腦機(jī)接口人因工程及應(yīng)用-以人為中心的腦機(jī)接口設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法

腦機(jī)接口人因工程及應(yīng)用：以人為中心的腦機(jī)接口設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法【摘要】腦機(jī)接口（BCI）是一種變革性的人機(jī)交互，目前正朝智能腦機(jī)交互和腦機(jī)智能融合方向發(fā)展。然而，BCI的實(shí)用化面臨極大的挑戰(zhàn)，BCI技術(shù)成熟度尚未能滿足用戶的需求，BCI的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有待改進(jìn)。BCI人因工程對(duì)縮小研究與實(shí)際應(yīng)用之間的差距具有重要的作用，但目前尚沒(méi)有引起足夠的重視，也沒(méi)有專門的深入論述。本文針對(duì)BCI人因工程，闡述以人為中心的BCI設(shè)計(jì)需求（來(lái)自用戶）、設(shè)計(jì)思想、目標(biāo)和方法以及評(píng)價(jià)指標(biāo)。BCI人因工程可望使處于不同使用條件下的BCI系統(tǒng)設(shè)計(jì)更符合人的特點(diǎn)、能力和需求，提升系統(tǒng)的用戶滿意度，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)感，提高BCI的智能化，使其走向?qū)嶋H應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】腦機(jī)接口；人因工程；腦機(jī)接口人因工程；以人為中心的腦機(jī)接口設(shè)計(jì)；腦機(jī)接口滿意度Humanfactorsengineeringofbrain-computerinterfaceanditsapplications:Humancenteredbrain-computerinterfacedesignandevaluationmethodology【Abstract】Brain-computerinterface(BCI)isarevolutionizinghuman-computerInteraction,whichisdevelopingtowardsthedirectionofintelligentbrain-computerinteractionandbrain-computerintelligentintegration.However,thepracticalapplicationofBCIisfacinggreatchallenges.ThematurityofBCItechnologyhasnotyetreachedtheneedsofusers.ThetraditionaldesignmethodofBCIneedstobeimproved.ItisnecessarytopayattentiontoBCIhumanfactorsengineering,whichplaysanimportantroleinnarrowingthegapbetweenresearchandpracticalapplication,butithasnotattractedenoughattentionandhasnotbeenspecificallydiscussedindepth.AimingatBCIhumanfactorsengineering,thisarticleexpoundsthedesignrequirements(fromusers),designideas,objectivesandmethods,aswellasevaluationindexesofBCIwiththehuman-centred-design.BCIhumanfactorsengineeringisexpectedtomakeBCIsystemdesignunderdifferentuseconditionsmoreinlinewithhumancharacteristics,abilitiesandneeds,improvetheusersatisfactionofBCIsystem,enhancetheuserexperienceofBCIsystem,improvetheintelligenceofBCI,andmakeBCImovetowardspracticalapplication.【Keywords】brain-computerinterface;humanfactorsengineering;humanfactorsengineeringofbrain-computerinterface;human-centredbrain-computerinterfacedesign;satisfactionofbrain-computerinterface引言腦機(jī)接口（brain-computerinterface,BCI）是一種顛覆傳統(tǒng)人機(jī)交互的技術(shù)［\o"CurrentDocument"1-2］,其目的是在人腦和機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）之間建立直接的通信和控制通道［3-4］，為疾病患者、殘障人士和健康個(gè)體提供可選的與外部世界通信和控制的方式，以改善或進(jìn)一步提高他們的生活質(zhì)量。目前及未來(lái)，BCI是國(guó)際重大前沿研究熱點(diǎn)，正朝智能腦機(jī)交互和腦機(jī)智能融合方向發(fā)展。然而，目前BCI的實(shí)用化正面臨極大的挑戰(zhàn)56】，如BCI相關(guān)產(chǎn)品用戶體驗(yàn)感較差、滿意度較低I7-9】，BCI技術(shù)的成熟度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。傳統(tǒng)的BCI研發(fā)主要聚焦提高解碼精度和速度單一方面的指標(biāo)［1°】，沒(méi)有充分考慮BCI人因工程［11-12】。BCI設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)要以人為中心［7-10>13-201，充分考慮BCI用戶的生理和心理因素以及能力特性，如\o"CurrentDocument"圖1所示。該圖表明了BCI人因工程、BCI系統(tǒng)與人的關(guān)系。BCI人因工程是BCI由實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵理念和方法［5-6】。本文針對(duì)BCI人因工程，根據(jù)BCI系統(tǒng)的目標(biāo)，以人為中心，提出了BCI人因工程的目標(biāo)，進(jìn)而論述了以人為中心的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法，包括BCI人因工程要素；接著闡述了BCI人因工程的另外一個(gè)要求，即BCI系統(tǒng)的智能化，并介紹了人腦、BCI與人工智能（artificialintelligence，AI）的關(guān)系以及BCI的發(fā)展趨勢(shì)。此外，概述了BCI人因工程的其他事項(xiàng)，包括BCI研圖1BCI人因工程圖1BCI人因工程、BCI系統(tǒng)與人的關(guān)系Fig.1TherelationshipbetweenBCIhumanfactorsengineering,BCIsystemandpeopleBCI系統(tǒng)BCI人因工程人發(fā)的醫(yī)學(xué)倫理、BCI產(chǎn)品用于治療和康復(fù)的相關(guān)醫(yī)療器械注冊(cè)證和生產(chǎn)許可證以及市場(chǎng)準(zhǔn)入、BCI相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)品用于治療和康復(fù)的醫(yī)保報(bào)銷政策。