探秘采集腦電波！

什么是腦電波？腦電波能來干嘛？怎么采集腦電波？腦電波采集有什么難點？

事情是這樣子的，前一陣小米公布工程師計劃，其中有一個項目是腦電波物聯網設備，可以采集腦電波，用腦電波來控制燈的開關，起名為“MiGu”，恰好，筆者以前做過腦電波采集相關內容，今天就來介紹下傳說中的腦電波。

腦電波真有那么神奇嗎？

腦電波是大腦內部的大量神經元在工作中自發或被動產生的電場變化，可以從大腦內部或者頭皮表面來采集到這個腦電波。腦內的局部場電位信噪比稍微高一些，信號比較大，一般是mV級別，而頭皮表面的信號微弱，一般是uV級別。

每個人都有腦電波，只是沒有電影中演的神奇罷了，這并不是什么特意功能，比如當人閉眼時，在頭部后方就有大約13Hz的腦電波出現，稱之為α波，當睜眼時，這個波就會消失。

當我們看顯示器，顯示器以10Hz閃爍時，在枕區（頭部靠后）就會產生10Hz的腦電波；如果看13Hz，就會產生13Hz腦電波。

我們的腦電波雖然不是什么特異功能，但是可以用腦電波來控制外部設備，比如下面的小猴子，通過老電波來控制機械臂抓取食物。

第一條腦電波

一般認為，第一條腦電波信號是由德國醫生漢斯·伯格首次記錄。

優于技術限制，早期記錄腦電波手段簡單粗暴，把檢測探針直接插入大腦，來記錄信號，這應該就是侵入式腦電采集方法，而且記錄設備龐大復雜，使用的都是模擬設備，安全性、操作性都很低。

隨著科技的進步，腦電采集方法和設備取得了重大技術飛躍，

當今腦電采集方法可以分為侵入式和非侵入式兩種，顧名思義，侵入式就是需要把電極插入大腦來記錄信號，這種方法是有創方法，需要借助外科手術才能實現。

侵入式腦電采集

埃隆馬斯克的腦機接口設備就是有創方式，通過機器人將電極植入大腦來記錄信號。

有創方式操作復雜，具有安全性風險，而且隨著時間的推移，植入腦內的電極會被不導電的神經纖維包裹，進而導致電極性能下降，因此靈活便捷的非侵入腦電波采集方法就逐漸進入人們視野。

非侵入濕電極

下圖是非侵入與侵入式電極的對比，左圖是非侵入，右圖是侵入電極。非侵入電極在電極和頭皮表面涂抹導電膏（GEL），侵入式電極把探針陣列插入表皮，甚至直大電腦灰質。對頭皮表面的電壓信號進行放大，就可以采集腦電波了。

電極表面涂抹導電膏后容易滑動，為了固定電極、統一電極記錄位置，就發明了腦電帽，用注射器注射到電極時，需要摩擦頭皮，破壞角質層，降低電極與皮膚的接觸阻抗，一般這個阻抗要小于幾十KΩ，如果阻抗太大，那么采集的信號就很微弱，而且噪聲非常大，抗干擾能力低。

非侵入干電極

采集完腦電波之后，被試人員還需要洗頭，整個操作流程非常復雜，因此一種干電極腦電采集方法又被提出來了，這種電極隨帶隨用。下圖一些干電極，不需要導電膏，穿過頭發與頭皮表面接觸即可發揮作用，然而干電極的接觸阻抗一般很大，采集性能往往不如濕電極。

小米項目組的MiGu看起來使用的就是干電極了，遺憾的是，小米并沒有公布腦電波采集效果，畢竟這只是一個2天就搞定的一個比賽而已，其實采集腦電并發出控制指令并不是很難，淘寶就一大堆這類玩具。

難點在于提高信號的信噪比、分類正確率、信息傳輸速率、交互方式等，這些內容以后有時間會深度進行介紹。