[BCI] 腦電波的種類

之前寫過介紹 Brain-Computer-Interface (BCI) 的文章，提到目前比較廣泛使用的腦部訊號是腦電波（Electroencephalography, EEG）。基本上，要作為「控制介面」，首先要能分辨輸入訊號的種類，因此若要把腦電波用來當作操作電腦的方式，也先得要讓電腦能區分出幾種不同的腦波狀態才行。所以，就讓我們來認識一下幾種腦波的分類。

今年科學人雜誌網站上恰好有一篇「何謂腦波」，可以作為基礎的入門。當中提到，所謂的 EEG（腦電波圖），是記錄頭殼上，某兩點電位差隨時間的變化圖，通常以微伏（百萬分之一伏特）為單位。

人在張眼、閉眼、清醒或昏迷狀態下，腦電波的振動頻率會有明顯不同的變化，約在1~40Hz之間，國際腦波學會（International Organization of Societies for Electrophysiological Technology）依照不同的頻率，將腦波分為α、β、δ、θ波。

讓電腦可以區分這些腦電波的分類，即是 BCI 的基礎。下表是各種腦波的頻率以及相對應的活動或心理狀態：

腦波種類	腦波頻率	心理及活動狀態
Delta	0.1Hz ~ 3Hz	深度睡眠、無意識狀態
Theta	4Hz ~ 7Hz	想像力活躍的狀態，幻想、回想，以及作夢
Alpha	8Hz ~ 12Hz	安靜、清醒、放鬆的狀態，但沒有到昏昏欲睡的程度
Low Beta	12Hz ~ 15Hz	放鬆，但是注意力集中
Midrange Beta	16Hz ~ 20Hz	思考中，並且意識到自身和環境的變化
High Beta	21Hz ~ 30Hz	警戒、焦慮的狀態

必須要說明的是，一般測量到的 EEG，波型都是以上各種成份同時存在，只是強弱不同，因此在訊號處理與分析上需要下一些功夫。

此外，腦電波之於大腦內部的活動情形，猶如牆上的影子之於造成影子的物體活動，很不容易找到一對一的互相對應：有可能有好幾種動作，所造成的影子都是一樣的，因此也不是測量到一樣的腦電波，就代表一樣的大腦運作狀態。而這個特性也增加了從腦波來判斷「想法」的困難度。

腦波基礎到此告一段落，下次再來談這些訊號的分析方式。