最后，介紹了BCI的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。期望本文可以為推動(dòng)BCI技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品走向?qū)嶋H應(yīng)用提供思想和方法借鑒。1BCI人因工程BCI定義及其目標(biāo)BCI是一種繞過(guò)外周神經(jīng)和肌肉，通過(guò)采集并分析腦信號(hào)實(shí)現(xiàn)用戶大腦直接與外部設(shè)備實(shí)時(shí)交互的通信或控制系統(tǒng)［\o"CurrentDocument"1-2】。BCI的一個(gè)重要目標(biāo)是為嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙（如肌萎縮側(cè)索硬化癥、脊髓損傷、截癱）的人或其他患者提供與外界交流的工具，以改善他們的生活質(zhì)量［21-221o除此以外，BCI也為健康人提供更多與外界交互的方式，以進(jìn)一步提高生活質(zhì)量［231o隨著BCI技術(shù)的不斷發(fā)展，BCI應(yīng)用的廣度和深度也在擴(kuò)展，除了可用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的預(yù)防、治療和康復(fù)（如運(yùn)動(dòng)功能障礙康復(fù)）外，在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，如增強(qiáng)正常人的感知覺(jué)、認(rèn)知和行為表現(xiàn)，監(jiān)測(cè)個(gè)體的生理和心理狀態(tài)（如腦力負(fù)荷、情緒狀態(tài)、睡眠狀況），提供娛樂(lè)（如游戲），這些應(yīng)用有望在未來(lái)的日常生活中普及［23】。BCI除了上述民用的研發(fā)目標(biāo)外，還有不少軍用的研發(fā)項(xiàng)目，可以戰(zhàn)略性地用于軍事目的，如腦控武器等。BCI人因工程定義及其目標(biāo)BCI系統(tǒng)由人這一生物系統(tǒng)、BCI信號(hào)采集系統(tǒng)、BCI信號(hào)處理和解碼系統(tǒng)、外部的機(jī)器系統(tǒng)、神經(jīng)反饋系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)組成，如\o"CurrentDocument"圖2所示。BCI系統(tǒng)的這些子系統(tǒng)是相互作用的，集成在一起成為一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)。因此，BCI系統(tǒng)中充分體現(xiàn)了人、機(jī)器和環(huán)境之間的相互作用關(guān)系。BCI系統(tǒng)涉及了人腦的結(jié)構(gòu)和功能可塑性、個(gè)體的生理和心理狀態(tài)等，這些要素構(gòu)成了BCI人因工程的基礎(chǔ)。BCI人因工程研究BCI用戶、BCI硬件和軟件、外部機(jī)器和環(huán)境四者之間的相互作用關(guān)系。BCI系統(tǒng)的最終目的是為人類服務(wù)，進(jìn)一步提高人類的生活質(zhì)量,BCI人因工程要求以人為中心設(shè)計(jì)和研發(fā)BCI系統(tǒng)，提高BCI系統(tǒng)中人的工作效率和質(zhì)量且確保人的安全、健康和舒適等目標(biāo)［121o環(huán)境系統(tǒng)圖2基于BCI的腦控輪椅系統(tǒng)示意圖Fig.2SchematicdiagramofbraincontrolledwheelchairsystembasedonBCI如前所述，BCI的研發(fā)不僅為嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)殘疾人士服務(wù)，改善該類人群的生活質(zhì)量，而且也為正常個(gè)體和人群服務(wù)，進(jìn)一步提高他們的生活質(zhì)量。BCI的這些目標(biāo)及應(yīng)用決定了BCI人因工程的目標(biāo)一一使處于不同使用條件下的BCI系統(tǒng)設(shè)計(jì)更符合人的特點(diǎn)、能力和需求，實(shí)現(xiàn)終端用戶、BCI系統(tǒng)、環(huán)境之間的最佳匹配，最終獲得安全、可靠和高效的BCI系統(tǒng)，也包括提高BCI系統(tǒng)的可用性和用戶體驗(yàn)。BCI人因工程的目標(biāo)決定了BCI的設(shè)計(jì)和研發(fā)必須以用戶為中心［10］，如\o"CurrentDocument"圖3所示。1.3以人為中心的BCI設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法1.3.1BCI人因工程要素BCI人因工程要素如\o"CurrentDocument"圖4所示，最核心的要素是BCI用戶和BCI軟硬件要素，以外還包括智能化的外部設(shè)備和智能化的環(huán)境。在BCI人因工程中，不同的用戶有不同的需求，需要針對(duì)特定用戶進(jìn)行個(gè)性化的BCI設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，也要考慮用戶的能力和狀態(tài)變化。就BCI硬件而言，BCI傳感器的安全性、舒適度和美學(xué)性至關(guān)重要，在很大程度上決定了用戶是否選用BCI產(chǎn)品；就BCI軟件而言，腦信號(hào)處理與解碼的精度和速度也極為重要，決定了BCI系統(tǒng)的有效性和效率，嚴(yán)重影響B(tài)CI的可用性；就BCI心理任務(wù)而言，其難易程度及引起對(duì)用戶的副作用（如疲勞），決定了BCI系統(tǒng)的易學(xué)性，會(huì)嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。為使BCI得到廣泛應(yīng)用，便于組建BCI應(yīng)用系統(tǒng),需要BCI與外部設(shè)備之間具備通用接口?？紤]到目前BCI并不智能，甚至有些“笨”，還需要其控圖3BCI目標(biāo)、BCI人因工程目標(biāo)與以人為中心的BCI設(shè)計(jì)方法之間的關(guān)系Fig.3TherelationshipamongBCIobjectives,BCIhumanfactorsengineeringobjectivesandhuman-centeredBCIdesignmethods制的外部設(shè)備具有一定的智能化，也需要具有一定智能性的環(huán)境。需要特別說(shuō)明的是，在BCI人因工程要素中,BCI傳感器和放大器對(duì)BCI轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用具有重大的影響。對(duì)BCI傳感器，要求盡可能采集到高質(zhì)量的腦信號(hào)，同時(shí)，必須以用戶為中心，提高用戶體驗(yàn)感和滿意度。雖然也需要提高BCI傳感器的電磁兼容性、無(wú)線傳輸距離和電量維持時(shí)間，但更為重要的是確保BCI傳感器的安全性、舒適感、美學(xué)性和易使用性。對(duì)于無(wú)創(chuàng)BCI傳感器，其可穿戴

