从20世纪40年代以来，关于脑模型或人工大脑的研究，人们已在仿生学、人工智能、人工神经网络、模式识别、超级计算机等领域进行了大量的探索，取得了一系列研究成果。例如，从感知机、联想机、认知机、细胞自动机到星脑等，都是某种简化的、局部的人工大脑模型。近20年来，对人工大脑的研究进入了一个新的阶段，尤其是在欧、美、日等发达国家，许多著名的国际公司和著名的科研院所都把对人工脑的研究列为专门的研究课题，并取得了丰硕的成果。

BCI技术在医学、交通、军事、工业、农业等领域具有广阔的应用前景。

BCI技术可以让四肢瘫痪的患者重新恢复行动自由。

BCI技术可以制作思想解读机器，可以不问而获取人的想法。

BCI设备可以随时监视司机的精神状况，一旦检测到驾车者脑部活动有过于紧张或疲劳，便会提醒司机注意或自主采取相应运动。

利用脑波驾驶飞机、控制航天器。

利用脑波对周围的环境进行控制，如开灯、打开电视机等。

利用脑波建立虚拟现实系统等等。

现举以下例子来说明BCI技术的应用前景。

1.猴子脑控机械臂

美国科学家将极细微的电极植入两只雌性恒河猴大脑的额叶和顶叶部位，每个电极不到人的一根头发丝粗细。它们发出的微弱电信号通过导线进入一套独特的计算机系统。该系统能识别与动物手臂特定运动相关的大脑信号模式，信号经脑电信号处理后用来对机械手运动进行控制。这项重大突破使意念与机械结合的研究跨出了一大步，如图2-14所示。

2.脑控驾驶飞机

美国佛罗里达大学的科学家们利用2.5万个老鼠脑神经细胞创造了一个活“大脑”，它可以驾驶模拟高速飞机。科学家们将一个电极栅格放于玻璃盘子底部，栅格上面覆盖老鼠的神经元细胞。细胞最初像一盘散沙一样漂浮于培养液中，但是通过显微镜可以很快看到它们开始互相聚集，慢慢地形成了一个有机的神经系统网络——也就是类似大脑一样的东西——这东西被迪马斯称作“活着的计算装置”。然后大脑通过一台计算机和飞机模拟装置连接在一起。就像人类的大脑一样，人造大脑也可以学习。最初的时候，人造大脑并不知道怎样控制飞机，它没有任何经验。但是，“随着时间的推移，正确的反复刺激修正了神经网络的反应，慢慢地（15min后）神经元学会了控制飞机。最后的结果是神经网络系统可以控制飞机在相对稳定的路线和高度成功飞行。”

图2-14 脑控机械臂

3.电信号刺激增强记忆力

美国的神经学专家们在2005年于圣地亚哥举行的神经学会年度学术会议上，提交了一项研究成果。他们在人的前额装上小电池，将很微弱的电流作用于人的前额部位脑神经，20min以后，试验对象的语言能力就会提高20%。这主要是由于该装置所发出的轻微的电流刺激了前额部位的头皮，激发了该部位的脑神经活力，使其反应能力迅速增强，从而提高了语言和记忆能力，如图2-15所示。

4.将电机头植入大脑皮层，病人不动手就能玩电子游戏

美国华盛顿大学的埃里科·来塔德特等科学家，首次成功地将电子栅格植入人的大脑皮层，用来传出病人大脑的信号，使病人不动手就能玩最简单的电子游戏。借助类似技术，瘫痪的人将来也许可以用思维控制机器或工具，或者重新获得对手脚运动的控制能力。这种技术甚至还有可能用于开发出微型机器人，它们会直接被人脑信号操纵。

(www.daowen.com)

图2-15 电信号刺激增强记忆力

5.模仿大脑的电子线路

美国麻省理工学院的科学家创造了一种电子线路。和传统的电子线路不同，它可以模仿大脑的生物线路，接收如大脑皮质的回授信号。该电子线路是由很多人造的神经单元组成，这些人造的神经单元可以通过一些人造的神经原的神经线连接，相互通信。图2-16所示是科学家发明的电子线路。它是由16个人造神经单元组成。

