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樹莓派都能做腦機(jī)接口了？實(shí)時處理8個電極信號，人人用得起

來源：量子位 2022-01-13 15:09:51

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只需要一塊樹莓派的板子，就可以做一個腦機(jī)接口？沒有開玩笑，這位俄羅斯小哥Rakhmatulin還真做出來了，這接地氣的設(shè)備只用一塊樹莓派板子做處理器，可以實(shí)時處理八個大腦電信號：

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行早發(fā)自凹非寺

不信來看看實(shí)時信號圖像：

這些有規(guī)律的波形就是大腦在進(jìn)行活動時產(chǎn)生的電信號。

目前這個項(xiàng)目已經(jīng)開源，成本也不高，如果想自己動手做一個腦機(jī)接口，機(jī)不可失，趕快來學(xué)一學(xué)~

樹莓派腦機(jī)接口

在制作設(shè)備之前，我們要先有一個大致的框架。

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，然后傳到處理器中處理，最后用輸出信號控制其他設(shè)備。

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

這8個電極的位置是依據(jù)國際10-20系統(tǒng)（如下圖）的腦電圖檢測電極位置來確定的，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：國際10-20系統(tǒng)

當(dāng)大腦在進(jìn)行不同的活動時，也會同時產(chǎn)生可以區(qū)分的電信號模式。這樣這些電極就可以檢測到電信號，用以進(jìn)行后續(xù)的分析處理。

有了腦信號之后，接下來第二步，就是對信號的處理了。這里用樹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個管腳中的8個接小帽子上的8個電極，1個接參考電平，1個接偏移信號。

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

Rakhmatulin已經(jīng)在GitHub開源了實(shí)時信號檢測和處理的代碼。

接上電源、顯示器，戴上小帽子之后，硬件部分就萬事俱備了：

△圖注：硬件部分

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

在測試中，Rakhmatulin采用了“咀嚼”和“眨眼”這兩個動作。

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

然后通過處理器記錄八個電極產(chǎn)生的八條信號（從上至下）如下圖：

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

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

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

通過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，無人機(jī)等等。

怎么樣？是不是很簡單？全程沒有復(fù)雜的硬件設(shè)備，自己在家就可以做，有條件的可以動起手來啦~

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

作者簡介

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

這哥們在做腦機(jī)接口之前，還用樹莓派做了一個檢測蚊子的處理器，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。