圖4BCI人因工程要考慮的要素Fig.4ElementstobeconsideredinBCIhumanfactorsengineering性和人體工程學(xué)需要精心設(shè)計(jì)［7】。目前仍然使用的凝膠電極準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，不易使用，凝膠使得舒適感較差，腦電帽的美學(xué)性也較差。而干電極或近紅外探頭會(huì)壓迫頭部，產(chǎn)生疼痛感（特別是電極或探頭數(shù)量較多時(shí)），且采集的腦信號(hào)質(zhì)量尚需要進(jìn)一步提高。此外，鹽水電極易揮發(fā)，不易長(zhǎng)期使用,而柔性電極采集信號(hào)的質(zhì)量也需要進(jìn)一步提高［10,15,24-27］。對(duì)于有創(chuàng)BCI傳感器，首先要確保其安全性，包括手術(shù)植入電極的安全性，避免腦損傷和感染，必須以一種適當(dāng)?shù)膸缀涡螤顏?lái)排布記錄位置，以便在插入過(guò)程中以及傳感器后續(xù)留在組織中時(shí)最大限度地減少組織損傷，另外，出于使用需要應(yīng)包含更多的記錄點(diǎn)，較多數(shù)量的記錄位置會(huì)獲取更多有效信號(hào)，但太多的電極會(huì)產(chǎn)生大量的組織損傷，因此需要做出權(quán)衡［21-22］；其次，需要充分考慮植入電極后用戶的感受（包括舒適感），避免疼痛感；此外，還需要提高有創(chuàng)BCI傳感器的易使用性，確保能夠長(zhǎng)期可靠地采集到符合要求質(zhì)量的信號(hào)（提高生物相容性），如果傳感器失效，應(yīng)該便于更換［7］。目前，BCI圖4BCI人因工程要考慮的要素Fig.4ElementstobeconsideredinBCIhumanfactorsengineering在BCI人因工程因素中，操控BCI的心理任務(wù)對(duì)潛在BCI用戶是否接受和喜歡使用BCI系統(tǒng)也具有重要的影響。對(duì)操控BCI的心理任務(wù)優(yōu)化設(shè)計(jì)（BCI范式選擇和設(shè)計(jì)），要求心理任務(wù)盡量簡(jiǎn)單（適合用戶，為用戶認(rèn)可和接受，甚至喜歡）、自然（日常生活中經(jīng)常執(zhí)行的心理任務(wù)）和舒適（避免容易疲勞的任務(wù)）以減輕腦力負(fù)荷，能夠誘發(fā)差異顯著、可分性好的腦信號(hào)特征以避免BCI無(wú)效［14-28-29］o為此，需要根據(jù)用戶的能力特性來(lái)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)BCI的心理任務(wù)，要考慮任務(wù)是否使用戶滿意。對(duì)基于運(yùn)動(dòng)想象（motorimagery，MI）的BCI（MI-BCI），沒(méi)有運(yùn)動(dòng)想象能力或經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后能力仍然較低的用戶，不建議使用該類BCIo對(duì)基于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位（steady-statevisualevokedpotentials，SSVEP）的BCI（SSVEP-BCI）和P300-BCI，雖然它們通常訓(xùn)練時(shí)間較短［7>30-31］，但P300-BCI中新穎的閃光模式和刺激對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)受限的用戶無(wú)效［32-33］,而SSVEP-BCI頻率過(guò)低的閃光刺激可能會(huì)使用戶眼睛疲勞或誘發(fā)癲癇等56】。此外，還要注意非透明映射(心理任務(wù)和控制命令之間不一致)可能會(huì)導(dǎo)致自主意識(shí)的改變，從而影響用戶腦機(jī)交互時(shí)的表現(xiàn)。為此,在設(shè)計(jì)BCI范式時(shí)，要使心理任務(wù)自然地與BCI控制的任務(wù)相一致凹34-35】。此外，腦信號(hào)處理與解碼算法是BCI系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在較大程度上影響了BCI的有效性和效率，從而影響了用戶的體驗(yàn)感和滿意度，因此也是BCI人因工程的重要因素。對(duì)于BCI腦信號(hào)處理與解碼算法，首先應(yīng)確保該算法的正確性，同時(shí)盡可能降低其時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，提高算法的易讀性和健壯性，解碼算法指標(biāo)可以采用準(zhǔn)確率、精確率、召回率、接收者操作特性(receiveroperatingcharacteristics，ROC)曲線、曲線下面積(areaundercurve，AUC)值、F值、P-R曲線。此外，BCI操作需要兩個(gè)自適應(yīng)控制器(BCI用戶和BCI解碼算法)的有效交互［2。］。這要求BCI解碼算法具有協(xié)同自適應(yīng)學(xué)習(xí)的能力，使機(jī)器得以學(xué)習(xí)并適應(yīng)BCI用戶，與BCI用戶共同進(jìn)化36-42］，進(jìn)一步提高BCI系統(tǒng)的精度和魯棒性。為在一定程度上減輕BCI用戶的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練量，可以引入遷移學(xué)習(xí)算法等。除了BCI解碼算法外，在滿足BCI產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上，需要設(shè)計(jì)友好的圖形用戶界面(graphicaluserinterface，GUI)，如符合用戶習(xí)慣和審美的菜單，包括文本、圖標(biāo)布局和反饋界面，也考慮使用者的文化水平和學(xué)習(xí)能力等，一個(gè)非語(yǔ)言的、形象簡(jiǎn)單的圖標(biāo)菜單是BCI系統(tǒng)輸入的更好選擇"。如前所述，BCI旨在直接腦控外部設(shè)備，然而目前的BCI系統(tǒng)并不智能，為增強(qiáng)BCI控制系統(tǒng)的可用性，提高用戶的體驗(yàn)感和滿意度，需要被控的外部設(shè)備具有一定的智能性。其中一種方法是引入共享控制，即BCI用戶可以輸入高級(jí)的目標(biāo)指令，然后由外部智能設(shè)備輔助完成某些具體的控制過(guò)程，如基于共享控制的機(jī)器人和輪椅可以執(zhí)行智能化動(dòng)作(如智能避障，拒絕無(wú)意義的心理命令)，基于共享控制的智能虛擬鍵盤提升了拼寫速度［5-6,43-48］。共享控制降低了BCI用戶的認(rèn)知工作量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可靠、高效和用戶體驗(yàn)度高的BCI產(chǎn)品。除上述要素外，還需要注意BCI用戶、BCI系統(tǒng)(硬件、軟件和神經(jīng)反饋)和外部裝置是位于一個(gè)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境之中，考慮到目前BCI系統(tǒng)并不智能，可能需要BCI運(yùn)行的環(huán)境具有一定的智能性。目前，多數(shù)BCI系統(tǒng)的研發(fā)是在控制良好、結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行的，然而終端用戶操控BCI的環(huán)境是非控制、非結(jié)構(gòu)化的，噪聲更大、干擾因素更多，用戶更難集中注意力，且動(dòng)態(tài)性更大，會(huì)導(dǎo)致腦信號(hào)發(fā)生劇烈變化。