6.世界第一个修补大脑的芯片

美国科学家研制出了一块能发挥大脑内海马部位功能的硅芯片。可把这个芯片用来替换病人大脑内海马组织的病变部位，一旦被替换，它就可以接收来自大脑神经元的生物电信号，通过芯片的处理模拟出海马组织的功能，并把处理后的信号传给大脑的其他神经元。其主要的功能和上述的模拟大脑的电子线路是近似的。如果确认有效，脑部病变或受伤而无法产生新记忆的病人将能重新完整地感受生活。其工作方式如图2-17所示。

7.用人体皮肤作为传送信号的数据总线

微软公司的科学家近日表示，他们已经获得了利用人体皮肤作为能量管道和数据总线的专利。如今可穿戴电子产品越来越普及，但其输出和输入设备却相对冗余，为了解决输入和输出设备冗余问题，通过该皮肤总线技术就可以搭建一个“个人局域网（PAN）”，允许所有的便携设备都使用同一个输入、输出设备。例如，无论是腕式手表，还是个人数字助理（PDA），它们都可以使用同一个扬声器。同时人体作为一种天然电阻，还可以用作虚拟键盘。

图2-16 人工大脑芯片

图2-17 人工（大脑）海马芯片

8.神经计算机

人脑有140亿个神经元及10亿多个神经键，每个神经元都与许多个神经元交叉相连，它们协力工作。科学家认为，每个神经元都相当于一台微型计算机。人脑总体运行速度相当于每秒1000万亿次的计算机功能。如果用许多微处理机模仿人的神经元结构，采用大量的并行分布式网络就构成了神经计算机。神经计算机还有类似神经的节点，每个节点与许多节点相连。若把每一步运算分配给每台微处理机，它们同时运算，其他信息处理速度和智能会大大地提高。

神经计算机的研究开发势头令人鼓舞。1989年美国贝尔实验室制成可供神经计算机使用的集成电路；三菱电机公司开发出神经计算机用的大规模集成电路芯片，它在1.5cm²的硅片上设置了400个神经元和40000个神经键。应用这种芯片实现了每秒2亿次的运算速度。它的学习能力很强。日本电气公司还推出一种神经网络声音识别系统，能够识别出任何人的声音，正确率已达99.8%。俄罗斯科学家声称1991年成功地研制出首个人工电子大脑——一个拥有与人类大脑同等智力潜能的“神经计算机”。科学家瓦利采夫说，这个俄罗斯新计算机比以往的人工大脑更优越，因为它是利用神经生理学和神经形态学的尖端技术制造出的能够真正思考的机器。他说：“我们必须把这种机器当作刚出世的婴儿那样训练，必须把它当作朋友，不要把它视作犯人或敌人，这是非常重要的”。

神经计算机将来会有更广泛的应用，如完成识别文字、符号、图形、语言以及声呐和雷达接收的信号，判读支票等；实现知识处理，如对市场进行估计，顾客情况分析，新产品分析，进行医学诊断等；进行运动控制，如控制智能机器人，实现汽车自动驾驶和飞行器的自动驾驶等；在军事上，用来发现、识别来犯之敌，判定攻击目标，进行智能决策和智能指挥等。神经计算机的发展前途是不可估量的，其研究也在不断地创新、前进。

9.脑控驾驶汽车模型

佐治亚理工学院的科学家们在一个玻璃器皿中培养了一个老鼠的脑组织细胞，并同时在脑细胞组织中植入一个电子芯片来接收细胞的活动信号，同时通过显微镜来观察细胞的生长状况及芯片的引脚在细胞中所处的位置，并通过计算机来记录电子流向和细胞信号。从细胞过来的电子信号经过计算机分析和处理以后，通过一个无线电装置发射给遥控汽车模型，从而控制汽车的运行。整个信号的控制过程如图2-18所示。

图2-18 脑控驾驶汽车模型