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探究人脑的运作方式—神经元极其通信原理

(2017-03-10 09:13:51)
标签:

杂谈

分类: 计算机智能
神经元理论是我们理解人脑运作的基石。与逻辑门(silicon logic gates)相比,单个神经元的运作要慢5,6个数量级,但是神经元庞大的数量以及更加巨大的相互链接,使得神经系统运作十分有效率。例如,人脑每个操作每秒仅消耗10^-16焦耳。

作为神经元间通信的结构,突触Synapses,在两个神经元间传递递质。其结构上分为,突触前膜、突触间隙和突触后模。运作方式为,在presynaptic process产生递质transmitters,通过synaptic junction传递,到postsynaptic process. 一个synapse在pre过程中将电信号转化为化学信号,在post过程中,将化学信号再转换成为电信号。

在神经元内部,其中心为核结构nucleus;接收信号端为树突Dendrites,具有不规则的表面和更多的分支;输出信号端为轴突Axon,是一个传递管道,有光滑的表面,和较长的长度。神经元将输出信号编码为电压脉冲再通过Axon进行传递,这个电压脉冲我们称为动作电位action potentials。使用动作电位的原因是,axon是细长结构,信息传递到axon末端时,信号会以传输距离的指数级别衰减,动作电位可以解决此问题。
http://s10/mw690/006zieqDzy79nWPMIjL29&690

在人脑中,有各层级、不同功能的组织结构。从简单向复杂排序,为:
1.最基础的级别是Synapses,其依赖于更小的molecules和ions,其作用是在
2.Neural Microcircuits,是一组synapses的集合,其规模小于dendritic tree
3.Dendritic Trees,用于接收信号
4.Neurons,神经元
5.Local Circuits,本地单元
6.Central nervous system,中央神经系统

我们可以把人的神经系统看成一个黑盒,在输入时,将外界的信息转化为电脉冲,在输出时,再将电脉冲转化回可识别的反馈。在黑箱内部,神经系统有很强的可塑性plasticity,其表现在创造新的神经元链接,并且对现有链接进行修改。

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