因此，基于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的BCI在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中可能會(huì)失?。?］，這要求BCI系統(tǒng)具有理解和適應(yīng)環(huán)境的能力，也要求被控的外部設(shè)備具有理解環(huán)境的能力，而且BCI運(yùn)行環(huán)境可能需要配備智能傳感器網(wǎng)絡(luò)［49］。如在BCI控制的輪椅和電器智能家居系統(tǒng)中加入智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)路徑點(diǎn)被放置在整個(gè)房子里，當(dāng)屋內(nèi)的傳感器檢測(cè)到用戶處于一個(gè)與可控設(shè)備相對(duì)應(yīng)的路徑點(diǎn)時(shí)，它向MI-BCI提供相應(yīng)控制操作［50］?；谥悄墉h(huán)境理解技術(shù)的康復(fù)醫(yī)院環(huán)境控制系統(tǒng)，智能環(huán)境理解模塊用于建立系統(tǒng)與場(chǎng)景信息的映射關(guān)系，檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境中潛在的操作對(duì)象，建立對(duì)用戶控制意圖的初步預(yù)測(cè)。它們都能提高系統(tǒng)吞吐量，減少人們心理任務(wù)工作量，從而提升BCI用戶體驗(yàn)感［51］o1.3.2以人為中心的BCI設(shè)計(jì)方法考慮BCI人因工程要素，以人為中心的BCI設(shè)計(jì)方法要在整個(gè)研發(fā)過(guò)程中以BCI終端用戶為核心。首先分析BCI用戶的需求，根據(jù)此需求設(shè)計(jì)和研發(fā)BCI系統(tǒng)，并從用戶的角度，采用BCI用戶體驗(yàn)量表、BCI有效性和效率來(lái)綜合評(píng)價(jià)BCI用戶的滿意度。如果用戶不滿意，需要不斷修正和改進(jìn)BCI系統(tǒng)，直到BCI用戶滿意為止或最終放棄設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。為實(shí)施以人為中心的BCI設(shè)計(jì)方法，快速研發(fā)滿足終端用戶的BCI系統(tǒng)，我們把軟件工程中的快速原型法(rapidprototyping)引入到BCI系統(tǒng)的研發(fā)中［52-53］，如圖5所示。在確定潛在BCI用戶的基本需求信息時(shí)，具體包括如下方面：BCI用戶的基本需求。不同的BCI用戶需求不一樣，如果是肌萎縮側(cè)索硬化癥患者，與他人交流困難，生活難以自理，如果是高位截癱患者,雖然可以正常交流，但其四肢癱瘓，肢體的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)、反射完全消失，生活也難以自理，這些患者需要輔助技術(shù)彌補(bǔ)與外部世界通信/控制的障礙；如果是健康個(gè)體，在特定情況下可能需要監(jiān)測(cè)心理狀態(tài)或者解碼隱秘的用戶狀態(tài)［23］。BCI用戶的能力特性和狀態(tài)特征。能力特性包括人體參數(shù)和生物力學(xué)特性、認(rèn)知和決策能力、操作控制能力，會(huì)影響操控BCI的能力。例如,年輕人通常能夠使用基于計(jì)算機(jī)的設(shè)備，但對(duì)于那些從未使用過(guò)計(jì)算機(jī)的老年人或文盲用戶，即使是簡(jiǎn)單的系統(tǒng)也可能不會(huì)使用［13］。BCI用戶的狀態(tài)特征包括情緒、工作負(fù)荷和人因可靠性等。Blain-Moraes等認(rèn)為，疲勞、焦慮、不適和對(duì)技術(shù)的態(tài)度等對(duì)BCI接受度有很大影響"。例如，害怕和笑會(huì)干擾腦電響應(yīng)，產(chǎn)生噪音，而沮喪和焦慮會(huì)導(dǎo)致注意力分散，無(wú)法正常產(chǎn)生所需的腦信號(hào)，這些狀態(tài)會(huì)顯著地削弱BCI的有效性U3］。BCI用戶的能力特性和狀態(tài)特征可以確定潛在用戶的可用性。（3） BCI應(yīng)用類型?？赡苁峭ㄐ蓬悜?yīng)用，如文本輸入、上網(wǎng)和發(fā)郵件等，也可能是控制類應(yīng)用，如腦控輪椅等，或者是身心康復(fù)/調(diào)節(jié)等，研發(fā)者需要理解和明確BCI使用場(chǎng)景。（4） 確定BCI范式。如MI-BCI、P300-BCI、SSVEP-BCI等，這些范式是驅(qū)動(dòng)BCI的心理活動(dòng)或誘發(fā)的用于通信或控制的腦信號(hào)成分。（5） 確定BCI傳感器類型。如可選擇采集腦電、功能性近紅外光譜、腦磁、皮層腦電和尖峰脈沖等信號(hào)的傳感器。（6） 估計(jì)BCI系統(tǒng)研發(fā)的成本。在確定BCI用戶的基本需求時(shí)，設(shè)計(jì)者與目標(biāo)用戶通過(guò)交互完成。根據(jù)上述確定的BCI用戶基本需求開發(fā)BCI初始原型（初始的BCI硬件和軟件功能），從而得到BCI初始原型；然后目標(biāo)BCI用戶使用BCI原型系統(tǒng)并進(jìn)一步澄清用戶的需求，如診斷、需求、愿望、環(huán)境約束、售后服務(wù)、維護(hù)和遠(yuǎn)程支持［14］；接著根據(jù)用戶需求評(píng)價(jià)BCI設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)，如BCI可用性、BCI滿意度、日常使用、開放問(wèn)題、用戶隨訪以及與應(yīng)用相匹配的問(wèn)卷調(diào)查表等以14］,其中BCI的可用性包括BCI有效性（選項(xiàng)的正確率）和BCI效率［如信息傳輸率（infor-mationtransferrate，ITR）和腦力負(fù)荷］。除此而外，也要評(píng)價(jià)BCI設(shè)計(jì)者的滿意度，以及其他利益相關(guān)者的滿意度。在進(jìn)一步澄清用戶的需求和評(píng)價(jià)BCI用戶滿意度的時(shí)候，由設(shè)計(jì)者與目標(biāo)用戶共同完成。經(jīng)過(guò)上述評(píng)價(jià)，如果開發(fā)的BCI系統(tǒng)不滿足用戶的需求，一種策略是放棄，另外一種策略是繼續(xù)運(yùn)行BCI原型，按照滿意度評(píng)價(jià)結(jié)果予以修正和改進(jìn)，從而獲得改進(jìn)的BCI原型（完善的BCI軟硬件功能），然后進(jìn)一步評(píng)價(jià)BCI用戶的滿意度，進(jìn)行迭代。如果改進(jìn)的BCI原型使用戶滿意，可以把BCI原型作為應(yīng)用系統(tǒng)或應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。綜上所述，BCI人因工程貫徹以人為中心的設(shè)計(jì)方法，以用戶滿意為目標(biāo)，遵循\o"CurrentDocument"表1所示的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）定義的原則設(shè)計(jì)BCI系統(tǒng)。因此，BCI人因工程強(qiáng)調(diào)用戶參與BCI設(shè)計(jì)全過(guò)程的重要性，從BCI用戶需求和愿望的初步分析開始，選擇最適用的外部設(shè)備，最后以系統(tǒng)實(shí)施結(jié)束［5-6］。將以人為中心的設(shè)計(jì)原則貫穿到BCI設(shè)計(jì)過(guò)程中時(shí)，可以做如下考慮：（1） 理解并明確使用場(chǎng)景。