一项研究提出了一种基于智能手机的脑-计算机接口(BCI)的家庭护理系统(HCS)。在没有照顾者在场的情况下，HCS每天为残疾人提供帮助.这项研究的目的有两方面：(1)开发一个基于BCI的家庭护理系统，以帮助最终用户控制他们的家用电器；(2)评估HCS的结构是否便于运动障碍者使用。运动条用于唤起用户大脑中的事件相关电位，系统立即处理这些电位以解码用户的意图。然后，该系统将这些意图转化为应用程序命令，并通过蓝牙将其发送到用户的智能手机，以便进行紧急呼叫或执行相应的应用程序，以发出红外信号来控制家用电器。利用组件N2P3对目标和非目标进行识别，可以提高系统的效率。
相关研究成果以“Towards an Accessible Use of a Brain-Computer Interfaces-Based Home Care System through a Smartphone”为题于2020年8月28日在《Computational Intelligence and Neuroscience》杂志发布。
研究背景
今天，短距离遥控器在日常生活中广泛使用。红外辐射有时被称为红外光，是一种比可见光波长更长的电磁辐射。红外不能穿过墙。因此，在相邻的房间里，使用相同红外波长的遥控器不会互相干扰。相反，在一个室内，所有设备的红外波长应该是不同的。因此，每个家用电器都有一个专用的遥控器。
闭锁综合征(Lis)、肌萎缩侧索硬化症(Als)、脊髓损伤、先天性或意外性神经损伤的个体在肢体运动技能的发展中可能遇到严重障碍，但大多数人的大脑功能正常当他们说不清楚的时候，他们想要表达的要求就不能被理解。由于行动能力逐渐丧失，这些人可能需要24小时的个人照顾者。
脑计算机接口(BCI)系统对这一人群是可行的。BCI可以允许他们控制外部设备，并使他们能够自己执行一些任务。BCI系统是连接人脑及其周围环境的系统。它使人们能够在不动肌肉的情况下用脑电波与他人交流。有不同的技术来测量大脑活动。其中，脑电图(EEG)因其成本低、携带性好、时间分辨率高等优点而成为最常用的方法。在过去20年中，有关无创/刺激驱动/视觉BCI(VBCI)系统的研究激增。这类脑缺血系统通过脑电图获取大脑皮层表面的用户脑电位。
基于脑电的脑梗死模式有四种：事件相关去同步(ERD/ERS)、稳态视觉诱发电位(SSVEP)、事件相关电位(ERP)和慢皮层电位(SCP)。其中，基于ERP和SSVEP的BCI比其他的更实用，因为它们支持大量的输出命令，并且需要很少的培训时间。
然而，传统的BCI系统由于缺乏高精度和可靠性，信息传输速率低，用户可接受性差，已不能实用化。首先，在视觉BCI系统中，虽然凝视不是一种要求基于视觉ERP的BCI中的凝视会提高其性能。因此，在系统中，我们更希望用户盯着GUI选择一个选项。如果用户失去视力或无法凝视屏幕，则使用听觉BCI更合适。
创新
在这项研究中，研究人员提出了一种基于带有智能手机的脑机接口（BCI）的家庭护理系统（HCS）。该原型包括三个部分：信号采集、信号处理和信号应用。
图1 HCS的系统架构，包括基于ERP的vBCI系统及其应用
其中vBCI模块（例如用于通信或控制的其他人机界面系统）包括输入/输出过程。BCI模块需要通过EEG输入从用户的脑波获得的信号。该系统中的EEG设备包含32个通道，使用典型的非侵入性方法。
在用户的智能手机上显示应用程序界面。
vBCI模块通过Arduino和HC-5蓝牙模块将通信信号输出到用户的智能手机。通信信号首先在用户的智能手机ICAI1101上执行一个应用程序，该应用程序由作者开发。当BCI模块识别用户想要的选项时，它将向用户的智能手机发送命令信号以控制ICAI 1101。然后，用户智能手机的GUI将根据用户的选择进行更改。如果用户周围有照顾者，他们可以跟踪用户的需求，并通过直接使用用户智能手机的GUI来帮助用户。
在这项研究中，15名健康受试者和7名运动障碍受试者（包括1名患有ALS的受试者）参加了临床试验。
结果显示，残疾组的准确度水平低于健康组，但差异在统计上并不显着。残疾组的平均准确率（78.10％）高于75％。比特率分析得出的结论与准确性分析的结论相似。因此，当用户选择选项时，目标选项在短时间内的准确性超过四分之三。因此，HCS对于残障人士来说是一个可行的系统。
总结了15名健康受试者的正确率和比特率。
结论
综上，该研究提出了一种结合了BCI和智能手机的家庭护理系统。HCS可帮助最终用户，行动不便的人拨打紧急电话或控制其家用电器。因此，最终用户仅通过眼部肌肉的运动即可自理。
论文链接：https://www.hindawi.com/journals/cin/2020/1843269/#conclusions
