Term Project【腦電波偵測設備結合行動裝置】資工碩職一 402085165 周宏曄

腦電波偵測設備結合行動裝置

Outline
腦電波歷史
何謂腦波
何謂腦機介面
腦電波偵測方法
腦電波偵測設備演進
案例介紹
腦波控制應用程式
結論

腦電波歷史
  1875年,英國利物浦的生理學教授-理查德·卡頓(Richard Caton)經由動物大腦皮質記錄到腦部的生理變化,此電波與呼吸及心跳無關

  19世紀末,腦波的始祖-漢斯伯格(Hans Berger),觀察到電鰻身上發出電波,於是他猜測人類身上也會有相同的現象。透過兩根插入人類大皮質的白金電極,首次成功記錄人類頭蓋骨上的腦波活動,也開發了世界第一台腦波儀,並於1929年首次將人類的腦波記錄成果發表,命名為「腦電波圖」(Electroencephalography)簡稱EEG

何謂腦波?
  人類的大腦中約有數十億個神經元 (neuron),藉著傳送電訊號而互相溝通以及傳遞訊息。腦神經元活動產生的電訊號也就是我們所謂的腦波。腦電波圖是利用測量大腦皮質的電流活動,接收、放大後,描記出來的連續曲線。

何謂腦機介面?
  腦機介面(Brain Computer Interface,簡稱 BCI)是利用非肌肉管道發出的生理訊號及腦波(Electroencephalogram,簡稱 EEG),讓使用者可以直接與外界溝通。包括能夠植入運動皮質的微金屬絲及能夠將腦神經靠放電所傳遞的訊息轉譯成控制機械裝置指令的電腦程式。這項技術的基礎在於,當大腦活動的時候,會產生特定的腦波變化,因此我們可以利用腦電波儀對腦波進行監測與辨識,最後用來控制儀器或輸出訊號。

腦電波偵測方法

腦電波偵測設備演進
  20世紀初,測量腦波採取「侵入式」方法,將訊號接收器直接植入大腦的灰質,獲取強度較高的神經電流信號。然而這樣會傷害身體組織,甚至引發免疫反應,測量時也可能因為接收器在人體內被干擾,導致信號強度衰退,甚至消失。而後測量的方式採部份侵入式和非侵入式,「非侵入式」受試者需戴上專屬的頭套,頭套內有多個電極片接觸頭皮,但因為電極片與頭皮之間隔著不易導電的頭髮,為了順利讓他導電,電極片上會塗抹導電膠(有些參考電極會放在耳朵、臉頰上,以便記錄可能漏掉的腦電波活動)。由於過去腦波偵測系統為有線裝置較巨大笨重,造成在日常生活當中收錄腦波困難。於是後續衍生出可攜式無線 EEG 腦機介面裝置,利用低功率的藍芽裝置傳送EEG訊號給後端分析系統,受測者不需於電極處上導電膠,直浮貼在皮膚表面上。即可以達成方便配戴且具有高度的 EEG 量測品質的兩種目標。

案例介紹- Brain Recorder

架構圖:Garcia研究利用藍芽連線Android裝置與NeuroSky腦電波偵測裝置連線,蒐集腦電波資料。收集消息類別包括有關連接狀態、信號質量、注意力水平和腦電功率範圍的消息。


顯示介面:可供不同使用者使用,輸入使者名稱後開使執行腦波偵測,並將偵結果顯示於畫面之上。

案例介紹- Based BCI Calling System on a Phone

架構圖:此研究是利用NeuroSky的腦波晶片擷取腦電圖訊號,腦波晶片會將對擷取到的訊號進行雜訊濾除,並將訊號放大最後轉換成數位訊號。當受測者凝視著平板手機中的閃爍頻時,大腦就會產生凝視相對應頻率,而腦波擷取裝置會擷取到大腦皮層的訊號,藉由藍芽傳送模組將腦波訊號以藍芽無線傳輸傳送到手機的藍芽接收模組,手機接收完信號後,會將EEG訊號進行處理和分析,並轉換成對應的數字以完成撥打電話動作。


顯示介面:撥打電話系統,包含號碼模式與電話簿模式,號碼模式可將電話號碼拼寫出來,電話簿模式是預先建立好聯絡人姓名與電話號碼,透過上述2種模式撥打電號,另外此系統還建構了簡訊模式,站在使用者角度預先建立簡短詞句,協助使用者透過腦波發送簡訊功能。

腦波控制應用程式

腦波易經決策此程式結合了腦波技術與易經哲理,以現代的觀點來看是一種統計學(長久的統計分析的占卜文學),但在占卜時往往會因外在環境因素導至說法與真實想法不同,因此運用腦波儀測量加以修正,使用此統計學為您分析出最佳的決策方案並給予建議。

腦波籃球:結合Android智慧型手機與腦波測量耳機,可選擇是否使用腦波測量耳機進行行動腦機介面遊戲訓練系統應用軟體。腦波意念控制訓練,遊戲以孩兒時期的學童為主,用遊戲的方式幫助他們訓練專注力,對往後智力發展及學習輔助上能夠有良好的專注力與適當的放鬆能力。

結論
  腦波控制的相關應用已經跨足醫學、教育、與生活娛樂三大區塊。醫學與教育的應用範圍日益龐大;生活與娛樂相關產品方面也不斷擴大發展,如腦波智慧電視,以及掀起話題的貓耳朵腦波感應器等。雖還不普及但可從中發現腦波偵測應用技術日漸成熟,未來發展可期。

 

參考資料

  1. http://ibru.vghtpe.gov.tw/chinese/eeg.htm
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page
  3. 腦波儀研究在各領域之應用-陳昆顯、何淑君
  4. 淺談腦機介面-曾郁婷
  5. Garcia, Anthony M. "Brain Recorder." (2012).
  6. Develop a SSVEP-Based BCI Calling System on a Phone -Pei-Yu Liao
  7. https://play.google.com/store