腦機(jī)接口（brain-computer interface，BCI），有時(shí)也稱(chēng)作“大腦端口”direct neural interface或者“腦機(jī)融合感知[1]  ”brain-machine interface，它是在人或動(dòng)物腦（或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物）與外部設(shè)備間建立的直接連接通路。在單向腦機(jī)接口的情況下，計(jì)算機(jī)或者接受腦傳來(lái)的命令，或者發(fā)送信號(hào)到腦（例如視頻重建），但不能同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。而雙向腦機(jī)接口允許腦和外部設(shè)備間的雙向信息交換。

一些實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)從猴和大鼠的大腦皮層上記錄信號(hào)以便操作腦機(jī)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)讓猴只是通過(guò)回想給定的任務(wù)（而沒(méi)有任何動(dòng)作發(fā)生）來(lái)操縱屏幕上的計(jì)算機(jī)光標(biāo)并且控制機(jī)械臂完成簡(jiǎn)單的任務(wù)。另外在貓上進(jìn)行的研究對(duì)視覺(jué)信號(hào)進(jìn)行了解碼。

對(duì)腦機(jī)接口的研究已持續(xù)了超過(guò)40年了。20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，從實(shí)驗(yàn)中獲得的此類(lèi)知識(shí)顯著增長(zhǎng)。在多年來(lái)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐基礎(chǔ)上，應(yīng)用于人體的早期植入設(shè)備被設(shè)計(jì)及制造出來(lái)，用于恢復(fù)損傷的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和肢體運(yùn)動(dòng)能力。研究的主線(xiàn)是大腦不同尋常的皮層可塑性，它與腦機(jī)接口相適應(yīng)，可以像自然肢體那樣控制植入的假肢。在當(dāng)前所取得的技術(shù)與知識(shí)的進(jìn)展之下，腦機(jī)接口研究的先驅(qū)者們可令人信服地嘗試制造出增強(qiáng)人體功能的腦機(jī)接口，而不僅僅止于恢復(fù)人體的功能。這種技術(shù)在以前還只存在于科幻小說(shuō)之中。

今天，如果我們想要看電視，我們需要用手控制遙控器；我們想操縱電腦，也必須使用雙手。然而，也許有一天，我們可以改變這一切，因?yàn)樵诓贿h(yuǎn)的將來(lái)，人類(lèi)與機(jī)器可以直接對(duì)話(huà)，不需通過(guò)肢體，只需要思維。這是在做夢(mèng)嗎？不，這是一項(xiàng)新技術(shù)—“腦機(jī)接口”。
        腦機(jī)接口（Brain-computer Interface，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BCI），是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種人機(jī)接口，它不依賴(lài)于大腦的正常輸出通路（即外圍神經(jīng)和肌肉組織），就可以實(shí)現(xiàn)人腦與外界（計(jì)算機(jī)或其它外部裝置）直接通信的系統(tǒng)。廣義上講，這種通信也可以是雙向的，一方面外界的信息（聲音、需要記憶的內(nèi)容等）可以直接傳入大腦，比如電子耳蝸、大腦記憶芯片等；另一方面大腦可以直接控制外界環(huán)境，本文介紹的是后者。
        BCI技術(shù)的出現(xiàn)，使得用大腦信號(hào)直接控制外界環(huán)境的想法成為可能。要想實(shí)現(xiàn)BCI，有三個(gè)必要條件：第一，必須有一種能夠可靠反映大腦思維的信號(hào)；第二，這種信號(hào)能夠被實(shí)時(shí)且快速的收集；第三，這種信號(hào)有明確的分類(lèi)。目前可用于BCI 的人腦信號(hào)有：EEG（腦電圖），EMG（腦磁圖）和fMRI（功能性核磁共振圖象）等。目前大多數(shù)BCI研究機(jī)構(gòu)采用的大腦信號(hào)是EEG。
        人類(lèi)的每一閃思維，每一種情緒，每一個(gè)想法，在大腦中都會(huì)產(chǎn)生特定的EEG信號(hào)，這種信號(hào)由千百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元共同產(chǎn)生，并在大腦內(nèi)傳播。不同思維情況下產(chǎn)生的神經(jīng)電活動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)出不同的時(shí)空變化模式，會(huì)導(dǎo)致EEG信號(hào)的不同，將檢測(cè)到的EEG信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)或相關(guān)裝置，經(jīng)過(guò)有效的信號(hào)處理與模式識(shí)別后，計(jì)算機(jī)就能識(shí)別出使用者的思維狀態(tài)，并完成所希望的控制行為，比如移動(dòng)光標(biāo)、開(kāi)門(mén)、打字和開(kāi)機(jī)等。

