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脑电波 编辑
人的大脑是由数以万计的神经元组成的,脑电波就是这些神经元之间的活动产生的电信号,这些神经元之间的连接有的是兴奋的,有的是抑制的;思维活动就是反应这些神经元之间的联系,大脑中的神经元会接收来自其他神经元的信号,当这一些信号的能量积累量超过一定的阐值时,就会产生脑电波,为了检测到脑电波,人’们通常将电极放置在人的头皮上来检测脑电波信号,再应用相关的设备进行脑波的收集与处理。
脑电波中单导联脑电信号确定性较差、随机性强,非线性研究受到一定的限制,识别结果较差;而多导联脑电信号包含着更多的脑活动的信息,它更能反映脑活动的整体信息。
早在1857年,英国的一位青年生理科学工作者卡通(R.Caton)在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动,并发表了“脑灰质电现象的研究”论文,但当时并没有引起重视。十五年后,贝克(A.Beck)再一次发表脑电波的论文,才掀起研究脑电现象的热潮,直至1924年德国的精神病学家贝格尔(H.Berger)看到电鳗发出电气,认为人类身上必然有相同的现象,才真正地记录到了人脑的脑电波,从此诞生了人的脑电图。
2020年3月30日,美国加州大学旧金山分校的科研团队使用人工智能(AI)解码系统,把人的脑电波转译成英文句子,最低平均错误率只有3%。这项研究发表在《自然·神经科学》杂志上。
在直接从脑电波中解码语音的研究中,脑机接口系统仅限于解码单音节,或在志愿者连续念出约100个单词的情况下,只正确解码不到40%的单词。
研究团队从机器翻译中获得启发,训练了一种循环神经网络。研究中,4名志愿者被要求大声重复朗读30至50句话。他们大脑外侧皮质上分布着大量微电极,可以监测到相应的大脑神经活动。这些脑电波数据输入人工智能系统后,先被编码成一串序列,然后解码成相应的英文句子。
这项研究展示了以高精度和自然语速来解码皮层脑电图。在对其中一个志愿者的脑电波解码任务中,平均每句话只有3%需要纠正——胜过专业人工速记员平均5%的错误率。
现代科学研究表明,人脑工作时会产生自发性电生理活动,该活动可通过专用的脑电记录仪以脑电波的形式表现出,在脑电研究中,至少存在有四个重要的波段。
脑电波是一些自发的有节律的神经电活动,其频率变动范围在每秒1-30次之间的,可划分为四个波段,即δ(0.5-3Hz)、θ(4-7Hz)、α(8-13Hz)、β(14-30Hz)。除此之外,在觉醒并专注于某一事时,常可见一种频率较β波更高的γ波,其频率为30~80Hz,波幅范围不定;而在睡眠时还可出现另一些波形较为特殊的正常脑电波,如驼峰波、σ波、λ波、κ-复合波、μ波等。
δ波
频率为0.5~3Hz,幅度为20~200μV。当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡或麻醉状态下,可在颞叶和枕叶记录到这种波段。
θ波
频率为4~7Hz,幅度为100~150μV。在成年人意愿受挫或者抑郁以及精神病患者中这种波极为显著。但此波为少年(10-17岁)的脑电图中的主要成分。
α波
频率为8~13Hz(平均数为10Hz),幅度为20~100μV。它是正常人脑电波的基本节律,如果没有外加的刺激,其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显,睁开眼睛(受到光刺激)或接受其它刺激时,α波即刻消失。
β波
频率为14~30Hz,幅度为5~20μV。当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波,当人从噩梦中惊醒时,原来的慢波节律可立即被该节律所替代。
在人心情愉悦或静思冥想时,一直兴奋的β波、δ波或θ波此刻弱了下来,α波相对来说得到了强化。因为这种波形最接近右脑的脑电生物节律,于是人的灵感状态就出现了。