智能头环用传感器真能测准脑电波?并非这么简

 电线电缆     |      2020-12-19 04:34

前不久,浙江某小学为学生佩带“智能头环”,用电极传感器检测学生脑电波以判别其留意力是否会集的事情引发热议。测验脑电波,这一在医疗范畴和研讨范畴常用的技能手法,因为科幻电影的炫染,总是让人感觉无比奥秘。今日,咱们就来了解一下与之相关的脑电波、脑电波检测及相关传感器等概念和运用。

智能头环用传感器真能测准脑电波?并非这么简略

材料图

脑电波信号与脑电信号勘探

首要咱们来了解一下什么是脑电波?它可以被勘探解读吗?

神经元的活动构成了脑电波,但它之所以难以发觉,是因为它的强度最高只要200微伏。

大脑在活动时,许多神经元同步发生的突触后电位经总和后构成了脑电波,突触后电位的实质是带电离子在神经突触的进出。所谓“思想的火花”,正是考虑时体内的带电离子穿过神经细胞膜上的通道留下的“噼啪”声,以及流往后大脑不同区域的电位差。脑电仪器记载的正是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮外表的全体反映。

一般以为,脑电波大致分为α波、β波、γ波、δ波和θ波,不同的电波对应不同的大脑状况。例如合眼时,α波会立刻活泼起来。而当大脑充溢θ波时,人的认识活动显着遭到按捺,无法进行逻辑思想和推理活动。此刻,大脑凭直觉、创意、幻想等接纳和传递信息。

科学家还发现,人们在觉悟并专心于某一事时,常可见一种频率较β波更高的γ波,其频率为30-80赫兹,波幅规模不定。有假说以为,γ波或许与树立一致的明晰认知有关,经过招引不同的神经元电路的同步,增强认识、发生留意力。

虽然不同的脑电波大致有一个代表的方向,但实际情况却杂乱得多。事实上,脑电信号的破译作业现在仍是一片“蓝海”。

智能头环用传感器真能测准脑电波?并非这么简略

材料图

用脑机接口、电极、头环均可检测

业界专家解说说,脑电波自身便是电信号,微伏丈量确实难,可是检测彻底没问题,至少试验室没问题。脑电丈量设备的先进性、贴合的严密程度、丈量方法、是否植入等均对是否可以精确丈量脑电波,都会发生影响。

据了解,现在取得脑电波的方法,有脑机接口、电极贴片、头环或头盔等。其间,经过脑机接口获取脑电波的方法,理论上获取功率最高,辨认率最好,并且可以长时间继续运用,但缺陷是需求脑机接口,风险性较大。

而电极贴片是一种典型的获取脑电波的方法,在医学范畴和一些科学试验场景,咱们常常可以见到在脑外部贴上鳞次栉比电极的场景。

上海师范大学教授李鲁群等在《根据脑电波信号的人体疲惫程度测验模型剖析》一文中曾具体介绍了经过电极贴片获取脑电波的方法:经过两个干电极,将芯片与测验者头部相连,其间一个干电极贴于测验者的脑门,别的一个夹在测验者的左耳;然后将生物传感器与电脑终端相连,芯片将收集到的脑电波信号经过蓝牙的方法发送到生物传感器,电脑终端就会显现脑电波信号的特征值。

虽然这种方法比脑机接口的本钱低许多,不需求植入,安全性较高,此外,其信号的辨认率也比较有保证。但缺陷是这种方法操作本钱较高,且需求专业人士帮忙,不能随时进行,日常日子场景中很难遍及。

此外,头环或头盔也是获取脑电波的方法之一。头环或头盔的长处在于可以简略佩带,继续运用,可以方便地产品化。其缺陷是收集信号简单被布景噪音信号搅扰,辨认的精确性和功率显着不如前两者。

脑电信号的破译仍是“蓝海”

脑电波有多个品种和千万种组合,那么怎么破译这些信号?李鲁群等人为找到司机疲惫程度与脑电波信号的联络,曾树立了一个模型,经过对杂乱数据的降噪、重构、建模、拟合等多步处理后,经过多步核算,随后进行反向验证,得到相对有必定精确率的核算方法,使得α、β、θ波的特征值可以核算,然后得到疲惫状况的断定表达式,来判别疲惫与否。

首要问题是脑电波测得是否精确,数据有没有价值。如果在基础研讨阶段没有得出精确的数学模型,则后续的软件设计、运用开发都是无本之木。

事实上,脑电信号的破译作业现在仍是一片“蓝海”。将α、β、θ波的特征值用于核算,仅仅其间一部分,还有许多其他方面的影响。现在,科学界并没有构成攻略之类的一致。生物学范畴的生命活动基础仍是未解之谜,将其转化为数学模型的表达是粗线条的反映,即便脑电波捕捉精确、后续的软件开发适合,也无法高度精确地反映思想的现状。

比方,从西南科技大学李雪飞、许朝进《脑电生物反应对正常小学生留意力的影响》的论文中可以看到,试验针对留意力涣散的8名五年级小学生,采用脑电生物反应练习体系进行为期两个月的留意力练习,比较后发现,虽然全体作用有所改善,但存在脑电数据与量表成果不一致的现象。也便是说,脑电数据显现会集精力,而量表题库显现留意力缺乏。究竟是脑电数据与现实状况挨近,仍是片面题库更准,现在仍难判别。

调控脑电波有望对认知障碍等进行干涉

据了解,现在,美国儿科医学院已将脑电波神经反应练习作为多动症的干涉手法之一。我国科学家也正在研制一种穿戴式头盔,期望经过监测、调控脑电波,并结合人工智能算法,完成可反应调控的人脑功用辅佐增强技能。

这种穿戴式脑功用调控头盔根据近年来呈现的无创式脑影响调控技能,其原理是:经过柔性电极传感器,辨认脑电波在大脑履行不同使命时的改动,再经过电极组合开释弱小的电流脉冲影响,抵达大脑的特定区域,改动脑电波的活动,调控大脑神经元细胞的活泼状况。

据研讨团队负责人介绍,这项技能未来有望运用于特种人员的技能练习和学习回忆才能的快速提高,高压力环境所造成的的焦虑严重心情的干涉和缓解等。在医疗范畴,这项技能有望对儿童多动症、抑郁症、老年痴呆、失语症、帕金森病等功用反常、肢体运动障碍、认知障碍进行干涉。

经过试验研讨,研讨团队解析出了与留意认知、心情调控、焦虑、毒瘾发生、压力及癫痫等脑功用障碍相关的特定脑区,期望未来可以对这些特定脑区施行有用的干涉。但相关负责人也坦言,现在的数据仅仅部分人群测验的成果,头盔在大规模推向市场前,还需求针对不同年纪、组别的人群做更多许多双盲试验,堆集满足让人服气的数据。

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