一、基本原理
1.1 BCI系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
         BCI系統(tǒng)一般都具備信號(hào)采集，信號(hào)分析和控制器三個(gè)功能模塊。
         （1）信號(hào)采集：受試者頭部戴上一個(gè)電極帽，采集EEG信號(hào)，并傳送給放大器，信號(hào)一般需放大10000倍左右，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，包括信號(hào)的的濾波和A/D 轉(zhuǎn)換，最后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。
         （2）信號(hào)分析：利用ICA、PCA、FFT、小波分析等方法，從經(jīng)過(guò)預(yù)處理的EEG 信號(hào)中提取與受試者意圖相關(guān)的特定特征量（如頻率變化、幅度變化等）；特征量提取后交給分類(lèi)器進(jìn)行分類(lèi)，分類(lèi)器的輸出即作為控制器的輸入。
         （3）控制器：將已分類(lèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的動(dòng)作，如在顯示器上的光標(biāo)移動(dòng)、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)、字母輸入、控制輪椅、開(kāi)電視等。
         有些BCI系統(tǒng)還設(shè)置了反饋環(huán)節(jié)（如圖1中所示），不僅能讓受試者清楚自己的思維產(chǎn)生的控制結(jié)果，同時(shí)還能夠幫助受試者根據(jù)這個(gè)結(jié)果來(lái)自主調(diào)整腦電信號(hào)，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

BCI系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1.2 BCI分類(lèi)
         BCI系統(tǒng)沒(méi)有固定模式，有多種分類(lèi)方式：
         （1）按照信號(hào)獲取的方式不同可分為有創(chuàng)傷系統(tǒng)和無(wú)創(chuàng)傷系統(tǒng)兩種。有創(chuàng)傷系統(tǒng)需要將電極放置于大腦內(nèi)部，采集大腦內(nèi)部的電信號(hào)，此法更精確，但有一定創(chuàng)傷風(fēng)險(xiǎn)；目前絕大多數(shù)BCI系統(tǒng)為無(wú)創(chuàng)傷系統(tǒng)，毋需動(dòng)手術(shù)，只需在受試者頭上戴上電極帽以記錄EEG信號(hào)，沒(méi)有創(chuàng)傷風(fēng)險(xiǎn)。
         （2）按照信號(hào)控制的方式不同可分為同步系統(tǒng)和異步系統(tǒng)。同步系統(tǒng)要求受試者必須在特定的時(shí)間產(chǎn)生特定的思維意識(shí)，這樣便于信號(hào)分析，目前大多數(shù)BCI系統(tǒng)屬于同步系統(tǒng),一般用于初始階段；異步BCI系統(tǒng)則不限定受試者何時(shí)產(chǎn)生特定的思維意識(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判定并完成相應(yīng)的控制，受試者可以隨心所欲通過(guò)思維來(lái)完成對(duì)外界的控制。真正實(shí)用的BCI系統(tǒng)是異步系統(tǒng)。
         （3）根據(jù)信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性可分為在線(xiàn)系統(tǒng)和離線(xiàn)系統(tǒng)。在線(xiàn)BCI系統(tǒng)中，信號(hào)采樣、處理、分析和控制都是實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)給受試者反饋,大多數(shù)BCI系統(tǒng)是在線(xiàn)系統(tǒng)；離線(xiàn)BCI系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄EEG數(shù)據(jù)，離線(xiàn)分析這些數(shù)據(jù)，一般來(lái)說(shuō)離線(xiàn)BCI系統(tǒng)只用來(lái)評(píng)估測(cè)試和抽取特征量。
         （4）根據(jù)所采用的腦電信號(hào)的不同可分為基于P300的BCI、基于慢皮層電位（SCP）的BCI、基于視覺(jué)誘發(fā)電位（VEP）的BCI、基于事件相關(guān)電位（ERP）的BCI等。
         目前的BCI系統(tǒng)大多是在線(xiàn)的、同步的和無(wú)創(chuàng)傷系統(tǒng)。

