樹莓派都能做腦機介面了：實時處理8個電極訊號 人人用得起
只需要一塊樹莓派的板子，就可以做一個腦機介面？沒有開玩笑，這位俄羅斯小哥 Rakhmatulin 還真做出來了，這接地氣的設備只用一塊樹莓派板子做處理器，可以實時處理八個大腦電訊號：
不信來看看實時訊號影像：
這些有規律的波形就是大腦在進行活動時產生的電訊號。目前這個項目已經開源，成本也不高，如果想自己動手做一個腦機介面，機不可失，趕快來學一學~
樹莓派腦機介面
在製作設備之前，我們要先有一個大致的框架。腦機介面的框架很好理解：首先從腦殼上讀取生物電訊號，然後傳到處理器中處理，最後用輸出訊號控制其他設備。
所以第一步就是要讀取腦中的生物訊號，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國際 10-20 系統（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，例如 F 為額葉，P 是頂葉，T 是顳葉等：
▲ 圖註：國際 10-20 系統
當大腦在進行不同的活動時，也會同時產生可以區分的電訊號模式。這樣這些電極就可以檢測到電訊號，用以進行後續的分析處理。
有了腦訊號之後，接下來第二步，就是對訊號的處理了。這裡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構：
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 個接偏移訊號。右邊的管腳用來傳輸數據，取樣率為每秒 250 次到每秒 16000 次。Rakhmatulin 已經在 GitHub 開源了實時訊號檢測和處理的程式碼。
接上電源、顯示器，戴上小帽子之後，硬體部分就萬事俱備了：
▲ 圖註：硬體部分
現在我們要做的就是做一些簡單的動作，讓大腦產生電訊號。在測試中，Rakhmatulin 採用了「咀嚼」和「眨眼」這兩個動作。
每次做咀嚼動作的時候，電訊號都會有一個峰值出現，為了能夠從波形圖上清晰地看到腦訊號的變化，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。
然後通過處理器記錄八個電極產生的八條訊號（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的電訊號峰值出現，並且按照動作次數排列。在咀嚼動作之後，小哥又做了四組眨眼的動作，每組眨眼次數也依次是 4、3、2、1 下。
同樣地，這些電訊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訊號，後四組波動是眨眼的電訊號：
通過帶通濾波器之後波形更加清晰，4、3、2、1，4、3、2、1… 像是腦訊號在跳廣播體操：
到這裡，腦機介面的使命就已經完成了，從處理器中輸出的訊號可以接到其他設備上去，形成不同的指令，例如指揮機械臂，玩具車，無人機等等。怎麼樣？是不是很簡單？全程沒有複雜的硬體設備，自己在家就可以做，有條件的可以動起手來啦~
如果實在不想動手，也可以關注小哥官網的公告，眾籌活動即將上線：
作者簡介
這個項目的開發者 Ildar Rakhmatulin 是一位電氣工程師，畢業於俄羅斯南烏拉爾國立大學。
這哥們在做腦機介面之前，還用樹莓派做了一個檢測蚊子的處理器，還可以發射雷射消滅蚊子。
最近，他還和同伴 Sebastian V?lkl 一起經營一家公司，希望能提供給人們經濟實惠的腦機介面設備。
參考鏈接：
[1]//github.com/Ildaron/EEGwithRaspberryPI
[2]//www.hackerbci.com/
[3]//arxiv.org/abs/2201.02228
