神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息論文

1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息論文 摘要本文從生物神經(jīng)元的角度簡(jiǎn)單闡述了人腦高級(jí)思維的形成機(jī)制。通過(guò)對(duì)反射、認(rèn)知、創(chuàng)造等概念的重新定義，全面的解析人腦的工作原理，以及在這一運(yùn)行機(jī)制下對(duì)于外界所反應(yīng)出來(lái)的相關(guān)現(xiàn)象。 關(guān)鍵詞反射認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能 一、生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 生物神經(jīng)系統(tǒng)是以神經(jīng)元為基本單位，神經(jīng)元的外部形態(tài)各異，但基本功能相同，在處于靜息狀態(tài)時(shí)（無(wú)刺激傳導(dǎo)），神經(jīng)細(xì)胞膜處于極化狀態(tài)，膜內(nèi)的電壓低于膜外電壓，當(dāng)膜的某處受到的刺激足夠強(qiáng)時(shí)，刺激處會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)去極化、反極化（膜內(nèi)的電壓高于膜外電壓）、復(fù)極化的過(guò)程，當(dāng)刺激部位處于反極化狀態(tài)時(shí)，鄰近未受刺激的部位仍處于極化狀態(tài)，兩著之間就會(huì)形成局部

2、電流，這個(gè)局部電流又會(huì)刺激沒(méi)有去極化的細(xì)胞膜使之去極化等等，這樣不斷的重復(fù)這一過(guò)程，將動(dòng)作電位傳播開(kāi)去，一直到神經(jīng)末梢。 神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的信息傳遞是通過(guò)突觸相聯(lián)系的，前一個(gè)神經(jīng)元的軸突末梢作用于下一個(gè)神經(jīng)元的胞體、樹(shù)突或軸突等處組成突觸。不同神經(jīng)元的軸突末梢可以釋放不同的化學(xué)遞質(zhì)，這些遞質(zhì)在與后膜受體結(jié)合時(shí)，有的能引起后膜去極化，當(dāng)去極化足夠大時(shí)就形成了動(dòng)作電位；也有的能引起后膜極化增強(qiáng)，即超極化，阻礙動(dòng)作電位的形成，能釋放這種遞質(zhì)的神經(jīng)元被稱(chēng)為抑制神經(jīng)元。此外，有的神經(jīng)元之間可以直接通過(guò)突觸間隙直接進(jìn)行電位傳遞，稱(chēng)為電突觸。還有的因樹(shù)突膜上電壓門(mén)控式鈉通道很少，樹(shù)突上的興奮或抑制活動(dòng)是以

3、電緊張性形式擴(kuò)布的，這種擴(kuò)布是具有衰減性的。 圖1 一個(gè)神經(jīng)元可以通過(guò)軸突作用于成千上萬(wàn)的神經(jīng)元，也可以通過(guò)樹(shù)突從成千上萬(wàn)的神經(jīng)元接受信息，當(dāng)多個(gè)突觸作用在神經(jīng)元上面時(shí)，有的能引起去極化，有的能引起超極化，神經(jīng)元的沖動(dòng)，即能否產(chǎn)生動(dòng)作電位，取決于全部突觸的去極化與超級(jí)化作用之后，膜的電位的總和以及自身的閾值。 神經(jīng)纖維的電傳導(dǎo)速度因神經(jīng)元的種類(lèi)、形態(tài)、髓鞘有無(wú)等因素的不同而存在很大差異，大致從0.3m/s到100m/s不等。在神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的信息交換速度也因突觸種類(lèi)或神經(jīng)遞質(zhì)的不同而存在著不同的突觸延擱，突觸傳遞信息的功能有快有慢，快突觸傳遞以毫秒為單位計(jì)算，主要控制一些即時(shí)的反應(yīng)；慢突觸

4、傳遞可長(zhǎng)達(dá)以秒為單位來(lái)進(jìn)行，甚至以小時(shí)，日為單位計(jì)算，它主要和人的學(xué)習(xí)，記憶以及精神病的產(chǎn)生有關(guān)系。2000年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了瑞典哥德堡大學(xué)77歲的阿維卡爾松、美國(guó)洛克菲勒大學(xué)74歲的保羅格林加德以及出生于奧地利的美國(guó)哥倫比亞大學(xué)70歲的埃里克坎德?tīng)?，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了慢突觸傳遞這樣一種“神經(jīng)細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)形式”。本次獲獎(jiǎng)?wù)叩闹饕暙I(xiàn)在于揭示“慢突觸傳遞”，在此之前，“快突觸傳遞”已經(jīng)得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)。此外，使用頻繁的突觸聯(lián)系會(huì)變得更緊密，即突觸的特點(diǎn)之一是用進(jìn)廢退，高頻刺激突觸前神經(jīng)元后，在突觸后神經(jīng)元上紀(jì)錄到的電位會(huì)增大，而且會(huì)維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。所以可以得出一條由若干不定種類(lèi)的神經(jīng)元

5、排列構(gòu)成的信息傳導(dǎo)鏈對(duì)信息的傳導(dