“意念手写”不再是科幻中的桥段。《自然》杂志日前发布的一篇封面文章显示，斯坦福大学的研究团队通过“意念书写”脑机接口，可实现让受试者将脑中想象的“笔迹”转为屏幕文本，准确率超99%，而且受试者可达到每分钟输入90个字符的速度。一时间，关于脑机接口的讨论又热闹起来。
从2014年巴西世界杯开幕式，瘫痪的青年利亚诺·平托通过脑机接口控制外骨骼踢出了当年世界杯的第一球，到如今已开发出从运动皮层的神经活动中解码瘫痪患者想象中的手写动作，并利用递归神经网络（RNN）解码方法将这些手写动作实时转换为文本的脑机接口系统，我们不禁发出这样的感慨：脑机接口到底能给我们带来多少惊喜呢？
相比地球上其他生物，人最强的是大脑，肌体反而较弱，而脑机接口允许使用大脑中的信号来控制计算机或者其它第三方的外部设备。脑机接口并非一项新技术，其发展已经持续了近百年，其研究涉及神经科学、认知科学、神经工程、材料科学、人工智能等多个学科。
在以往的研究中，科学研究人员更多的是集中在EEG信号的探索，而近些年来，近红外技术(fNIRS)也是很新颖的技术手段，它没有脑电EEG技术那样“娇气”，受环境伪迹干扰大，也不需要打导电膏这样麻烦的过程。
与fMRI技术相比它的成本更低，便携性和安全性更高，并且噪音更低和易于使用。而与EEG和MEG相比，它的数据不太容易受到电噪声的影响，因为它是一种光学成像方式。
典型的脑机接口BCI系统基本上由五个阶段：信号采集，预处理，特征提取/选择，分类和反馈应用。
Chance等人在1993首次证明了使用 fNIRS可以检测出含氧和脱氧血红蛋白（HbO 和 HbR）。而将 HbO 和 HbR 应用于BCI 由Coyle于2004年首次提出，他证明了使用来自运动皮层的信号的两类 BCI 的可行性。从那时起，基于 fNIRS 的 BCI 取得了重大进展，现在 fNIRS 已在一系列 BCI的应用中发挥作用。
让我们来看基于fNIRS的脑机接口有哪些前沿的应用研究。
交流
使患有ALS和LIS等运动障碍的人能够正常交流，已成为BCI的研究的主要目标之一，其中一项重要的干预措施是使患有ALS和LIS等运动障碍的人能够进行交流。
Naseer等人2014年发布的文献显示已经开发出基于fNIRS的脑机接口，用于患者以“是”或“否”进行回答和交流。这些系统的工作原理是允许受试者执行特定任务，如心算或音乐想象，以增加认知负荷，从而对给定的问题回答“是”，或者在保持放松的情况下回答“否”。
Naseer等人2014年发表的研究文章《使用功能近红外光谱的在线二元决策解码用于开发脑机接口》
运动康复
BCI的另一个重要应用是恢复运动障碍者的运动，这可以通过控制机械臂/手和轮椅来实现，Misawa 等人在2012年证明了使用 fNIRS 信号控制机器人的可行性。Batula等人在2017年展示了使用 fNIRS-BCI 进行机器人控制的基于四类运动图像的系统的结果。
Khan等人利用EEG-fNIRS双模态信号从运动区采集信号，证明被试者在使用康复机器人帮助训练后，运动想象能力得到显著提高，数据正确率从训练前的66%提高到94%。这表明了双模态数据比单模态数据表现更好。由此可见双模态BCI在新研究趋势中展现的巨大潜力。
双模态脑机接口方案
神经康复
BCI 系统还可用于恢复中风或脊髓损伤患者的运动和认知功能。神经康复的基本思想是使用 BCI 反馈来诱导大脑活动的调节（也称为神经反馈训练）。Mihara等人于2012年提出了使用基于 fNIRS 的神经反馈的可能性，允许用户有意识地控制他们自己的血流动力学反应。该团队还证明，基于 fNIRS 的神经反馈增强了与运动意象相对应的血流动力学相关性。
Mihara 在2013年的另一项研究中在中风患者中展示了相同的概念。2014年，Kober等人揭示了基于 fNIRS 的神经反馈也可用于长期训练，重复神经反馈诱导特定和集中的大脑激活，而假反馈导致更广泛的皮层区域的扩散激活模式。
2014年，Kober等人发表于《ScienceDirect》杂志的文章《与假反馈相比，基于近红外光谱的神经反馈训练增加了特定运动意象相关的皮层激活》
神经人体工程学
fNIRS 在神经人体工程学中的使用在过去 5 年中大大增加，神经人体工程学的主要问题是实时评估心理工作量和估计心理状况。Ayaz 2012在空中交通管制任务期间使用 fNIRS 来评估专业人员的心理工作量和学生的培训， 验证了左侧 DLPFC 的血氧变化将随着认知工作量的增加而增加，推断出fNIRS 可用于设计和开发复杂的人机界面系统。
Derosiere 2014提出了使用 fNIRS 来检测认知要求高的任务期间的注意力缺失。Gateau 2015使用 fNIRS 实时估计飞行模拟器中飞行员的精神状态，其精神状态对应于工作记忆负荷的高低。Khan 2015使用 fNIRS 检测驾驶员在驾驶任务期间的困倦。
2014年，Ayaz等人发表于《ScienceDirect》杂志的文献：《用于操作员培训和脑力工作量评估的光脑监测》
其他应用
fNIRS-BCI 的其他应用还包括环境控制和娱乐，环境控制应用包括使用 BCI 远程控制风扇和灯，这两个应用对于行动不便的人来说非常重要。
尽管娱乐的不是BCI研究的重要目的，但事实证明BCI可用于娱乐目的，脑控制视频游戏的可行性已经通过EEG-BCI得到了证明，虽然迄今为止还没有开发出这种基于 fNIRS 的应用程序，但是使用fNIRS进行相关研究的设想已经开始“崭露头角”。
脑机接口技术是一项融合了人类思维和机器的新型技术，是人机交互的终极手段。人脑与机器的融合，可以打破当前人类与机器、人类与环境的交互方式，让人类能够突破肉体与工具的局限。在过去十年中，基于 fNIRS 的 BCI 的研究显着加快，由于便携性、易用性和相对较低的成本，fNIRS-BCI 应用前景具有巨大的潜力。
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