腦電圖（EEG）和腦機接口（BCI）是神經(jīng)科學(xué)與工程學(xué)交叉領(lǐng)域的兩項關(guān)鍵技術(shù)，二者密切相關(guān)但功能和應(yīng)用場景不同。以下是它們的核心概念、關(guān)聯(lián)及區(qū)別：

1. 腦電圖（EEG）

定義

EEG是一種通過頭皮電極記錄大腦神經(jīng)元群電活動的無創(chuàng)技術(shù)，反映大腦皮層的電位變化，時間分辨率高（毫秒級），但空間分辨率較低。

特點

• 信號類型：主要捕捉低頻（0.1–100 Hz）的神經(jīng)振蕩，如α波（8–13 Hz）、β波（14–30 Hz）等。

• 應(yīng)用：

  • 臨床：癲癇診斷、睡眠研究、腦損傷評估。

  • 科研：認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、情緒研究。

• 局限性：信號易受肌肉活動、眼動等干擾，且無法精準(zhǔn)定位深層腦區(qū)活動。

2. 腦機接口（BCI）

定義

BCI是一種直接在大腦與外部設(shè)備（如計算機、假肢）之間建立通信路徑的系統(tǒng)，不依賴外周神經(jīng)或肌肉。EEG是BCI最常用的信號輸入方式之一。

分類

• 侵入式（如皮層電極）：信號質(zhì)量高，但需手術(shù)植入，風(fēng)險大。

• 非侵入式（如EEG、fNIRS）：安全便捷，但信號噪聲大。

• 部分侵入式（如ECoG）：平衡信號質(zhì)量與安全性。

EEG-BCI的典型應(yīng)用

• 醫(yī)療康復(fù)：幫助癱瘓患者控制輪椅或機械臂（如基于P300或運動想象范式）。

• 游戲與VR：通過注意力或放松程度控制虛擬角色。

• 增強認(rèn)知：神經(jīng)反饋訓(xùn)練改善注意力或情緒調(diào)節(jié)。

3. EEG與BCI的關(guān)系

• EEG是BCI的信號源之一：BCI可通過EEG、fMRI、MEG等多種技術(shù)實現(xiàn)，但EEG因便攜性和低成本成為主流選擇。

• 信號解碼是關(guān)鍵：BCI需通過機器學(xué)習(xí)（如SVM、深度學(xué)習(xí)）實時解析EEG中的特定模式（如事件相關(guān)電位ERP或頻段功率變化）。

• 挑戰(zhàn)：EEG信號噪聲大，用戶需訓(xùn)練以提高信噪比；BCI系統(tǒng)需個性化校準(zhǔn)。

4. 前沿進(jìn)展

• 混合BCI：結(jié)合EEG與其他信號（如眼動、肌電）提升穩(wěn)定性。

• 深度學(xué)習(xí)：CNN、Transformer模型改善EEG信號解碼效率。

• 便攜化：干電極EEG和無線設(shè)備推動消費級BCI（如頭戴式游戲控制器）。

總結(jié)

• EEG是工具，用于記錄腦電活動；BCI是系統(tǒng)，利用EEG等信號實現(xiàn)腦控交互。

• 非侵入式EEG-BCI雖受限但潛力巨大，尤其在醫(yī)療與娛樂領(lǐng)域；侵入式BCI精度更高，但適用人群有限。

隨著算法和硬件的發(fā)展，EEG-BCI可能在未來成為人機交互的重要方式，如幫助殘障人士恢復(fù)運動功能或?qū)崿F(xiàn)“意念控制”智能設(shè)備。