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脑电

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脑电图(EEG)是脑机接口领域应用最广泛的信号采集技术,以低成本、便携和非侵入的优势支撑着从实验室研究到消费级产品的广泛场景。本专题汇集 EEG 硬件、信号处理方法与新型电极材料的最新进展。

2026 年 9 月

研究改进跨被试运动想象脑电分类,在四个数据集上测试

研究提出一种新模型,尝试减少不同参与者之间脑电信号差异对运动想象分类的影响。模型结合更全面的深层特征表示与域适应学习,让分类器学习不同参与者之间可共用的信息。研究在4个基准数据集上进行测试,平均准确率分别为84.34%、89.59%、73.32%和87.75%;作者报告,其表现优于所比较的先进深度域适应模型。研究还通过消融实验评估两个核心模块的作用。这些结果来自数据集分类测试,说明的是跨被试识别表现,不能直接视为在线脑机接口控制或康复疗效的证据。

新型适配器利用图像局部特征,脑电识别所见图片准确率达95.4%

人看到一张图片时,大脑会留下可测量的电信号和磁信号,能否据此反推他看的是哪张图?多数现有方法只把脑信号和图像的一个整体特征做匹配。这项研究改用视觉模型中间层的全部局部图块特征,设计了一个轻量的残差补丁适配器(RPA)。在公开的THINGS-EEG2脑电数据集上,同一受试者内的Top-1识别准确率为95.4%,跨受试者为35.5%;在THINGS-MEG脑磁图数据集上分别为65.2%和6.7%。作者称在两个数据集上均达到当前最佳水平。分析显示,颜色、纹理等低层视觉特征与高层语义同样重要。该研究为预印本,尚未经同行评审。

脑损伤儿童戴脑电头环玩游戏做康复

新加坡竹脚妇幼医院登记了一项脑机接口神经反馈训练(BCI-NFT)临床试验,面向7至21岁获得性脑损伤儿童和青少年,覆盖脑外伤、卒中、脑炎、脑肿瘤和癫痫等病因。干预组将在10周内完成12次训练,每次约60分钟,佩戴无线脑电头带与神经反馈电脑游戏互动;对照组先接受标准照护再交叉进入训练。研究同时纳入一组无脑损伤史的同龄人,提供正常脑电数据作对照。试验计划入组70人,主要终点预计2028年2月读出。

两个枕叶电极解码眨眼与扫视,准确率72.37%

波兰研究团队只用了脑电头环上的两个枕叶电极(O1、O2),就把眨眼、左扫视、右扫视和中性状态四类眼动事件区分开来,测试准确率72.37%。做法不是训练一个更强的模型,而是把四个一维卷积网络拆成二分类专家,再用堆叠泛化让一个元分类器解决专家之间的冲突。有意思的是,单独表现最差的弱专家,组合起来反而效果最好。发布这项工作的Neurotechnology是一家脑电硬件厂商,旗下BrainAccess品牌做消费级脑电头环,HALO是它的四通道便携头环产品,配套软件免费提供。眼动追踪通常需要专用设备,这项研究说明消费级脑电头环的两个枕叶通道也能读出眨眼和扫视。但数据只来自4名健康参与者、共1,284个样本,离替代眼动仪还有距离。

90名学习者试用脑机接口自适应教学平台,实验组知识保留率更高

这项研究让90名学习者分成两组,一组用脑机接口实时读取注意力、认知负荷和精神疲劳,据此调整教学内容和节奏;另一组按传统在线课程学习。实验组在持续参与度和知识保留上表现更好。研究采用混合方法,定量数据包括前后测成绩、任务完成率和神经活动指标,定性数据来自问卷调查和半结构化访谈,用于衡量学习者感知到的参与度、可用性和整体学习体验。90名参与者分别来自English House Language Center、亚美尼亚欧洲大学和Mesrop Mashtots大学。研究者同时提出,在教育场景采集和使用神经数据,隐私、伦理与可及性问题尚未解决。

