《脑-机接口:革命性的人机交互》这部力作重点阐述了脑-机接口的基石、4种非常重要的非侵入式脑一机接口系统、脑一机接口的重要应用——神经康复和严重运动残疾患者、侵入式脑一机接口方法以及脑一机接口的研发平台、商业化产品运行环境、采用的信号处理和机器学习、自适应方法以及普适脑-机接口的关键因素和变革性方法。
从事脑-计算机接口(简称脑-机接口,BCI)的研究是一个激动人心的时刻。几年前,BCI只是实验室的装置,在高度控制的实验室环境下,仅用几个试验被试来研究和测试。自那时以来,许多不同类型的BCI系统为若干严重残疾的用户提供与真实世界通信的解决方案,这方面已经取得了成功。贡献来自跨学术、医疗、工业和非营利部门的很多研究学科。新的系统、组件、思想、论文、研究组和成功的案例已经越来越普遍了。现在,许多科学会议包含了与BCI相关的议题、专题讨论会、讲座、海报、示范、讨论和研讨会。大众媒体和公众也更多地注意到脑一机接口的研究。
然而,该领域仍处于起步阶段,仍然面临许多基本的挑战。BCI的成功案例仍然成本高、耗时并极为罕见。我们仍然既不能测量也不能理解绝大多数的大脑活动,这限制了普遍BCI系统的速度、可用性和可靠性。跨学科和跨领域的交流和协作必须提高。尽管许多团体在不断努力,但对于BCI研究,仍然不能够真正做很多。虽然加大了宣传力度,但同时也带来了一些有偏见、误导、混淆的或不准确的报道。
所有上述原因激励了要出版一本为非专业读者服务的关于BCI的书籍。对于受过教育,但没有BCI研究背景,也没有它的一些学科基础的读者,日益增长地需要一个对该领域的概述性书籍。本书的作者来自不同背景、致力于各种BCI研究的人,包括心理学、神经科学、电子工程、信号处理、软件开发和医学领域的专家。各章描述了不同的系统,以及共同的原则和问题。许多章节提出了新的思路、研究或跨越不同学科的分析和BCI方法。本书的风格和内容旨在向非专业读者提供一个可读性好的和内容丰富的概述性书籍。
伏云发,教授,博士,博士生导师。博士毕业于中国科学院研究生院、中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室。目前于昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系任教,为昆明理工大学脑认知与脑机智能融合创新团队负责人、昆明理工大学脑信息处理与脑-机交互控制学科方向团队负责人、云南省神经科学学会理事和副秘书。主要研究方向:脑-计算机智能融合(即脑-机智能融合);神经反馈及应用。
第1章 脑-机接口:一个清晰、易理解的概述
1.1 什么是BCI
1.2 BCI如何工作
1.2.1 测量大脑活动(非手术)
1.2.2 测量大脑活动(手术)
1.2.3 心理策略和大脑模式
1.2.4 信号处理
1.3 BCI的性能
1.4 应用
1.5 总结
参考文献
第2章 用于脑-机接口的脑信号
2.1 引言
2.1.1 对BCI的需求
2.1.2 关键或重要原理
2.1.3 用于BCI的脑信号起源
2.2 用于BCI的脑信号及其神经生理的起源
2.2.1 非侵入式的脑信号特征测量
2.2.2 皮层表面的脑信号特征测量
2.2.3 皮层内的脑信号特征测量
2.3 持续取得进展的必要条件
参考文献
第3章 运动任务下感觉运动振荡的动力学特性
3.1 引言
3.2 事件相关电位与事件相关去同步/事件相关同步(ERD/ERS)
3.3 运动任务下的μ和β事件相关去同步
3.4 对ERD和ERS的解释
3.5 “聚焦性的ERD/环绕性的ERS
3.6 运动任务结束后诱导的β振荡
3.7 短暂的脑状态
3.8 观察(观看)运动和感觉运动节律
3.9 结论
参考文献
第4章 神经反馈训练用于脑-机接口
4.1 引言
4.2 神经反馈原理
4.2.1 感觉运动节律的训练
4.2.2 神经反馈如何工作
4.3 用于BCI控制的训练范式
4.3.1 用格拉茨脑-机接口训练
4.3.2 反馈刺激的影响
4.4 最后的考虑或注意事项
参考文献
……
第5章 格拉茨脑-机接口
第6章 实验室和家居环境下脑-机接口的研究:沃兹沃思研究计划
第7章 通过机器学习技术探测心理状态:柏林脑-机接口
第8章 基于脑电节律的脑-机接口实用设计
第9章 脑-机接口用于神经康复
第10章 非侵入式脑-机接口在神经假肢控制瘫痪手中的应用
第11章 脑-机接口用于闭锁症患者的交流和控制
第12章 皮层内脑-机接口:神经时序简史
第13章 基于从大脑和颅骨之间采集信号的脑-机接口
第14章 一种易于实现的基于皮层脑电功率谱变化的脑-机接口
第15章 利用BCI2000开展BCI研究
第16章 第一个商业化的脑-机接口运行环境
第17章 用于BCI的数字信号处理和机器学习
第18章 BCI研究中的自适应方法:入门教程
第19章 旨在广泛应用(无处不在)的BCI