BCI在神經(jīng)康復(fù)、輔助設(shè)備控制、教育、軍事、娛樂(lè)、智能家居等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前，需要對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行信息收集和分析，了解BCI市場(chǎng)需求，確定產(chǎn)品的應(yīng)用方向，并對(duì)相關(guān)用戶進(jìn)行訪問(wèn)和調(diào)查，定位目標(biāo)人群［5-6］o（2） 分析用戶需求。利用獲取的用戶需求定義產(chǎn)品的功能并探索產(chǎn)品的形態(tài)，這對(duì)后期產(chǎn)品開發(fā)具有指導(dǎo)意義。以上可通過(guò)問(wèn)卷和半標(biāo)準(zhǔn)化的訪談來(lái)實(shí)現(xiàn)，詢問(wèn)終端用戶對(duì)實(shí)際的腦控設(shè)備在各個(gè)方面的滿意程度。如果BCI控制的應(yīng)用是針對(duì)通信，則有效性和效率至關(guān)重要，而當(dāng)以?shī)蕵?lè)為目標(biāo)時(shí)，可能會(huì)更專注于設(shè)計(jì)和其他小工具，因?yàn)橛脩魧?duì)它們的容錯(cuò)率較高［5-68-10-54］。（3） 為用戶提供設(shè)計(jì)解決方案。首先根據(jù)（2）中得到的需求設(shè)計(jì)模型，然后選擇健康受試者對(duì)初步模型進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。最后，通過(guò)迭代改進(jìn)上一個(gè)模型版本，最終的原型有望成為一個(gè)可根據(jù)患者需求個(gè)性化定制的通用設(shè)備［5-6>8］。1.3.3以人為中心的BCI評(píng)價(jià)方法BCI人因工程要求以人為中心設(shè)計(jì)BCI，該設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)包含了BCI評(píng)價(jià)的迭代過(guò)程，如\o"CurrentDocument"圖5中灰色框所示。與傳統(tǒng)采用單一角度（如準(zhǔn)確率和信息傳輸率）評(píng)價(jià)BCI用戶體驗(yàn)感的方法不同，現(xiàn)采用以人為中心的BCI評(píng)價(jià)方法［10］，即考慮BCI產(chǎn)品的使用環(huán)境，在傳統(tǒng)定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合BCI傳感器總體滿意度表、BCI系統(tǒng)滿意度評(píng)價(jià)表、視覺(jué)模擬量表（VisualAnalogueScale，VAS）、用戶操控BCI的腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)量表（NASA-TLX）和面談/隨訪等共同評(píng)價(jià)用戶滿意度，下面將詳細(xì)闡述。表1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO,2010）定義的以人為中心的設(shè)計(jì)原則Tab.1Principlesofhuman-centred-designdefinedbyInternationalStandardsOrganization（ISO,2010）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義的以人為中心的設(shè)計(jì)原則 1對(duì)用戶任務(wù)和環(huán)境要求有清晰的理解2鼓勵(lì)用戶盡早、積極地參與3以用戶為中心的評(píng)價(jià)驅(qū)動(dòng)和改進(jìn)4迭代開發(fā)階段，識(shí)別最優(yōu)設(shè)計(jì)方案5整合整個(gè)用戶體驗(yàn)6鼓勵(lì)多學(xué)科設(shè)計(jì)

圖5BCI系統(tǒng)研發(fā)的快速原型法示意圖Fig.5SchematicdiagramofrapidprototypingmethodforBCIsystemdevelopment對(duì)于潛在的BCI終端用戶來(lái)說(shuō)，用戶體驗(yàn)感至關(guān)重要，決定了用戶是否愿意使用或購(gòu)買BCI產(chǎn)品。在BCI系統(tǒng)中，傳感器極為關(guān)鍵，是BCI實(shí)用化的一個(gè)瓶頸，在很大程度上決定了BCI系統(tǒng)的性能（采集信號(hào)的質(zhì)量）和用戶的可接受性。BCI用戶可從安全性、舒適度、美學(xué)性、易使用性和總體滿意度5個(gè)方面對(duì)使用過(guò)的BCI產(chǎn)品的傳感器進(jìn)行評(píng)價(jià)。\o"CurrentDocument"表2是某次實(shí)驗(yàn)用戶對(duì)所使用BCI傳感器滿意度評(píng)價(jià)示例。表中5個(gè)方面的評(píng)價(jià)等級(jí)范圍從最低等級(jí)（用1表示）到最高等級(jí)（用5表示），x表示本次實(shí)驗(yàn)用戶未使用過(guò)該類型的BCI傳感器，故未做評(píng)價(jià)。圖5BCI系統(tǒng)研發(fā)的快速原型法示意圖Fig.5SchematicdiagramofrapidprototypingmethodforBCIsystemdevelopment除了對(duì)BCI傳感器的評(píng)價(jià)外，BCI總體滿意度還包括其他評(píng)價(jià)方面，如可參考用戶對(duì)輔助技術(shù)滿意度評(píng)價(jià)表Quest2.0及其擴(kuò)展表［8>10>55-56］設(shè)計(jì)BCI系統(tǒng)滿意度評(píng)價(jià)表，如\o"CurrentDocument"表3所示，由用戶分別對(duì)舒表2某次實(shí)驗(yàn)用戶對(duì)所使用BCI傳感器滿意度評(píng)價(jià)示例Tab.2AnexampleofusersatisfactionevaluationoftheBCIsensorusedinacertainexperimentBCI傳感器類型評(píng)價(jià)等級(jí)安全舒適美學(xué)易使用總體滿意度無(wú)創(chuàng)的BCI傳感器腦電（頭皮表面）傳感器 導(dǎo)電凝膠電極53333生理鹽水電極54344干電極53454近紅外光譜傳感器 發(fā)射和接收探頭53444腦磁傳感器 非接觸式測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器XXXXX其他無(wú)創(chuàng)BCI傳感器XXXXX有創(chuàng)的BCI傳感器皮層（表面）腦電傳感器 鉑電極陣列XXXXX皮層內(nèi)腦電傳感器（尖峰脈沖、場(chǎng)電位）多電極陣列XXXXX多位點(diǎn)電極XXXXX錐形電極XXXXX微絲（線）陣列XXXXX其他有創(chuàng)BCI傳感器XXXXX表3BCI系統(tǒng)滿意度評(píng)價(jià)項(xiàng)目Tab.3BCIsystemsatisfactionevaluationitem評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng)價(jià)項(xiàng)目說(shuō)明1請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備舒適度的滿意度如何？2請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備尺寸（長(zhǎng)、寬、高）的滿意度如何？