Bio-MF一步生成近红外数据,混合脑机接口解码提速857倍

混合运动想象脑机接口将脑电与功能性近红外两种模态结合,利用电生理与血流动力学信息的互补优势提升解码精度,但实际使用中需同时佩戴两套采集设备,操作不便且成本较高。此前基于扩散模型的跨模态生成方法需上千步迭代,延迟过高,难以用于实时场景。陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室与微软(北京)的研究者提出Bio-MF框架,采用一步生成策略直接从脑电信号预测近红外波形,在一块RTX PRO 6000 GPU上仅需7毫秒即完成一次生成,比1000步扩散模型快857倍。在数据集1上,脑电加合成近红外比仅用脑电的分类准确率提高3.37至4.15个百分点;在数据集2未见过的64通道脑电布局下,提升为2.50至2.98个百分点。该研究为预印本,尚未经同行评审,所有验证均基于离线数据。

移动脑电到底有多移动?CoME 框架用四个维度说清楚

让受试者在跑步机上走路,和让他背着记录设备在户外自由行走,都可以叫移动脑电,但两者的自由度差得很远。2017年提出的 CoME 框架用设备移动性、受试者移动性、系统规格和通道数四个维度给一项研究打分,比如(2D, 4P, 17S, 32C)。设备移动性和受试者移动性必须分开看:头戴式系统做静息态记录,设备分很高,受试者移动性仍是0P。这个框架不是产品排行榜,分数高不等于系统更好。

iMINDBench 发布:跨机构颅内脑电解码有了统一考卷

颅内脑电信号来自植入大脑内部的电极,一直被看作解码人的意图的理想信号来源,但各家数据集和预处理方式不同,模型到底有没有变好很难说清。研究团队把三家机构的自然观影数据、15项解码任务、统一的预处理流程和固定的评估划分放进同一个基准,结果发现:预训练系统在自己那套预处理流程里通常能赢过基线,可换到别的机构数据上,传统频谱基线的表现依然有竞争力。更值得注意的是,把其他受试者或其他机构的数据增加到25倍,相比只用同一场次数据训练,提升依然有限,甚至要看具体任务。

单通道脑电去噪新框架SPAR-EEG:P300拼写准确率提升7.8个百分点

可穿戴神经技术与脑机接口应用,包括辅助交互界面和临床监测,都希望用上单通道脑电,因为电极少、佩戴负担轻。但单通道脑电信号中的肌电、眼电和运动伪迹难以去除,尤其在缺少辅助通道、伪迹标签或人工挑选的干净基线片段时。SPAR-EEG框架无需这些额外条件,对每个脑电分段施加三段针对特定伪迹的衰减处理:基于变分模态分解的一段处理高频肌电爆发,基于奇异谱分析的两段分别处理眨眼样眼电瞬变和缓慢运动漂移。它在26个信噪比水平上均取得最优伪迹区信噪比改善,并在仅用FP1和FP2两个导联的P300拼写任务中把最终准确率提高7.8个百分点。

Ceribell脑电分析软件获美国FDA 510(k)许可

美国医疗器械公司Ceribell的“Ceribell EEG Analysis Software”获得美国食品药品监督管理局(FDA)510(k)许可,审评结论为与已上市产品“实质等同”。这款软件对脑电信号做定量分析,FDA将其归为II类器械,归口神经科审评。510(k)是美国中等风险器械上市前的常规路径,只需证明与已有产品同等安全有效,不同于高风险器械所需的上市前批准。FDA公开的审评记录未说明软件的具体适应证和分析功能。

成人探索研究发现脑机接口学习表现与阅读进步相关

研究者开发了一种结合听觉输入与视觉反馈的非侵入式脑机接口,通过头皮脑电采集信号,目标是改善发展性阅读障碍相关的语音加工,并首先在有、无阅读障碍的成人中测试。参与者完成16次训练,前后接受语音意识和阅读能力评估。在学会使用脑机接口的参与者中,包括阅读障碍组和控制组,离线脑机接口分数与非词阅读能力的提高显著相关;脑机接口学习表现还与真实单词阅读及声音振幅上升时间辨别能力的改善显著相关。这些关联不能证明训练导致阅读改善,也不能直接外推至婴儿或儿童。本研究为预印本,尚未经同行评审。

