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神经科学的研究表明，在主体受到外界刺激之后、反应执行之前，或者在大脑产生动作意识之后、动作执行之前，其神经系统的电活动会发生响应的改变。这种变化作为动作即将发生的特征信号可以通过一定的手段检测出来。这就为构建各种各样的记录大脑信息或者刺激大脑活动的BCI提供了可能。另外，由于神经元可以通过突触可塑性来改变神经元之间的连接强度使得大脑具有适应能力，这又让BCI的使用者可以学习通过调节大脑活动来与系统协同。

BCI是一个非肌肉通信系统，它使得大脑意图与环境可以进行直接的沟通交流，也就是在大脑与机器之间建立一个新的通信通道。这种脑机通信的语言一部分来自于大脑信号本身，另一部分来自于协同。

像任何通信系统一样，BCI具有输入（使用者大脑信号）、输出（设备指令）、将输入转化成输出的算法和组件、操作协议。因此BCI系统一般由四个部分组成：

1. 信号采集，使用传感器采集大脑信号；
2. 信号处理，提取信号特征并转化为设备指令；
3. 指令输出，向设备发送指令以完成使用者意图；
4. 操作协议，即流程如图1。

这也意味着BCI实际上是一个结合神经科学、计算机科学、电气工程等多学科的复杂问题。

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