脑认知与人工神经网络.ppt

专题二二 脑认知与人工神知与人工神经网网络1.内内 容容n神神经系系统n神经系统及神经分布n神经元的基本结构和功能n神经冲动的传递n人工神人工神经网网络学学习系系统n工作原理n应用2.生物神经网络n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n神经系统的功能n控制和调节其它系统的活动，使人体成为一个有机的整体n维持机体与外环境间的统一n人类神经系统不仅适应环境，还能主观改造世界3.神经系统及神经分布中枢部中枢部周周围部部脑脊髓脊髓3131对脊神脊神经1212对脑神神经内内脏神神经交感神经副交感神经4.嗅神嗅神经 感感觉性性 视神神经 感感觉性性 动眼神眼神经 运运动性性 滑滑车神神经 运运动性性 三叉神三叉神经 混合性混合性 展神展神经 运运动性性 面神面神经 混合性混合性 前庭前庭蜗神神经 感感觉性性 舌咽神舌咽神经 混合性混合性 迷走神迷走神经 混合性混合性 副神副神经 运运动性性 舌下神舌下神经 运运动性性连于中于中脑连于延髓于延髓连于于脑桥连于端于端脑连于于间脑十二十二对脑神神经名称、性名称、性质5.植物神植物神经系系统及其及其对内内脏的的调节又称自主神又称自主神经系系统或或植物神植物神经系系统。内内脏神神经系系统交感神经副交感神经副交感神副交感神经交感神交感神经包包括括中枢部中枢部周周围部部6.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，糖原合成增加7.（一）神（一）神经元与神元与神经传导n神神经系系统中担中担负神神经传导的基本的基本结构和构和功能功能单位是神位是神经细胞，即神胞，即神经元元n神神经元的元的结构构组成成n细胞体、胞体、树突与突与轴突突n神神经元通元通过以下途径完成信号以下途径完成信号传导n神神经冲冲动(nerve Impuls(nerve Impulse e)n突触突触传递(s synapseynapse transmission)transmission)8.q神经元的基本构造q树突与轴突 树突 轴突 短而分支 长/末端有分支（人的可长达1 m，鲸可达 10 m）无髓鞘 有髓鞘（外面包着充满磷脂的髓鞘）接受和传入刺激 传出神经冲动神神经元的元的结构构神经元细胞体突起树突 轴突9.膝跳反射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）10.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、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11.（二）神经冲动的产生和传导神 经 冲 动静息电位(resting potential)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(action potential)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(nerve impulse)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。12.（1）静息电位n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70 mV电位差；n细胞膜上存在的 Na+,K+ATP泵是造成静息电位的原因之一13.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 70 mV,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14.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+35 mV。快速产生与传播产生仅需 1 ms；从刺激点向两侧传播，速度可达 100 m/S。不应期产生动作电位需 1 ms；恢复到原来静息电位状态35ms；受刺激后直至恢复到静息电位状态，总共46ms这段时间内，神经细胞对新的刺激无反应，称为不应期。15.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 2 nm 20 nm 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)16.神神经递质：突触：突触处释放化学物放化学物质，可与突触，可与突触后后细胞膜受体特异胞膜受体特异结合合如：乙如：乙酰胆碱、胆碱、正正肾上腺素上腺素 、氨基丁酸氨基丁酸 、5 5羟色胺色胺神神经递质由突触前由突触前细胞胞释放，通放，通过受体作用受体作用于突触后于突触后细胞，引起突胞，引起突触后触后细胞的反胞的反应（4）神经递质及其效应17.