二、方法
2.1 EEG 信號(hào)采樣及存儲(chǔ)
         （1）電極
         目前多數(shù)采用按照國(guó)際10~20 系統(tǒng)設(shè)定好電極位置的電極帽來(lái)提取EEG信號(hào)。
         （2）電極數(shù)目的確定和位置的選擇
         在BCI 研究中，需要確定測(cè)量EEG 信號(hào)的電極的數(shù)目。較多的電極數(shù)目，在提高EEG信號(hào)定位的準(zhǔn)確性的同時(shí)增加了處理的復(fù)雜度，建議使用盡可能少的電極。電極位置的選擇取決于BCI系統(tǒng)本身的要求及與EEG信號(hào)特征變化相關(guān)的腦區(qū)。
         （3）預(yù)處理
         信號(hào)采集過(guò)程中，會(huì)夾雜干擾，常見(jiàn)的有市電干擾、眼動(dòng)干擾、聲音干擾等，必須通過(guò)某種方式減弱或除去干擾，同時(shí)保證原有信號(hào)成分特征不被改變。
         （4）存儲(chǔ)
         通過(guò)電極帽采集的信號(hào)是模擬信號(hào)，在輸入到計(jì)算機(jī)處理之前，必須通過(guò)A/D板將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以便存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)一步分析處理。

2.2 BCI 研究中采用EEG信號(hào)的類(lèi)型
         （1）P300
         P300 是一種事件相關(guān)電位，其峰值大約出現(xiàn)在事件發(fā)生后300毫秒，相關(guān)事件發(fā)生的概率越小，所引起的P300越顯著。
         （2）視覺(jué)誘發(fā)電位
        視覺(jué)器官受到光或圖形刺激后，在大腦特定部位所記錄的EEG電位變化，稱(chēng)之為視覺(jué)誘發(fā)電位（VEP）。
         （3）事件相關(guān)同步或去同步電位
        單邊的肢體運(yùn)動(dòng)或想象運(yùn)動(dòng),對(duì)側(cè)腦區(qū)產(chǎn)生事件相關(guān)去同步電位（ERD）,同側(cè)腦區(qū)產(chǎn)生事件相關(guān)同步電位（ERS）。
         （4）皮層慢電位
        皮層慢電位（SCP）是皮層電位的變化，持續(xù)時(shí)間為幾百毫秒到幾秒，實(shí)驗(yàn)者通過(guò)反饋訓(xùn)練學(xué)習(xí)，可以自主控制SCP 幅度產(chǎn)生正向或負(fù)向偏移。
         （5）自發(fā)腦電信號(hào)
        在不同的意識(shí)狀態(tài)下，人們腦電中的不同節(jié)律呈現(xiàn)出各異的活動(dòng)狀態(tài)。按照所在頻段的不同分類(lèi)，一般采用希臘字母（α、β、γ、δ、θ）來(lái)表示不同的自發(fā)EEG 信號(hào)節(jié)律。比如α節(jié)律在8-13Hz頻段，而β節(jié)律則在13-22Hz頻段。
         采用以上幾種腦電信號(hào)作為BCI輸入信號(hào)，具有各自的特點(diǎn)和局限。P300和VEP 都屬于誘發(fā)電位，不需要進(jìn)行訓(xùn)練，其信號(hào)檢測(cè)和處理方法較簡(jiǎn)單且正確率較高，不足之處是需要額外的刺激裝置提供刺激，并且依賴(lài)于人的某種知覺(jué)（如視覺(jué)）。其它幾類(lèi)信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是可以不依賴(lài)外部刺激就可產(chǎn)生，但需要大量的特殊訓(xùn)練。

BCI所使用的EEG信號(hào)