3請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前BCI設(shè)備是否容易使用的滿意度如何？4請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備能否輔助或其成效的滿意度如何?5請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備是否容易安裝與調(diào)整的滿意度如何？6請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備安全性的滿意度如何？7請(qǐng)問(wèn)您對(duì)獲取BCI設(shè)備服務(wù)渠道與獲取效率的滿意度如何？8請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備重量的滿意度如何？9請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備可靠性的滿意度如何？10請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備響應(yīng)時(shí)間的滿意度如何？11請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備是否容易學(xué)習(xí)的滿意度如何？12請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備外觀的滿意度如何？13請(qǐng)問(wèn)您對(duì)醫(yī)療人員提供BCI設(shè)備專業(yè)服務(wù)的滿意度如何？14請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備的堅(jiān)固耐用性的滿意度如何？15請(qǐng)問(wèn)您對(duì)目前使用BCI設(shè)備的維修服務(wù)滿意度如何？BCI傳感器的舒適度、心理任務(wù)（SSVEP、P300、MI等）的舒適度如何？BCI傳感器和放大器的尺寸，是否超微型化或便攜？BCI的圖形用戶界面（GUI）是否簡(jiǎn)單形象易使用，心理任務(wù)（如運(yùn)動(dòng)想象等）是否易完成？SSVEP-BCI、P300-BCI、MI-BCI完成任務(wù)的準(zhǔn)確率或成功率如何？BCI系統(tǒng)的軟硬件是否易安裝與調(diào)整？具體可包括傳感器是否易穿戴和調(diào)整，放大器參數(shù)設(shè)置、BCI軟件是否易安裝和設(shè)置，BCI與外部設(shè)備是否容易通信接口。有創(chuàng)BCI傳感器的安全性如何？BCI控制系統(tǒng)的安全性如何？如腦控輪椅的避障能力等。獲取BCI售后服務(wù)渠道和服務(wù)效率，包括能否獨(dú)立家庭使用BCI，盡量減少依賴BCI技術(shù)支持。BCI傳感器和放大器是否超輕？BCI系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)、在一定條件下無(wú)故障地執(zhí)行指定功能的能力如何？如可靠度、失效率和平均故障間隔時(shí)間。BCI系統(tǒng)的快速性如何？具體ITR是多少？BCI系統(tǒng)的操作是否易學(xué)？具體包括BCI圖形用戶界面（GUI）和心理任務(wù)是否易學(xué)。BCI系統(tǒng)的圖形用戶界面（GUI）和傳感器是否美觀？對(duì)于BCI傳感器：是否隱蔽，與視覺(jué)審美是否相匹配？對(duì)BCI的臨床應(yīng)用，需要評(píng)價(jià)醫(yī)療人員的專業(yè)服務(wù)質(zhì)量如何。BCI傳感器和放大器的堅(jiān)固耐用性如何？BCI系統(tǒng)出故障或維護(hù)的頻率以及維修服務(wù)的質(zhì)量如何？包括易聯(lián)系性和維護(hù)效率。16請(qǐng)問(wèn)您對(duì)醫(yī)療人員所提供的后續(xù)BCI設(shè)備咨詢與追蹤服務(wù)的滿對(duì)BCI在后續(xù)日常生活中使用，需要評(píng)價(jià)醫(yī)療人員的后續(xù)服務(wù)質(zhì)量如何。意度如何？注：參考了用戶對(duì)輔助技術(shù)滿意度評(píng)價(jià)表Quest2.0及其擴(kuò)展表底10,55'56］適度、尺寸、易用性、有效性、易安裝調(diào)整性、安全性、服務(wù)質(zhì)量、重量、可靠性、實(shí)時(shí)性（快速性）、易學(xué)性和美學(xué)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)分為非常滿意、滿意、一般、不滿意、非常不滿意五個(gè)等級(jí)。其中尺寸和重量與BCI的便攜性相關(guān)。\o"CurrentDocument"表3中13-16項(xiàng)（醫(yī)療人員提供BCI設(shè)備專業(yè)服務(wù)、BCI設(shè)備的耐久性、BCI設(shè)備的維修服務(wù)和BCI設(shè)備后續(xù)咨詢與追蹤服務(wù)）可用于用戶使用的最終BCI產(chǎn)品的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這4個(gè)指標(biāo)不足以在研發(fā)過(guò)程中評(píng)價(jià)BCI控制應(yīng)用［10］o\o"CurrentDocument"表3中1~12項(xiàng)可用于\o"CurrentDocument"圖5中的BCI滿意度評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)［8>10］，1~16項(xiàng)可對(duì)用戶使用BCI產(chǎn)品的整體滿意度進(jìn)行評(píng)價(jià)。需要注意的是：①BCI系統(tǒng)滿意度評(píng)價(jià)表在具體應(yīng)用中可結(jié)合定量評(píng)價(jià)方法，用戶對(duì)\o"CurrentDocument"表3中第4、9、10項(xiàng)的主觀評(píng)價(jià)需要研發(fā)人員與準(zhǔn)確率、失效率、平均故障間隔時(shí)間和ITR等定量指標(biāo)相結(jié)

合，具體見討論部分；②對(duì)用于臨床的BCI設(shè)備,BCI設(shè)備生產(chǎn)商、醫(yī)療人員和BCI用戶之間需要交互；對(duì)于非臨床的BCI設(shè)備，BCI設(shè)備生產(chǎn)商、銷售商和BCI用戶之間也需要交互。BCI系統(tǒng)滿意度評(píng)價(jià)表項(xiàng)目較多且用時(shí)較長(zhǎng),不便在快速原型研發(fā)迭代過(guò)程中對(duì)不同用戶試用BCI原型完成不同任務(wù)（同一個(gè)BCI產(chǎn)品完成不同功能的任務(wù)）時(shí)評(píng)價(jià)滿意度。為此，可采用簡(jiǎn)單快速的VAS來(lái)評(píng)價(jià)用戶使用BCI設(shè)備的滿意度，如\o"CurrentDocument"表4所示［5-6，項(xiàng)，表中不同用戶在操控BCI完成不同任務(wù)時(shí)的滿意度范圍從“不滿意（1）”到“絕對(duì)滿意（1。）”。上述量\o"CurrentDocument"表2~\o"CurrentDocument"4不包含對(duì)用戶操控BCI系統(tǒng)的腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)，然而，BCI系統(tǒng)是直接由用戶的腦信號(hào)控制的，用戶在使用BCI時(shí)需要承受一定的腦力負(fù)荷，令用戶滿意的BCI系統(tǒng)應(yīng)該使用戶承受較小的腦力負(fù)荷，以提高用戶的體驗(yàn)感和滿意度。