二、神经网络学习系统n模拟人类实际神经网络的数学方法称为神经网络nT.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n系统辨识n模式识别n智能控制等领域18.神经网络学习系统框图 基本原理基本原理输入部接收外来的入部接收外来的输入入样本本X X，由，由训练部部进行网行网络的的权系数系数W W调整，整，然后由然后由输出部出部输出出结果果在此在此过程中，期望的程中，期望的输出信号（或真出信号（或真值）可）可以作以作为教教师信号信号输入，入，由由该教教师信号与信号与实际输出出进行比行比较，产生的生的误差去控制修改差去控制修改权系数系数W W 脑/脊髓脊髓感觉纤维信息功能反应运动纤维感觉运动19.神经与网络学习系统的组成比较神经神经网络学习系统传入信号刺激样本神经中枢感受器输入部脑/脊髓/神经元胞体训练部（多参数模型、函数）运动神经元输出部信号传出效应器实际输出20.Xl，X2，Xn，是输入样本信号，W1，W2，Wn是权系数。输入样本信号Xi可以取离散值“0”或“1”。输入样本信号通过权系数作用，在u产生输出结果 WiXi，即有：u=WiXi=W1X1+W2X2+WnXn再把期望输出信号Y(t)和u进行比较，从而产生误差信号e。即权值调整机构根据误差e去对学习系统的权系数进行修改，修改方向应使误差e变小，不断进行下去，使到误差e为零，这时实际输出值u和期望输出值Y(t)完全一样，则学习过程结束神经网络的学习要消耗时间，学习过程要多次重复，甚至达万次级神经网络的权系数W有很多分量W1，W2，-Wn（多参数修改系统），系统的参数的调整就必定耗时耗量。研究和实时控制中的关键：提高神经网络的学习速度，减少学习次数21.基因预测的神经网络模型l 人造神经元:网络结(NN)输出出(阈值)输入入输入入输入入WeightWeightWeight“计算单元”简单处理理:计算算总和和复复杂处理理:本身可作本身可作为一个网一个网络结22.5启动子转录起始位点非翻译区转录区 起始密码子 终止密码子3转录终止位点外显子 切除和拼接位点GT AG 内含子真核生物基因结构23.l 基因结构的神经网络.基因预测的神经网络模型:GRAIL II24.如何完成程序的“学习过程”?已知的基因 完整的基因组1/21/2培训学习(sequence and annotation)验证 (sequence)未知的基因 程序 选择合适的参数Good prediction一种计算机程序，需要用已知基因的序列对程序进行“培训”，以便能分析同类的新序列25.n机器学习是人工智能的核心研究领域之一n任何一个没有学习能力的系统都很难被认为是一个真正的智能系统n经典定义：利用经验改善系统自身的性能26.机器学习：生物信息学27.机器学习：网络安全28.机器学习：搜索引擎 Google Google的成功，使得的成功，使得Internet Internet 搜搜索引擎成索引擎成为一个新一个新兴的的产业 不不仅有众多有众多专营搜索引擎的公司出搜索引擎的公司出现（例如（例如专门针对中文搜索的就有慧中文搜索的就有慧聪、百度等），、百度等），而且而且MicrosoftMicrosoft等巨等巨头也开始投入巨也开始投入巨资进行行研研发 GoogleGoogle掘到的第一桶金，来源于掘到的第一桶金，来源于其其创始人始人Larry PageLarry Page和和Sergey Sergey BrinBrin提出的提出的PageRankPageRank算法算法机器学机器学习技技术正在支撑着各正在支撑着各类搜索引搜索引擎（尤其是擎（尤其是贝叶斯学叶斯学习技技术）29.机器学习的重要性 美国航空航天局JPL实验室的科学家在Science（2001年9月）上撰文指出：机器学习对科学研究的整个过程正起到越来越大的支持作用，该领域在今后的若干年内将取得稳定而快速的发展30.后面内容直接删除就行资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用资料仅供参考，实际情况实际分析31.主要经营：课件设计，文档制作，网络软件设计、图文设计制作、发布广告等秉着以优质的服务对待每一位客户，做到让客户满意！致力于数据挖掘，合同简历、论文写作、PPT设计、计划书、策划案、学习课件、各类模板等方方面面，打造全网一站式需求32.感感谢您的您的观看和下看和下载The user can demonstrate on a projector or computer,or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field33.