2.3 訓(xùn)練
         時(shí)至今日，大多數(shù)BCI研究主要集中于技術(shù)層面的研究，即如何更好地采集、處理和分類(lèi)EEG信號(hào)。然而，EEG信號(hào)的產(chǎn)生者是人，而不是機(jī)器，他（她）的一舉一動(dòng)都可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。因此，BCI實(shí)驗(yàn)中對(duì)受試者的訓(xùn)練也是值得關(guān)注的。
         如何對(duì)受試者進(jìn)行訓(xùn)練呢？也就是說(shuō)，我們用什么實(shí)驗(yàn)方案？不同的BCI系統(tǒng)采用不同的實(shí)驗(yàn)方案。一般來(lái)講，方案幾個(gè)階段，每個(gè)階段又分成若干小節(jié)，每一小節(jié)大概持續(xù)幾分鐘，每個(gè)方案可能會(huì)持續(xù)半個(gè)小時(shí)到幾個(gè)小時(shí)。
         某些BCI系統(tǒng)基于事件誘發(fā)電位的，如P300 或VEP，并不需要訓(xùn)練，受試者按照指示就能啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。通常，為了實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌_(kāi)展，在初次實(shí)驗(yàn)前，對(duì)受試者都要進(jìn)行訓(xùn)練，只是時(shí)間長(zhǎng)短而已。訓(xùn)練的時(shí)間和過(guò)程因BCI 系統(tǒng)和受試者而異。
         在某些BCI系統(tǒng)中，用戶(hù)必須了解如何自主調(diào)節(jié)自身的EEG信號(hào)幅度，這時(shí)訓(xùn)練是必不可少的，而且訓(xùn)練時(shí)間可能會(huì)很長(zhǎng)；在基于模式識(shí)別的BCI系統(tǒng)中，訓(xùn)練側(cè)重于獲得相應(yīng)的參數(shù)；在基于操作條件方法的BCI系統(tǒng)中，可能需要受試者反復(fù)訓(xùn)練，可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)月才能達(dá)到預(yù)計(jì)的效果。

2.4 反饋
         大多數(shù)BCI系統(tǒng)是需要反饋的，最常見(jiàn)的反饋形式是光標(biāo)控制，受試者把光標(biāo)移到指定目標(biāo)位置，只能使用上/下或左/右兩組命令。一開(kāi)始，光標(biāo)在屏幕中央，每一節(jié)以光標(biāo)碰到目標(biāo)位置或相反位置為結(jié)束。當(dāng)碰到目標(biāo)位置，光標(biāo)會(huì)閃爍，說(shuō)明成功；這種反饋能夠加強(qiáng)受試者用意念操作光標(biāo)的信心。光標(biāo)控制提供的反饋是持續(xù)性反饋，受試者能夠親眼看到自己意念驅(qū)動(dòng)光標(biāo)在移動(dòng)，如方向不對(duì)可以及時(shí)調(diào)整。
         在BCI系統(tǒng)中，特別是基于操作條件的BCI系統(tǒng)中，反饋是必要的，受試者需要知道哪種意念能夠移動(dòng)光標(biāo)朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，反饋既有好處也有負(fù)面影響。
         1、好處：
         （1）激勵(lì)持續(xù)性實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力。看不到結(jié)果的實(shí)驗(yàn)令人沮喪，不斷看到自己能用意念操縱光標(biāo)朝目的地移動(dòng)無(wú)疑是一種巨大的激勵(lì)。
         （2）吸引受試者的注意力。不斷有進(jìn)展，會(huì)使受試者倍感興趣，注意力不易分散。
         （3）提供反饋給信號(hào)處理模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
         2、負(fù)面影響
         （1）反饋可能會(huì)引起意念“不純”。反饋會(huì)使受試者會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)以外的意念，從而使采集的EEG信號(hào)并不僅僅反映實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。
         （2）反饋的結(jié)果會(huì)對(duì)受試者EEG信號(hào)有影響。如光標(biāo)移動(dòng)中，正確的移動(dòng)會(huì)使受試者加快移動(dòng)速度；錯(cuò)誤的移動(dòng)會(huì)使受試者喪氣，兩者都會(huì)對(duì)EEG信號(hào)產(chǎn)生影響。
         （3）視覺(jué)刺激反饋可能會(huì)影響?節(jié)律。

