如“前额叶多一点、枕叶少一点”,增强感兴趣区域的信号,压制噪声。简单粗暴理解:给每个电极配个音量旋钮,调到合适。
25. 共空间模式(CSP)
解释:一种常用的空间滤波/特征提取方法,通过寻找一组权重,把一类任务的功率最大化、另一类最小化,特别适合二分类的运动想象(比如“想左手 vs 想右手”),是传统 EEG-BCI 的老网红算法。
26. 独立成分分析(ICA)
解释:把混在一起的多通道信号拆成若干“独立来源”,常用于把眼电、心电、肌电伪迹从脑电里分离出去。通俗点讲,就是试图分离“真正的大脑活动”和“眨眼乱入的噪声”。
27. 时频分析(Time-Frequency Analysis)
解释:既看“什么时候发生变化”,又看“在哪个频段变了”,比如用小波变换或短时傅里叶变换,观察某个时间窗内 α、β 频段是否被抑制或增强,是分析运动想象等范式的常规操作。
28. 功率谱密度(PSD)
解释:描述不同频率成分强度的指标,相当于回答“在 10 Hz、15 Hz、20 Hz 上各有多强”。很多 BCI 直接用某个频段的功率(比如 μ/β 节律)作为特征来做分类。
29. 信息传输率(ITR,Information Transfer Rate)
解释:衡量一个 BCI 系统“带宽”的指标,综合考虑单次准确率、每次选择耗时、可选类别数量,用 bit/min 或 bit/s 表示。简单说:不光要准,还要快,不然用户会疯。
本文2025-12-09 14:30:48发表“医休观点”栏目。
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