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樹(shù)莓派都能做腦機(jī)接口了？實(shí)時(shí)處理8個(gè)電極信號(hào)，人人用得起

來(lái)源：量子位 2022-01-13 15:09:51

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只需要一塊樹(shù)莓派的板子，就可以做一個(gè)腦機(jī)接口？沒(méi)有開(kāi)玩笑，這位俄羅斯小哥Rakhmatulin還真做出來(lái)了，這接地氣的設(shè)備只用一塊樹(shù)莓派板子做處理器，可以實(shí)時(shí)處理八個(gè)大腦電信號(hào)：

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行早發(fā)自凹非寺

不信來(lái)看看實(shí)時(shí)信號(hào)圖像：

這些有規(guī)律的波形就是大腦在進(jìn)行活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)。

目前這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)源，成本也不高，如果想自己動(dòng)手做一個(gè)腦機(jī)接口，機(jī)不可失，趕快來(lái)學(xué)一學(xué)~

樹(shù)莓派腦機(jī)接口

在制作設(shè)備之前，我們要先有一個(gè)大致的框架。

腦機(jī)接口的框架很好理解：首先從腦殼上讀取生物電信號(hào)，然后傳到處理器中處理，最后用輸出信號(hào)控制其他設(shè)備。

所以第一步就是要讀取腦中的生物信號(hào)，為此Rakhmatulin做了一個(gè)小帽子（下圖左邊），上面有8個(gè)電極（下圖右邊）。

這8個(gè)電極的位置是依據(jù)國(guó)際10-20系統(tǒng)（如下圖）的腦電圖檢測(cè)電極位置來(lái)確定的，其中首字母代表大腦不同的分區(qū)，例如F為額葉，P是頂葉，T是顳葉等：

△圖注：國(guó)際10-20系統(tǒng)

當(dāng)大腦在進(jìn)行不同的活動(dòng)時(shí)，也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生可以區(qū)分的電信號(hào)模式。這樣這些電極就可以檢測(cè)到電信號(hào)，用以進(jìn)行后續(xù)的分析處理。

有了腦信號(hào)之后，接下來(lái)第二步，就是對(duì)信號(hào)的處理了。這里用樹(shù)莓派第三代或者是第四代都可以，如下的電路圖顯示了小黃板上的電路結(jié)構(gòu)：

上圖中左邊10個(gè)管腳中的8個(gè)接小帽子上的8個(gè)電極，1個(gè)接參考電平，1個(gè)接偏移信號(hào)。

右邊的管腳用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，采樣率為每秒250次到每秒16000次。

Rakhmatulin已經(jīng)在GitHub開(kāi)源了實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)和處理的代碼。

接上電源、顯示器，戴上小帽子之后，硬件部分就萬(wàn)事俱備了：

△圖注：硬件部分

現(xiàn)在我們要做的就是做一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作，讓大腦產(chǎn)生電信號(hào)。

在測(cè)試中，Rakhmatulin采用了“咀嚼”和“眨眼”這兩個(gè)動(dòng)作。

每次做咀嚼動(dòng)作的時(shí)候，電信號(hào)都會(huì)有一個(gè)峰值出現(xiàn)，為了能夠從波形圖上清晰地看到腦信號(hào)的變化，小哥共做了四組咀嚼動(dòng)作，每組依次咀嚼4下、3下、2下、1下，形成一串峰值。

然后通過(guò)處理器記錄八個(gè)電極產(chǎn)生的八條信號(hào)（從上至下）如下圖：

從上圖可以很明顯地看出，每一次動(dòng)作都有對(duì)應(yīng)的電信號(hào)峰值出現(xiàn)，并且按照動(dòng)作次數(shù)排列。

在咀嚼動(dòng)作之后，小哥又做了四組眨眼的動(dòng)作，每組眨眼次數(shù)也依次是4、3、2、1下。

同樣地，這些電信號(hào)變化也被記錄了下來(lái)（如下圖）。其中前四組波動(dòng)是咀嚼的電信號(hào)，后四組波動(dòng)是眨眼的電信號(hào)：

通過(guò)帶通濾波器之后波形更加清晰，4、3、2、1，4、3、2、1…像是腦信號(hào)在跳廣播體操：

到這里，腦機(jī)接口的使命就已經(jīng)完成了，從處理器中輸出的信號(hào)可以接到其他設(shè)備上去，形成不同的指令，例如指揮機(jī)械臂，玩具車(chē)，無(wú)人機(jī)等等。

怎么樣？是不是很簡(jiǎn)單？全程沒(méi)有復(fù)雜的硬件設(shè)備，自己在家就可以做，有條件的可以動(dòng)起手來(lái)啦~

如果實(shí)在不想動(dòng)手，也可以關(guān)注小哥官網(wǎng)的公告，眾籌活動(dòng)即將上線：

作者簡(jiǎn)介

這個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者Ildar Rakhmatulin是一位電氣工程師，畢業(yè)于俄羅斯南烏拉爾國(guó)立大學(xué)。

這哥們?cè)谧瞿X機(jī)接口之前，還用樹(shù)莓派做了一個(gè)檢測(cè)蚊子的處理器，還可以發(fā)射激光消滅蚊子。

最近，他還和同伴Sebastian V?lkl一起經(jīng)營(yíng)一家公司，希望能提供給人們經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的腦機(jī)接口設(shè)備。