2.5 算法
         BCI的算法是指在信號(hào)處理階段，能夠?qū)CI 輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)實(shí)際裝置進(jìn)行控制的命令的一系列信號(hào)處理算法，也就是說(shuō)，這些算法可以從當(dāng)前使用者的腦電信號(hào)獲得抽象的特征向量，并將這些向量轉(zhuǎn)化為決定設(shè)備控制的命令。一般來(lái)講，這些特征量是包含在特定的頻率段內(nèi)，如果某一特征量代表的思維狀態(tài)過(guò)多，交叉過(guò)大，使用這一特征量就很難區(qū)分不同思維狀態(tài)；反之，如果某一特征量能夠嚴(yán)格區(qū)分不同思維狀態(tài)，使用這一特征量就能具有很好的功效。總之，無(wú)論采用哪種算法，都以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能及良好的實(shí)用性為目的。
         下面簡(jiǎn)單介紹幾種在信號(hào)處理階段實(shí)際用到的算法：
         （1）獨(dú)立分量分析（ICA）
         在腦機(jī)接口分析中的應(yīng)用ICA 方法可從腦電信號(hào)中分離出各種不同的獨(dú)立分量。在進(jìn)行預(yù)處理之后，可以繼而通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如進(jìn)行鼠標(biāo)移動(dòng)、手的想象移動(dòng)、開(kāi)燈等，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行特征分析和提取，提取進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)時(shí)的腦電信號(hào)特征，從中發(fā)現(xiàn)與之相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定的思維腦電獨(dú)立分量模式，進(jìn)而用于BCI信號(hào)的分類(lèi)。
         （2）小波變換
         對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解，分析EEG信號(hào)的分布特點(diǎn)，選擇EEG信號(hào)能量相對(duì)集中且能較好地反映信號(hào)主要特征的頻帶設(shè)計(jì)小波時(shí)頻濾波器。小波變換能準(zhǔn)確快速地提取出有明顯特征的EEG信號(hào)，有利于提高腦機(jī)接口通信速度及正確率。
         （3）遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）
         用遺傳算法對(duì)特征信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，要從檢測(cè)到的腦電信號(hào)中抽提出大量的特征信號(hào)，然后通過(guò)遺傳算法去除偽特征信號(hào)，保留有用的特征信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這種算法的特點(diǎn)是要對(duì)特征信號(hào)進(jìn)行大量的分析運(yùn)算，從中找到各種特征參數(shù)，然后從中挑取最優(yōu)的部分，算法的運(yùn)算量較大。
         還有其他很多算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯-卡爾曼濾波、線(xiàn)性判別分析等，在此就不一一闡述。

三、研究現(xiàn)狀
         正式研究BCI的時(shí)間至今不足20年，目前絕大部分BCI研究處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚無(wú)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。1999年和2002年兩次BCI國(guó)際會(huì)議的召開(kāi)以及2006年即將召開(kāi)的第三屆BCI國(guó)際會(huì)議，為BCI的發(fā)展推波助瀾。下面是一些國(guó)際上BCI研究有影響的實(shí)驗(yàn)室：
         1、奧地利Graz理工大學(xué)
         Pfurtscheller等人采用事件相關(guān)同步/去同步 (ERS/ERD) 電位作為BCI信號(hào)輸入。在這套系統(tǒng)中，受試者可以控制光標(biāo)的移動(dòng)。
         2、美國(guó)Wadsworth中心
         Wolpaw等人訓(xùn)練受試者自由調(diào)節(jié)自身?節(jié)律，并通過(guò)?節(jié)律的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)光標(biāo)移動(dòng)、字母拼寫(xiě)和假肢控制等功能。由于靈活控制自身?節(jié)律變化比較困難，所以并不是每個(gè)受試者都能學(xué)會(huì)使用這套裝置。
         3、德國(guó)Tübingen大學(xué)
         Birbaumer等人設(shè)計(jì)了一個(gè)名為思想翻譯器（Thought Translation Device，TTD）的裝置，通過(guò)慢皮層電位（SCP）的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的控制，使用視覺(jué)反饋，實(shí)現(xiàn)了字母拼寫(xiě)等功能。
         4、美國(guó)伊利若斯大學(xué)
         Farwell和Donchin采用P300誘發(fā)電位作為BCI信號(hào)輸入。在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示一個(gè)6?6包含36個(gè)字母的格子，使用者要求選擇一個(gè)特定字母，每行和每列都在閃爍，頻率為10Hz，計(jì)算對(duì)每行和每列閃爍的平均反應(yīng)，測(cè)量P300幅值。對(duì)包含特定字母的行和列的反應(yīng)幅度最大，根據(jù)這個(gè)特性就可以從P300誘發(fā)電位中“找到”特定字母。
         5、美國(guó)Smith-Kettlewell視覺(jué)科學(xué)研究所
         Sutter等人設(shè)計(jì)的腦反應(yīng)接口以對(duì)視覺(jué)刺激反應(yīng)中所產(chǎn)生的視覺(jué)誘發(fā)電位（VEP）作為BCI信號(hào)輸入，通過(guò)誘發(fā)電位選擇計(jì)算機(jī)顯示屏上某一特定部分，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)選擇的功能。
         6、我國(guó)清華大學(xué)
         高上凱等人深入分析了穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位（SSVEP）的特征和提取方法，設(shè)計(jì)了具有高傳輸速率的基于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位的腦機(jī)接口系統(tǒng)，可用于殘疾人的動(dòng)作控制或環(huán)境設(shè)備控制等領(lǐng)域。
         以上幾種BCI系統(tǒng)間的比較。

