第二章基本地神经元模型.PDFVIP

第二章 基本的神经元模型 大脑神经元的工作原理 基本神经元模型 神经元学习算法 单个神经元解决问题的能力 神经网络的拓扑结构 一、大脑神经元的工作原理 大脑皮层（cortex）中实际的神经元（neuron）网络 神经元密度：每立方毫米中，神经元 数目超过104个，连接长度超过几 公里。 大脑皮层中另外一类起辅助功能的组 成单元：神经胶质细胞（glia）。 作用：能量供给、支撑脑组织，但 不直接参与大脑信息处理。 1909年：by Ramón y Cajal 一、大脑神经元的工作原理 单个神经元的组成及工作方式 每个神经元由三部分组成： 树突（dendrites ） 神经元的“输入”组织。 细胞体（soma ） 神经元的“CPU”，完成非线性信号处理： 当输入信号超过一定阈值，则产生一个输出信号。 轴突（axon ） 神经元的“输出装置”，把输出信号传送给 其他神经元。 两个神经元之间的连接部分叫突触（synapse）。发送信号的 神经元为突触前神经元，接收信号的神经元为突触后神经 元。脊椎动物的脑皮层中，一个神经元通常与超过104个突 触后神经元连接。大部分轴突分支都位于该神经元附近， 但也有部分轴突分支可以长达几厘米，并将信号送至其他 区域的神经元。 一、大脑神经元的工作原理 神经元之间通过电脉冲（动作电位，actional potential, 或spike）的形式传输信号。电脉冲幅值约100mv，持续 时间1-2ms，因此可通过精制的电极测到。 神经元发出的脉冲序列称为spike train。Spike是神经元 传输的信息的基本单元，单个脉冲不包含信息，但序列 中脉冲的数量和各脉冲传输时刻含有信息。 一、大脑神经元的工作原理 突触传输信息的过程： 脊椎动物脑皮层中通常存在化学突触和电突触两种突触类 型。通常通过化学突触传递信号。 信号传递过程：脉冲信号到达轴突末端时，突触引起一系列 复杂的生物化学反应，最终导致突触释放一种神经递质 （neurotransmitter ）到突触间隙（synaptic cleft ） 中，突触后神经元有一旦检测到这种递质，就会开放特 定的离子通道并产生离子电流，导致突触后神经元的细 胞膜电位变化。 电突触的工作机制尚不清楚，但普遍认为与神经元之间的同 步（synchronization ）有关。 突触整合： 使突触后神经元发生兴奋 的突触为兴奋性突触 (exitatory synapse)，反 之则称抑制性突触 (inhibitory synapse)。 通过测量细胞膜内外电位 差，可以看到spike对突 触后神经元的影响。 如果兴奋性突触活动强度 总和超过抑制性突触活动 强度总和，并达到一定阈 值，就能使该神经元的轴 突起始段发生动作电位， 产生神经冲动。出现神经 冲动时，该神经元呈现兴 奋，反之则表现为抑制。 二、神经元模型 MP模型 由McCulloch和Pitts于1943年建立。 基本思想：神经细胞的工作方式是要么兴奋，要么抑制， 并引入了硬极限函数来模拟这种机制。 该函数形式后来常被其它神经网络（多层感知器、离