تعامل انسان با کامپیوتر (HCI) امروزه کاربردهای گسترده ای دارد. این رشته علم بررسی تعامل کامپیوتر و انسان است. در واقع این علم نقطه تقاطع دانش کامپیوتر، علوم رفتارشناسی طراحی و چند علم دیگر است. ارتباط و تعامل کامپیوتر وانسان از طریق واسط اتفاق می‌افتد. که شامل نرم‌افزار و سخت‌افزار است. یک تعریف دقیق آن چنین است:
علم تعامل کامپیوتر و انسان یک رشته مرتبط با طراحی ارزیابی و پیاده سازی سیستم‌های محاسباتی متقابل برای استفاده انسان در مطالعه پدیده‌های مهم پیرامون اوست. این رشته شاخه‌هایی از هر دو طرف درگیر را شامل می‌شود مثلا گرافیک کامپیوتری، سیتم‌های عامل، زبان هایی برنامه نویسی، تئوری ارتباطات و طراحی صنعتی برای قسمت کامپیوتری زبان‌شناسی، روانشناسی و کارایی انسان برای قسمت انسانی آن. این رشته به شاخه های زیادی تقسیم می شود که یکی از آنها واسط مغز و کامپیوتر(BCI) است.
مغز انسان توانايي انتشار امواجي الكتريكي و مغناطيسي را دارد كه مي توان با ثبت آنها علاوه بر كاربردهاي پردازشي به تشخيص برخي بيماري ها و حتي برقراري ارتباط به صورت تلپاتي پرداخت. يكي از روش هاي ثبت اين سيگنالها EEG)) مي باشد.
سیگنال های الکتریکی مغزی را اولین بار دکتر هانس برگر در سال 1920 شناسایی و ثبت کرد. با ثبت این سیگنال ها تلاش انسان برای استفاده از این سیگنال ها برای کاربرد های مختلف شروع شد. اکنون بیشترین استفاده های که از این سیگنال های می شود در تشخیص پزشکی و کمک به افراد ناتوان جسمی و فکری است[1]. در اوایل ثبت این سیگنال ها، به خاطر آشفته بودن و نویزی بودن این سیگنال ها کار کردن بر روی و استخراج اطلاعات مفید از آنها مشکل بود.
در اوایل کشف سیگنال های مغزی به دلیل نبودن دستگاه های ثبت و ضبط مناسب انسان به این تصور بود که ارتباط انسان با محیط اطرافش سخت و غیر ممکن است. اما با پیشرفت های که در حوزه رایانه و الکترونیک صورت گرفت و با ابداع ابزار های مناسب جهت ثبت سیگنال های مغزی این ارتباط دور از دسترس نیست. امروزه BCI علمی است که این ارتباط را برقرار می کند.
واسط مغز و رایانه از مجموعه‌ای از سنسور ها و اجزای پردازش سیگنال تشکیل می شود که فعالیت مغزی فرد را مستقیما به یک سری سیگنال‌های ارتباطی یا کنترلی تبدیل می‌کند. در این سامانه ابتدا باید امواج مغزی را با استفاده از دستگاه‌های ثبت امواج مغزی ثبت کرد که معمولا به دلیل دقت زمانی بالا و ارزان بودن و همچنین استفاده آسان، از EEG برای ثبت امواج مغزی استفاده می‌شود. الکترودهای EEG در سطح پوست سر قرار می‌گیرند و میدان الکتریکی حاصل از فعالیت نورون‌ها راه اندازه گیری می‌کنند. در مرحله بعد این امواج بررسی شده و ویژگی‌های مورد نظر استخراج می‌شود و از روی این ویژگی‌ها می توان حدس زد که کاربر چه فعالیتی را در نظر دارد. در شکل(-11) واحد های پردازشی سیستم BCI را می بینیم.
با توجه به پایین بودن نسبت سیگنال به نویز در این سیستم ابتدا یک پیش پردازش و عملیات حذف نویز بر روی این سیگنال ها انجام می شود. مرحله بعد مرحله استخراج ویژگی است که در فصل های بعد در مورد انواع ویژگی ها و روش های استخراج ویژگی صحبت می کنیم در نهایت با استفاده از ویژگی های استخراج شده عمل دسته بندی را انجام می دهیم.
واسط مغز و رایانه ممکن است ساختاری ثابت داشته باشد یا اینکه به صورت انطباقی باشد و خود را با مشخصه یا مشخصه های سیگنال انطباق بدهد. همچنين ممكن است از خروجي سيستم به نوعي به شخص مورد آزمايش فيدبك داده شود. اين روش به بيوفيدبك مشهور است.
در اولین همایش بین المللی که در ژوئن 1999 برگزار شد یک تعریف معمول برای BCI به صورت زیر ارائه شد[2]: (یک واسط مغز و رایانه یک سامانه ارتباطی است که وابسته به مسیرهای خروجی نرمال سامانه عصبی جانبی و ماهیچه‌ها نیست) سيگنال هاي الكتريكي مغز از نظر دامنه و فركانس با برخي ديگر از سيگنال هاي حياتي همپوشاني دارند، لذا در تعريف BCI بر مستقل بودن سيگنال ها از ساير سيگنال هاي عصبي و عضلاني تاكيد شده است.
شکل 1-1 – واحد های پردازشی و دسته بندی در یک سیستم BCI