不同BCI間的比較

其中速度值為平均速度，N/A表示沒(méi)有數(shù)據(jù)報(bào)道或沒(méi)有討論。

四、存在的問(wèn)題
        BCI既是一門(mén)新興的研究領(lǐng)域,作為一門(mén)交叉學(xué)科,涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理認(rèn)知科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、數(shù)學(xué)、信號(hào)處理、臨床醫(yī)學(xué)、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域。仍有大量的問(wèn)題尚待解決，目前主要存在以下問(wèn)題：
        1、速度太慢。從整體性能上看，大多數(shù)信息傳輸率在20比特/分鐘以下，對(duì)于一些實(shí)際應(yīng)用還太慢。
        2、穩(wěn)定性不高。系統(tǒng)穩(wěn)定性隨研究方法、受試者和控制系統(tǒng)不同變化較大；缺乏自適應(yīng)能力。
        3、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前尚無(wú)統(tǒng)一的BCI基礎(chǔ)理論框架，兼容性較差。
        4、實(shí)用性不強(qiáng)。目前的BCI系統(tǒng)大多都是在特定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下設(shè)計(jì)，真正在日常生活環(huán)境下的應(yīng)用極少； BCI裝置的制作費(fèi)用一般都很昂貴；這些都使得BCI系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用受到限制。
        5、采樣信號(hào)缺乏具體意義。很難把腦電信號(hào)類(lèi)型與心理意識(shí)活動(dòng)直接聯(lián)系起來(lái)。
        6、沒(méi)有統(tǒng)一信號(hào)處理方法。信號(hào)處理方法是目前BCI研究的重點(diǎn),由于百家爭(zhēng)鳴也造成目前研究方法的多樣性，特征提取方法和分類(lèi)方法沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有任何一種信號(hào)處理方法能夠?yàn)樗蠦CI研究者所采納。
        7、反饋的必需性。要不要反饋？如何反饋？目前仍有爭(zhēng)議。一方面，反饋提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,同時(shí)，另一方面，反饋也給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)額外的負(fù)荷，可能會(huì)降低信息傳輸率，同時(shí)也給受試者帶來(lái)操作上的困難。
        8、訓(xùn)練的必要性。目前對(duì)要不要訓(xùn)練及采取何種訓(xùn)練尚有不同觀點(diǎn).有些BCI系統(tǒng)還需要較長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練過(guò)程，需要受試者掌握改變自身腦電變化的技巧，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，容易產(chǎn)生疲憊和反感。
        9、難以持續(xù)性工作。目前大多數(shù)BCI系統(tǒng)都只是在特定范圍內(nèi)工作，系統(tǒng)的連續(xù)工作能力受到了限制，受試者難以在實(shí)驗(yàn)中實(shí)時(shí)“觀察”自己所有的意識(shí)。
        10、個(gè)體差異造成很大影響。由于每個(gè)人的思維方式、行為習(xí)慣等都不完全一樣，需要針對(duì)每一類(lèi)人設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)和訓(xùn)練方法。即使是同一個(gè)人,由于他（她）的注意力、身體狀況、心理狀況、情緒態(tài)度、操作適用性、目的性等的改變，也可能會(huì)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，造成已設(shè)計(jì)好的BCI裝置可能無(wú)法繼續(xù)使用。