因此，在以人為中心的BCI設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法中，需要評(píng)價(jià)用戶操控BCI的腦力負(fù)荷，我們采用美國(guó)航空航天局任務(wù)負(fù)荷指數(shù)量表（NASAtaskloadindex，NASA-TLX）來(lái)評(píng)估用戶的主觀工作負(fù)荷，如\o"CurrentDocument"表5所示。在\o"CurrentDocument"表5中，用戶操控BCI的腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)包含6個(gè)維度：腦力（心理）需求、體力（生理）需求、時(shí)間需求、努力程度、績(jī)效（性能）水平以及挫敗程度［5-6,8,57-58］通過(guò)\o"CurrentDocument"圖5的BCI快速原型開發(fā)以及\o"CurrentDocument"表2~\o"CurrentDocument"5的評(píng)價(jià)，可得到一個(gè)最符合BCI用戶要求的模型，進(jìn)而生產(chǎn)出最終產(chǎn)品并交付給最終BCI用戶。在BCI產(chǎn)品使用過(guò)程對(duì)用戶進(jìn)行隨訪，請(qǐng)其發(fā)表評(píng)論，說(shuō)出日常使用中不滿意的原因，以便后續(xù)BCI產(chǎn)品的改進(jìn)或升級(jí)研發(fā)。到目前為止，已有研究對(duì)BCI產(chǎn)品使用過(guò)程中的用戶隨訪顯示［8-10］:①對(duì)所測(cè)試的幾乎所有BCI應(yīng)用，用戶反映BCI硬件和軟件的安裝和設(shè)置，特別是帶有凝膠的電極帽，是BCI日常使用的主要障礙，準(zhǔn)備工作花費(fèi)了太多時(shí)間，而且技術(shù)性很強(qiáng)（需要BCI專業(yè)技術(shù)人員的大量支持和維護(hù)）;②用戶反映與其在日常生活中用于交流和互動(dòng)的傳統(tǒng)輔助設(shè)備相比，BCI速度太慢，進(jìn)行真正的交流或拼寫更長(zhǎng)的句子/文本花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)；③用戶反映使用BCI需要不斷的訓(xùn)練，MI-BCI訓(xùn)練花費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，SSVEP-BCI和P300-BCI刺激使人疲勞；④用戶反映在公眾場(chǎng)合使用BCI，由于設(shè)備太大且引人注目，會(huì)感到不舒服，用戶認(rèn)為腦電帽電極應(yīng)該更少，放大器應(yīng)該更小，如果能夠超微型和超輕會(huì)更好?？傊?，用戶認(rèn)為BCI的操控應(yīng)該是輕松、愉快、舒適，而不是沮喪和疲勞。2BCI人因工程要求BCI系統(tǒng)智能化2.1BCI系統(tǒng)的智能化Tab.4VisualAnalogueScale（VAS）任務(wù)用戶1用戶2用戶…任務(wù)1任務(wù)2…任務(wù)1任務(wù)2…任務(wù)1任務(wù)2 …表4視覺(jué)模擬量表（VAS）滿意度1?10維度Tab.4VisualAnalogueScale（VAS）任務(wù)用戶1用戶2用戶…任務(wù)1任務(wù)2…任務(wù)1任務(wù)2…任務(wù)1任務(wù)2 …表4視覺(jué)模擬量表（VAS）滿意度1?10維度說(shuō)明評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（0?100）腦力（心理）需求操控BCI完成工作任務(wù)需要付出的心理活動(dòng)，該任務(wù)是否困難需求越大分值越高體力（生理）需求操控BCI完成任務(wù)需要的體力需求，是否感到肌肉緊張或動(dòng)作輕松需求越大分值越高時(shí)間需求操控BCI完成任務(wù)的速度需求是否讓人感到緊張或者慌張需求越大分值越高努力程度操控BCI完成任務(wù)需要使用的努力水平程度越高分值越高績(jī)效（性能）水平操控BCI完成任務(wù)的績(jī)效水平是否滿意績(jī)效越差分值越高挫敗程度對(duì)操控BCI的成效感到郁悶、沮喪的水平程度越高分值越高表5用戶操控BCI的腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)量表Tab.5MentalWorkloadEvaluationScaleforusermanipulatingBCI注：采用了NASA-TLX量表［57-58］\o"CurrentDocument"圖6為BCI與AI的關(guān)系示意圖。\o"CurrentDocument"圖6a表示BCI與AI并行發(fā)展，是二者早期的一個(gè)關(guān)系；\o"CurrentDocument"圖6b表示BCI與AI有交叉的發(fā)展階段，一個(gè)典型應(yīng)用是1.3.1節(jié)中提到的共享控制的輪椅（由腦信號(hào)控制方向，智能環(huán)境識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)輪椅自動(dòng)避障），BCI和AI分別負(fù)責(zé)兩個(gè)功能，彼此獨(dú)立又彼此合作［5-6］；\o"CurrentDocument"圖6c表示把AI引入BCI中，典型應(yīng)用是把深度學(xué)習(xí)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法引入BCI系統(tǒng)；\o"CurrentDocument"圖6d表示把BCI引入AI中，典型應(yīng)用是把BCI作為某個(gè)AI系統(tǒng)的輸入通道［5-6,59-60］。隨著bci與AI的進(jìn)一步發(fā)展，二者交叉融合，可以通過(guò)AI增強(qiáng)BCI的智能化。智能化的BCI系統(tǒng)應(yīng)該能夠智能感知BCI用戶狀態(tài)及外周環(huán)境的信息，并能對(duì)這些信息進(jìn)行理解和整合，進(jìn)而進(jìn)行判斷和推理。一些增強(qiáng)BCI智能化的可能方法：①可以考慮把基于深度學(xué)習(xí)的智能環(huán)境識(shí)別技術(shù)引入BCI系統(tǒng)，并與BCI系統(tǒng)相融合,深度學(xué)習(xí)可以對(duì)復(fù)雜環(huán)境中多目標(biāo)相關(guān)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和識(shí)別，能夠增強(qiáng)BCI系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。還可以考慮把其他最新的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)與BCI系統(tǒng)相結(jié)合［61］，以增強(qiáng)BCI系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的感知能力。②可以將虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與BCI系統(tǒng)相融合［62-63］，以增加BCI用戶的沉浸感，提高他們的體驗(yàn)感。③也可以考慮把最新的神經(jīng)反饋技術(shù)與BCI系統(tǒng)相結(jié)合，促進(jìn)操控BCI的腦區(qū)可塑性，幫助BCI用戶學(xué)會(huì)控制或調(diào)節(jié)腦波節(jié)律的效率，進(jìn)一步增加BCI用戶的沉浸感［64］。