Современные технологии стремительно меняют способы взаимодействия человека с окружающим миром, особенно в области нейронауки и биомедицинской инженерии. Одним из ключевых инструментов в изучении и применении биоданных является электроэнцефалография (ЭЭГ) и электромиография (ЭМГ). Для их качественного измерения традиционно требуются дорогостоящие устройства, что ограничивает доступность оборудования для многих исследователей, студентов и энтузиастов. Однако появление открытых аппаратных платформ и микроконтроллеров открывает новые горизонты. Одним из таких решений стал MicroBCI - недорогой, высокофункциональный шильд для популярной платы STM32 Nucleo-55RG, позволяющий фиксировать электроэнцефалограммы, электромиограммы и электрокардиограммы одновременно на восьми каналах.
Применение данного устройства способствует развитию инклюзивных исследований и образовательных проектов, а также стимулирует создания собственных биосигнальных систем на базе STM32. STM32, представляющий собой семейство микроконтроллеров с расширенными возможностями обработки сигналов, давно завоевал популярность среди разработчиков и инженеров благодаря своей надежности, широкому набору периферии и большому сообществу. Однако до появления MicroBCI отсутствовали готовые решения с открытым программным обеспечением, которые бы превращали платы STM32 в полноценные устройства для работы с биосигналами. Создатели MicroBCI решили эту проблему, предоставив аппаратно-программный комплекс, который может быть использован как для научных исследований, так и для прототипирования BCI (интерфейсов "мозг-компьютер"). Основу качественного измерения биопотенциалов в MicroBCI составляет интегральная схема АЦП ADS1299 производства Texas Instruments.
Данный компонент давно признан одним из эталонов в сфере биопотенциальных измерений, обеспечивая высокое качество сигнала и надежную многоканальную регистрацию за счет встроенного мультиплексора. Использование ADS1299 в сочетании с микроконтроллером STM32 позволяет получать данные с минимальным уровнем шума - около одного микровольта, что сопоставимо с профессиональными коммерческими системами, но при этом стоимость решения оказывается значительно ниже. Для сбора сигналов используются сухие электроды из серебра и хлорида серебра (Ag/AgCl), расположенные согласно международной системе 10-20, предусматривающей фиксированное размещение электродов на поверхности черепа. Отсутствие необходимости в использовании проводящего геля и простота подключения способствуют быстрому и удобному монтажу. Такое решение идеально подходит для образовательных целей и различных прототипов, где важна мобильность и оперативность развертывания измерительной системы.
Практические тесты с MicroBCI показали высокую точность регистрации базовых биосигналов. В частности, были проведены измерения альфа-ритма - характерного EEG-сигнала с частотами от 8 до 12 Гц, который усиливается при закрытых глазах в спокойном состоянии. Полученные данные оказались вполне сопоставимы с эталонными показателями, что подтверждает способность устройства фиксировать ключевые физиологические паттерны. Кроме того, качество записи позволяет выявлять артефакты, связанные с жевательными движениями и морганием, что важно для последующей обработки и анализа сигналов. MicroBCI работает автономно и питается от 5-вольтового аккумулятора, что снижает уровень внешних помех и обеспечивает надежность показаний в лабораторных и полевых условиях.
Такой источник питания гарантирует безопасность и удобство в эксплуатации без необходимости привязывать устройство к стационарным сетям. Важным преимуществом MicroBCI является открытость всей аппаратной и программной части проекта. Публикация схем, исходников и драйверов в свободном доступе способствует созданию сообщества разработчиков, преподавателей и исследователей, объединенных идеей демократизации науки и техники. Это позволяет быстро расширять функционал, создавать дополнительные модули и делиться опытом работы с биосигналами на базе STM32. Область применения данного решения широка и разнообразна.
От простого обучения студентов принципам нейрофизиологии и электроники до сложных проектов нейрокомпьютерных интерфейсов. Система может использоваться для контроля состояния человека, реабилитации после инсультов, разработки протезов с управлением мозговыми сигналами, мониторинга сна и многих других задач. Кроме того, доступность MicroBCI открывает возможности для стартапов и исследовательских групп с ограниченным бюджетом, стимулируя инновации в сфере медицинских и образовательных технологий. Важно отметить, что MicroBCI не является медицинским устройством и предназначен для научных и учебных целей. Тем не менее, качество сигнала и надежность конструкции позволяют применять его для предварительных исследований в области вычислительной нейронауки и обработки биосигналов.
В сочетании с современными методами машинного обучения и анализа данных, MicroBCI становится мощным инструментом для изучения обработки и распознавания EEG и EMG паттернов. Перспективы развития проекта включают интеграцию с мобильными приложениями, усовершенствованные алгоритмы фильтрации шумов и автоматического обнаружения артефактов, а также расширение количества каналов для более точного картирования мозговой активности. Применение современных сетевых протоколов и облачных платформ сделает возможным удаленный мониторинг и обработку данных в реальном времени, открывая новые горизонты для телемедицины и гуманитарных технологий. Таким образом, комбинация проверенной технологии ADS1299 и универсального микроконтроллера STM32 в шильде MicroBCI предоставляет недорогое, удобное и мощное решение для измерения биоданных - электроэнцефалограммы и электромиограммы. Благодаря открытой архитектуре и простоте использования, проект представляет собой значимый шаг в демократизации доступа к передовым нейротехнологиям, стимулируя развитие исследований, образования и практических приложений в области биоинженерии и нейрокомпьютерных интерфейсов.
.