五、應(yīng)用前景
        由于BCI系統(tǒng)可以不依賴(lài)于外部肌肉和神經(jīng)就可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，因此有著極為廣闊的應(yīng)用前景。目前，BCI的應(yīng)用主要集中于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、人工智能的實(shí)現(xiàn)以及提供新型的娛樂(lè)方式。
5.1 在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用
        在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，BCI 可以幫助肢體障礙患者提高他們的生活質(zhì)量。
        1、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的通信。通過(guò)BCI能夠使用電腦瀏覽網(wǎng)頁(yè)、撥打電話(huà)和模擬閱讀等。
        2、控制周?chē)h(huán)境。通過(guò)BCI可以控制輪椅、開(kāi)門(mén)、開(kāi)燈等。
        3、運(yùn)動(dòng)康復(fù)。通過(guò)BCI 控制康復(fù)機(jī)器人的方法，輔助傷殘人士進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能重建和生活自理。
        4、治療。BCI 技術(shù)可以為將來(lái)治療技術(shù)的發(fā)展起到推動(dòng)作用，如利用深層大腦激勵(lì)來(lái)治療帕金森病。
5.2 在醫(yī)學(xué)以外的其它方面的應(yīng)用
        雖然目前BCI 系統(tǒng)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是為殘疾人提供幫助，但是BCI的用途決不僅僅限于在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用，在其它諸多領(lǐng)域都可以得到廣泛的應(yīng)用。
        1、特殊環(huán)境作業(yè)。例如，宇航員可以應(yīng)用BCI監(jiān)控遠(yuǎn)距離的儀器設(shè)備；控制機(jī)器人在危險(xiǎn)或不適宜人工操作的環(huán)境中工作。
        2、BCI可以為電子游戲提供附加控制。當(dāng)前流行的電子游戲是要操作者靠鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或操縱桿來(lái)進(jìn)行操作的，如果能夠?qū)崿F(xiàn)靠“思想”就能完成控制的電子游戲，一定會(huì)吸引更多的游戲愛(ài)好者。
        3、在藝術(shù)領(lǐng)域中，可使用BCI來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新。例如，生物收音機(jī)、人腦化音樂(lè)設(shè)備等。
        4、生物身份識(shí)別。由于EEG信號(hào)有特異性，在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)一種交互式、主動(dòng)型的人體身份驗(yàn)證系統(tǒng)。
        從理論上講，只要有神經(jīng)電參與并可分類(lèi)的通信系統(tǒng)，都可以應(yīng)用BCI技術(shù)。

總結(jié)
        在過(guò)去的十幾年中，BCI 的研究發(fā)展十分迅猛，目前的BCI 研究主要是為某些患者（一般指思維正常但有運(yùn)動(dòng)障礙的病人）提供一種與外界交流的手段或控制外界的方式以及協(xié)助其康復(fù).隨著對(duì)人腦結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識(shí)的愈加清晰，提取腦電信號(hào)技術(shù)手段的提高，以及高效率、低成本的計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),BCI 研究人員將研究出“更快、更準(zhǔn)、更易”的BCI技術(shù)。當(dāng)然，在BCI的發(fā)展中仍存在著諸多挑戰(zhàn)。比如，目前尚無(wú)一個(gè)BCI 系統(tǒng)可以做到既精確又能實(shí)現(xiàn)快速控制；還沒(méi)有真正的商業(yè)化產(chǎn)品問(wèn)世。
        總之，BCI研究有著廣闊的前景，不僅加強(qiáng)對(duì)人自身的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也將改變?nèi)祟?lèi)的生活方式。