④可采用新的智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法處理腦信號(hào)并解碼用戶意圖以及監(jiān)測(cè)用戶狀態(tài)，如遷移學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等［65］。⑤未來(lái)的BCI應(yīng)用是一個(gè)智能系統(tǒng)，與BCI通信和控制的設(shè)備應(yīng)具有適當(dāng)?shù)闹悄懿⒂信cBCI通信的通用接口。2.2人腦、BCI與AI的關(guān)系及BCI的發(fā)展趨勢(shì)BCI系統(tǒng)是直接由人腦控制的，智能化的BCI需要引入AI，BCI為人腦智能（生物智能）和AI（機(jī)器智能）架起了一座橋梁［66］，如\o"CurrentDocument"圖7所示。通過(guò)BCI可能把人的智能與機(jī)器的智能融合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)腦機(jī)智能融合，并可能賦予機(jī)器一定的情感,開辟受認(rèn)知與神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的AI研究。\o"CurrentDocument"圖8為BCI發(fā)展趨勢(shì)的示意圖，腦機(jī)智能融合可能是BCI發(fā)展的高級(jí)階段，將更加體現(xiàn)BCI人因工程的理念和方法。3BCI人因工程的其他重要事項(xiàng)3.1BCI研發(fā)的醫(yī)學(xué)倫理BCI研發(fā)的目的是進(jìn)一步提高人類的生活質(zhì)量，體現(xiàn)了以人為中心的目標(biāo)。因此，在BCI相關(guān)項(xiàng)目申請(qǐng)和實(shí)施過(guò)程中、BCI相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中以及BCI商品銷售和使用過(guò)程中，為確保動(dòng)物和人的生命安全，要求進(jìn)行醫(yī)學(xué)倫理等相關(guān)論證，并遵守論證的要求，避免反人類的BCI研發(fā)。BCI技術(shù)的研發(fā)無(wú)論是“腦控技術(shù)”還是“控腦技術(shù)”，其目的均是提供可選的新型人機(jī)交互方式，為人類服務(wù)，而不是損害人類的利益［\o"CurrentDocument"1-2-5-6］。所謂的“腦控受害者”或“控腦入侵”等都不是人類愿意接受的，也不是科學(xué)研究的目的，科學(xué)界和政府應(yīng)該達(dá)成一致意見，制定相應(yīng)的規(guī)則、法規(guī)或法律來(lái)規(guī)范和約束研究者和使用者的行為。圖6BCI與AI的關(guān)系示意圖a.BCI與AI并行發(fā)展；b.BCI與AI圖6BCI與AI的關(guān)系示意圖a.BCI與AI并行發(fā)展；b.BCI與AI交叉發(fā)展；c.把AI引入BCI中；d.把BCI引入AI中Fig.6SchematicdiagramofrelationshipbetweenBCIandAIa.BCIandAIdevelopinparallel;b.crossdevelopmentofBCIandAI;roducingAIintoBCI;d.bringBCIintoAI圖8腦機(jī)接口發(fā)展的趨勢(shì)及其高級(jí)階段——腦機(jī)智能融合Fig.8ThedevelopmenttrendofBCIanditsadvancedstage-BCIintegration圖7人腦、BCI圖7人腦、BCI和AI的關(guān)系小意圖Fig.7Schematicdiagramofbrain,BCIandAIBCI產(chǎn)品用于治療和康復(fù)的相關(guān)醫(yī)療器械注冊(cè)證和生產(chǎn)許可證以及市場(chǎng)準(zhǔn)入BCI相關(guān)產(chǎn)品是直接用人的腦信號(hào)進(jìn)行操控和使用，并且為人服務(wù)，因此，該類產(chǎn)品具有獨(dú)特性。BCI人因工程要求以人為中心設(shè)計(jì)和研發(fā)BCI產(chǎn)品，首先必須確保BCI產(chǎn)品的安全性，然后確保其有效性，特別是BCI相關(guān)產(chǎn)品用于治療和康復(fù)時(shí)。用于治療和康復(fù)的BCI產(chǎn)品作為一種醫(yī)療器械投入市場(chǎng)需要符合各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，獲得所在國(guó)家的許可認(rèn)證。例如，中國(guó)市場(chǎng)需要獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局(NationalMedicalProductsAdministration，NMPA)的醫(yī)療器械注冊(cè)證和生產(chǎn)許可證，如果還想開發(fā)國(guó)外市場(chǎng)，如歐洲市場(chǎng)，需要獲得歐盟的CE認(rèn)證，如果是美國(guó)市場(chǎng)，則需要獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FoodandDrugAdministration，F(xiàn)DA)的認(rèn)證。此外，在這類BCI產(chǎn)品投入市場(chǎng)時(shí)，需要遵守各國(guó)政府制定的市場(chǎng)準(zhǔn)入法則，以維護(hù)持續(xù)健康的市場(chǎng)環(huán)境。目前，BCI相關(guān)產(chǎn)品的醫(yī)療器械注冊(cè)申請(qǐng)和審核過(guò)程周期長(zhǎng)，較難取得。對(duì)于非植入式BCI產(chǎn)品，主要是該類產(chǎn)品的有效性尚存在問(wèn)題，需要科學(xué)精準(zhǔn)的效果評(píng)價(jià)指標(biāo)；對(duì)于植入式BCI產(chǎn)品，主要是該類產(chǎn)品的安全性尚存在問(wèn)題，需要確保安全性的技術(shù)，必須經(jīng)過(guò)縝密的臨床試驗(yàn)。BCI相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)品用于治療和康復(fù)的醫(yī)保報(bào)銷政策目前，BCI相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)品用于治療和康復(fù)的費(fèi)用可能較高，會(huì)給患者及家庭帶來(lái)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，反過(guò)來(lái)也會(huì)影響該類產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，為體現(xiàn)以人為本的服務(wù)理念，需要社會(huì)保障政策把BCI用于治療和康復(fù)的費(fèi)用納入醫(yī)保，以減輕患者的經(jīng)濟(jì)壓力。否則，由于費(fèi)用較昂貴，患者可能不愿意接受BCI的治療。4BCI的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值BCI是一種新型的變革性人機(jī)交互，旨在進(jìn)一步提高疾病或殘障人士以及健康個(gè)體的生活質(zhì)量。在過(guò)去幾年里，隨著BCI技術(shù)的發(fā)展，新成立的與BCI相關(guān)的公司數(shù)量逐年增加，方興未艾，投入BCI轉(zhuǎn)化的資金也不斷增加。然而，這些公司面臨著創(chuàng)業(yè)艱難和BCI產(chǎn)品難以落地等問(wèn)