《神经信息编码》ppt课件

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1、第三章感觉（神经）信息编码及处理一、概述基本概念：神经冲动以不同组合形式在神经纤维中的传输—编码。Analogic/digitalsingnal转换。神经信息的编码问题是长期困扰神经科学家的关键问题之一。信息论专家，神经科学家试图“破译”从电生理实验和脑电记录中获得的大量资料，读懂这本隐含信息的“天书”。但是，现在用滤波的办法，功率谱的方法研究脑电，就好像一个不懂外文的人想从印张中墨迹的大小来判断书本的内容；而电生理实验得到的一系列脉冲信号，对我们来说，就好像是收到一份没有翻译成文字的电报原件，实在是不知所云。如果我们掌握了神经系统中信息的编码规则，情况就完

2、全不一样了，我们可以按此规则设计出直接连到听觉神经上的助听器和各种感觉代替装置，以及由神经指挥的电子假肢。我们也有办法从外界干预神经系统（大脑）内发生的信息传递过程，以控制思维、记忆、睡眠、注意、情绪等过程。（一）关于神经信息编码的多样性和有关理论假设同态编码假说（isomorphismcodinghypothesis）神经生理学家发现，刺激强度与感觉系统中神经冲动的发放有一定的关系，Hartline在实验中发现鲎(kingcrab,horseshoecrab,limulus)小眼神经纤维神经冲动发放率与光强度之间关系。Adrian(获1932年医学或生理学

3、诺贝尔奖)提出了关于神经信息的“同态编码假说”,认为感觉量与神经细胞脉冲发放率（或膜电位的大小）成一定比例（见图1B）。简言之，神经元（特别是各类感受细胞）的脉冲发放编码了外界刺激，或携带了该神经元从环境中获取的信息。Adrian的假说为生理学界所普遍接受，并列如了有关教科书中。Kuffler及其同事编著的《FromNeurontoBrain》一书中就引用了这种观点。信息科学家感慨造物主早就在动物的神经系统中采用了同一的编码体制，他们从通讯工程的实践中体会到“脉冲调频”具有很强的抗干扰能力，并惊异地发现神经系统在几百万年前就应用了这种优良的编码方式。Webe

4、r-Fechner定律指出刺激量与感觉量之间的心理物理函数关系，即S=klogIS:感觉量I：刺激量k:常数刺激的物理量不仅仅是刺激强度一项，情况远为复杂。例如，在视觉电生理实验中，适宜刺激显然是光。就拿光点刺激来说，光点面积的大小、颜色、背景光适应时间等因素都影响光感受器反应的大小。1938年Hartline发现用小光点刺激视网膜的不同部位引起蛙视网膜节细胞的反应是不同的。同样的小光点在某些部位引起兴奋反应，而在另一些部位则引起抑制反应。根据这类实验，Hartline提出视觉系统中的感受野（receptivefield）的概念。2、特征检测理论（featu

5、redetector）Kuffler&Barlow等人对感受野的空间构型和种种性质作了大量研究，发现小光点并非是视神经细胞的最佳刺激。Hubel&Wiesel在猫、猴等动物的视皮层上进行了一系列试验，发现许多细胞对边、条形、以及运动图形或特征十分敏感。他们因“取向敏感性（orientationsensitivity）”和“功能柱结构(functionalcolumnorganization)”方面的工作而获得1981年的医学或生理学诺贝尔奖。他们二人的工作是当时视觉研究中流行的“特征检测理论（featuredetector）”的典型代表。3、多义编码假设（m

6、ultimeaninghypohtesis）和任务相关编码假设（taskdependencehypothesis）许多电生理工作者发现，视觉系统中神经元对刺激的某一属性，并非作出“全或无”的反应，而是作出程度不等的反应。于是Blackmore等人主张用“调制曲线”来刻画神经元的性质，如“频率调制（谐）曲线(frequencytuningcurve)”、“长度调制曲线(lengthtuningcurve)”、“取向调制曲线(orientationtuningcurve)”等术语和图形。这些工作表明，对感觉系统，特别是那些高度进化的感觉—视觉、听觉来说，其刺激源

7、（信息论中称为信源）是十分复杂的，神经科学家从动物脑中记录到类似于随机发放的自发放电、时钟节拍样发放、双脉冲和三脉冲发放，而且这些发放不受外界刺激调制。见图3。1968年美国NeuroscienceResearchProgram邀请一些知名人士，就神经编码问题进行过依次讨论，未获得一致意见，只提出一些“选用码（candidatecodes）”。（二）感觉系统的任务是接受尽可能多的信息环境中包含着许多对动物有用的信息。经亿万年进化而来的视觉系统必定适应这丰富多彩的世界，从中提取多种多样的信息。因此，感觉系统中的神经信息的编码不可能只用单一的方式。（1）许多信息

8、（参量），如光强、色、反差、时空变化等无法同时装填到