神经行波分析新方法在狨猴与人类脑电中识别相反传播模式

研究人员提出一种神经行波分析框架,并在狨猴皮层脑电和人类脑电数据中识别出沿相反方向传播的活动模式。这些行波集中在特定的空间和时间频率范围,涉及alpha及低beta频段,传播速度被作者评估为符合生理范围。新框架同时分析时间频率、空间频率与传播方向,可适用于不规则传感器布局,并帮助区分传播的波与驻波。研究还提出用于单次试验检测的方法。结果涉及动物和人类神经信号分析,不代表脑机接口控制性能或临床效果已获改善;该研究为未经同行评审的预印本。

129篇脑电脑机接口论文盘点:六成说明数据可用,仅两成公开代码

公开的脑电脑机接口数据集越来越多,但电极怎么摆、任务怎么定义、数据怎么预处理、受试者情况怎么记录,各家都不一样,结果就是数据很难跨数据集复用,别人也很难复现。这篇综述从16920条记录里筛出129篇文献,按结构、语义、流程、受试者背景和计算五个层面梳理了这种碎片化,并用10项标准评估报告透明度,中位数为9分。数据可用性在61.2%的文献中有说明,代码或流程可用性只有20.9%。作者认为,现有标准、本体、软件平台和迁移学习方法各自解决了部分问题,但还做不到完整的语义互操作。

8通道脑电加VR头显:单受试者实时判断准确率最高达90%

研究团队用一块8通道OpenBCI Cyton板、一顶按国际10-20系统布置的脑电帽和一台Meta Quest 2头显,采集运动想象与注意力信号,在信号稳定时用EEGNet模型做到最高90%的受试者特异性在线分类准确率。研究面向注意缺陷多动障碍(ADHD)的认知控制训练,把脑电传感器整合进虚拟现实严肃游戏,目标是让使用者实时控制心理状态;此前方案多用多通道系统,硬件复杂,且未把运动想象与注意力水平结合起来。研究同时记录了高阻抗、通道饱和与头显绑带机械张力带来的伪迹,说明低成本配置要真正可用,先得管住皮肤电极阻抗和机械干扰。这是一项单例可行性研究,未做临床评估。

混合脑电与近红外并未提升脑控电刺激表现,16人随机试验显示两组无差异

把脑电和功能性近红外两种信号合在一起,能不能让脑控电刺激更准?16名健康志愿者完成的盲法随机试验给出的答案是否定的:混合组与纯脑电组在实时三分类召回率、能动感、注意力和身体舒适度上均无统计学显著差异,混合组中位召回率53.5%,纯脑电组57.3%。研究同时公开了完整的脑电-近红外数据集。

MINTS研究方案拟让卒中患者在家开展运动想象训练

MINTS研究方案拟纳入21名卒中后至少6个月、仍有上肢运动障碍的患者,在家开展14次运动想象神经反馈训练,即想象动作并接收脑活动反馈。训练使用移动脑电,每隔一天进行一次。研究采用单组设计,在各人长度不同的训练前观察期及训练期间反复测量,追踪脑活动与运动表现的变化。主要评估脑电活动及反映脑功能连接的指标,同时结合脑成像、运动功能测试和日常活动监测,并设置探索性3个月随访。这是一项尚未经同行评审的研究方案,尚无训练效果数据。

脑电与脑磁联合解码想象动作,中位准确率达79.4%

研究者提出两阶段学习框架FUSE,将同步记录的脑电与脑磁信号用于运动想象分类,并在20名参与者的数据上评估。与传统手工频谱特征相比,学习得到的表征使中位分类准确率从73.4%提高至79.4%。联合使用两类信号的中位准确率也高于仅用脑磁的68.0%和仅用脑电的76.5%,但相对脑电的增幅较小。研究还测试了跨参与者迁移:超过一半的跨受试者模型,与对应的受试者专属模型相比,准确率差距在1个百分点以内。结果涉及信号分类与表征迁移,并非临床疗效验证。本研究为预印本,尚未经同行评审。

