脑认知与人工神经网络

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1、专题二脑认知与人工神经网络内容神经系统神经系统及神经分布神经元的基本结构和功能神经冲动的传递人工神经网络学习系统工作原理应用生物神经网络神经通讯是在神经系统，或神经元与效应器间传递信息的一种方式神经系统的功能控制和调节其它系统的活动，使人体成为一个有机的整体维持机体与外环境间的统一人类神经系统不仅适应环境，还能主观改造世界神经系统及神经分布中枢部周围部脑脊髓31对脊神经12对脑神经内脏神经交感神经副交感神经Ⅰ嗅神经感觉性Ⅱ视神经感觉性Ⅲ动眼神经运动性Ⅳ滑车神经运动性Ⅴ三叉神经混合性Ⅵ展神经运动性Ⅶ面神经混合性Ⅷ前庭蜗神经感觉性Ⅸ舌咽神经混合性Ⅹ迷走神经混合性

2、Ⅺ副神经运动性Ⅻ舌下神经运动性连于中脑连于延髓连于脑桥连于端脑连于间脑十二对脑神经名称、性质植物神经系统及其对内脏的调节又称自主神经系统或植物神经系统。内脏神经系统交感神经副交感神经副交感神经交感神经包括中枢部周围部交感神经和副交感神经系统的功能器官交感神经副交感神经循环系统心跳加快加强、皮肤及内脏血管收缩，血压升高心跳减慢减弱，血压降低呼吸系统呼吸道平滑肌舒张呼吸道平滑肌收缩消化系统胃肠平滑肌的活动减弱括约肌收缩加强胃肠平滑肌的活动，括约肌舒张眼瞳孔扩大瞳孔缩小汗腺分泌增加不受副交感神经支配代谢，内分泌糖原分解，肾上腺髓质分泌增加胰岛素分泌增加，糖原合成增

3、加（一）神经元与神经传导神经系统中担负神经传导的基本结构和功能单位是神经细胞，即神经元神经元的结构组成细胞体、树突与轴突神经元通过以下途径完成信号传导神经冲动(nerveImpulse)突触传递(synapsetransmission)神经元的基本构造树突与轴突树突轴突短而分支长/末端有分支（人的可长达1m，鲸可达10m）无髓鞘有髓鞘（外面包着充满磷脂的髓鞘）接受和传入刺激传出神经冲动神经元的结构神经元细胞体突起树突轴突膝跳反射实际上是两个神经元细胞分别联系着感受器（肌索）、效应器（横纹肌）突触轴突的末梢分支，是神经元传出神经冲动的终端;突触组成：突触前膜、

4、突触间隙、突触后膜信息通过突触在神经元之间传递，突触是神经细胞和接受神经信号的细胞之间的连接处（二）神经冲动的产生和传导神经冲动静息电位(restingpotential)神经纤维处于静息状态时，存在外正内负的电位差。动作电位(actionpotential)神经纤维受到足够强的刺激，Na+通道完全开放，膜电位提高到最高值。神经冲动(nerveimpulse)动作电位沿神经纤维向远端传播，使整个神经纤维依次兴奋。（1）静息电位神经元在静息状态时，即未接受刺激，未发生神经冲动时，细胞膜内积聚负电荷，细胞膜外积聚着正电荷，膜内外存在着－70mV电位差；细胞膜上存

5、在的Na+,K+—ATP泵是造成静息电位的原因之一动作电位坐标图当神经细胞受到刺激时，细胞膜的透性急剧变化，大量正离子（主要是Na+）由膜外流向膜内，使膜两侧电位从－70mV,一下子跳到+35mV，这就是动作电位。动作电位的产生，意味神经冲动的产生。(2)动作电位动作电位传播特点“全或无”刺激强度不够，不产生动作电位；刺激达到或超过有效强度（阈值），动作电位恒定为+35mV。快速产生与传播产生仅需1ms；从刺激点向两侧传播，速度可达100m/S。不应期产生动作电位需1ms；恢复到原来静息电位状态3－5ms；受刺激后直至恢复到静息电位状态，总共4－6ms这段时

6、间内，神经细胞对新的刺激无反应，称为不应期。神经冲动沿着轴突,基本上都是按照引起邻段发生动作电位方式向远端传播，到了突触的地方，如何跨越两层细胞膜之间的空隙，传向后一个细胞?（3）神经冲动在突触的传导跨越细胞间隙传导神经冲动的两种方式电突触化学突触膜间间隙2nm20nm传导电位神经递质逆向可以不可以常见于低等动物高等动物（蚯蚓、虾、海参等）(脊椎动物，人体)☆神经递质：突触处释放化学物质，可与突触后细胞膜受体特异结合☆如：乙酰胆碱、正肾上腺素、－氨基丁酸、5－羟色胺☆神经递质由突触前细胞释放，通过受体作用于突触后细胞，引起突触后细胞的反应（4）神经递质

7、及其效应二、神经网络学习系统模拟人类实际神经网络的数学方法称为神经网络T.Koholen的定义：“人工神经网络是由具有适应性的简单单元组成的广泛并行互连的网络，它的组织能够模拟生物神经系统对真实世界物体所作出的交互反应应用系统辨识模式识别智能控制等领域神经网络学习系统框图基本原理输入部接收外来的输入样本X，由训练部进行网络的权系数W调整，然后由输出部输出结果在此过程中，期望的输出信号（或真值）可以作为教师信号输入，由该教师信号与实际输出进行比较，产生的误差去控制修改权系数W脑/脊髓感觉纤维信息功能反应运动纤维感觉运动神经与网络学习系统的组成比较神经神经网络学

8、习系统传入信号刺激样本神经中枢感受器输入部脑/脊髓/