跨脑区波形预测覆盖56条通路,精度高于13种对照模型

研究人员提出跨脑区信号转换框架NeuroGate,尝试用一个已记录脑区的信号,预测另一个未记录脑区的波形。在涵盖啮齿动物局部场电位、人类立体定向脑电和皮层脑电,以及头皮脑电的56条通路上,其波形预测精度优于13个深度学习和线性基线模型。研究还通过沉默梨状皮层输出检验预测方向性:梨状皮层至嗅球的预测在全部8轮交叉验证中失效,反向预测则得以保留。作者认为,这一结果与单突触解剖结构相符,并展示了评估记录信号冗余、检验方向性转换的应用。本研究为预印本,尚未经同行评审。

低成本8通道脑电设备解码驾驶转向想象,平均准确率66.80%

开车时想着往左打方向盘还是往右打,能不能从脑电里读出来?武汉理工大学等单位的研究团队设计了一种贴近真实驾驶的运动想象范式:受试者只想象用右手转动方向盘,向左或向右。运动想象指不实际动手、只在脑中演练动作,大脑运动区仍会出现可测的节律变化。团队用一台仅有8个电极的低成本OpenBCI设备采集了12名受试者的脑电,发现左右转向想象在头顶中央区域产生可区分的信号模式。他们开发的SMB-TCSAN解码模型在转向方向数据集上取得66.80%的平均分类准确率。研究者称这只是初步验证低成本、少通道设备的可行性,距离辅助驾驶应用仍有距离。

大语言模型补全意图,P300拼写击键次数减少超过62%

这篇综述梳理了P300脑机接口从经典拼写器到AI代理的演进路径。P300是大脑看到罕见刺激后约300毫秒出现的正向电位,系统靠它判断用户想选哪个字符。综述指出,ChatBCI、MindChat等近期系统把P300拼写器与大语言模型结合,击键次数减少超过62%,通信速度提高到近三倍。作者还提出一套端到端架构:脑电头戴设备加实时CNN检测器,再加一层由大语言模型规划器和物联网控制接口组成的AI代理层。

各向异性水凝胶电极实现P300与SSVEP信号采集

非侵入式脑机接口的电极长期在导电性、贴合度和耐用性之间取舍。一种通过原位定向冷冻共聚制备的导电水凝胶,内部形成垂直排列的离子通道与互连纳米孔网络,导电性优于常规水凝胶电极。在初步的P300与稳态视觉诱发电位(SSVEP)实验中,这种电极采集到的信号质量与常规湿电极和干电极基准相当,同时具备与组织匹配的压缩模量、高延展性、皮肤黏附性和快速自愈合能力。论文把上述实验定位为可行性验证,未报告长期佩戴稳定性、规模化制备或人体临床试验数据。

脑电脑机接口尝试叠加两种想象,可区分状态扩展至8类

主动式脑机接口靠用户在脑中想象动作来发指令,无需身体实际运动,但常用的运动想象只能区分少数几种状态,可用指令有限。加拿大纽芬兰纪念大学电气与计算机工程系的研究人员让受试者同时做两件事:一边想象唱歌,一边想象动单手或双脚,称为双意象任务。研究团队记录14名健康参与者的脑电,用滤波器组共空间模式提取特征、正则化线性判别分析分类。结果显示,这类叠加想象能与各自的单一想象及静息状态区分开:3类和4类分类准确率最高达64.1%和63.0%;扩展到7类和8类时,平均准确率约55%和50%,远高于14.3%和12.5%的随机水平。作者坦言,这一准确率还不足以支撑实用的多指令脑机接口,但证明了组合想象这条路可行。

乘客脑电帮自动驾驶AI提前识别风险,模型平衡准确率95.3%

研究者让乘客在高度自动化车辆中观看驾驶场景,同时记录脑电信号,训练模型判断前方是否存在风险以及危险出现在哪里。3D-CRNN在风险预测任务上达到95.3%±2.7%的平衡准确率,危险识别从80.9%提升到85.0%;跨被试测试中,模型对未见过乘客的平衡准确率降至64.9%±8.5%,说明离实际部署仍有距离。

随机森林算法识别真实与想象动作,消费级脑电也能用

受试者做动作和只在脑中想象动作,脑电信号能不能被机器分开?一项预印本研究用随机森林算法在消费级和研究级脑电系统上做了测试,结果显示算法能区分两类活动,还能判断出对应的是身体哪个部位。脑电是理解大脑与人体运动相关电活动的基础工具,脑机接口正是利用这类电活动开发辅助技术,尤其是面向身体残障人士的技术;但从脑电信号中提取特征和模式仍然复杂,因此常交由机器学习算法处理。研究同时指出,不同人之间的脑电差异会拖累分类准确率,这意味着同一套模型换个人用,效果可能就打折扣。该研究为预印本,尚未经同行评审。

P300拼写器并非组件越多越好,四组件全因子试验揭示反协同效应

P300脑机接口拼写器常被设计成把多个各自有效的组件全部打开,默认组件越多性能越好。一项预印本研究用四组件全因子试验检验了这个假设:组件的价值是有条件的,而不是可叠加的。受试者校准是最强的单一贡献者;欧几里得对齐能在零校准设置下弥补校准的缺失;把各自有用的组件叠加起来反而可能拉低性能,作者称之为组件反协同。语言模型的支持也并非普遍有益,其效果强烈依赖底层脑电流水线的强度。
09-10 产业报道

瓦博科技展示脑电AI绘画体验,以信号分析结果参与图像生成

瓦博科技展示了用脑电信号参与AI图像生成的Dreamer(灵梦)体验:观众佩戴头带,查看脑电反馈,并参与生成图像。据公司介绍,设备采集脑电信号后,由系统处理和分析,再将分析结果作为AI图像生成的条件。这并非直接还原参与者脑海中的画面。在中国联通合作伙伴大会的高通展位,工作人员引导观众佩戴设备并完成体验,脑电显示与生成作品分别呈现信号采集和创作输出两个环节。此次展示属于面向公众的产品交互体验。

联邦学习框架NEXUS-MI把运动想象脑机接口骨干网流量降低约42%

运动想象脑机接口的个体差异大,校准数据少,联邦学习能在不上传原始脑电的前提下共享模型。这个框架把网关同步当作学习与通信的联合控制问题:原始脑电和分类头留在本地,边缘协调器维护共享骨干网络。在BCICIV-2a和OpenBMI两个数据集上,通信感知协调把服务器到客户端的骨干网流量减少约42%,队列平均准确率差异很小且随实现而变。但平均值掩盖了个体脆弱性,BCICIV-2a上相对理想链路参考的损失最高约12个百分点。

鲁汶大学团队发现:物体偏离注视点越远,脑电追踪越弱

看视频时,人眼盯着一个点不动,大脑仍会追踪画面里运动的物体,注意力越集中,这种追踪越强。但鲁汶大学团队发现,物体离注视点越远,脑电信号对运动的追踪就越弱。这意味着以往靠追踪强度判断注意力的解码方法,可能把「物体在哪儿」误当成「注意力在哪儿」。

睡眠纺锤波进一步压低运动皮层兴奋性,但未伴随GABA能抑制增强

人在深睡时,大脑会周期性出现名为“睡眠纺锤波”的短促脑电节律,它被认为与记忆巩固有关。研究人员实时监测受试者的脑电,在纺锤波出现的瞬间用经颅磁刺激(TMS)刺激运动皮层。结果显示,从清醒进入无纺锤波的N2/N3睡眠后,皮层脊髓兴奋性明显下降,纺锤波期间又进一步降低。不过,反映局部GABA-A受体抑制的指标并没有随之变化,与研究者原先的假设相反。该研究为预印本,尚未经同行评审。
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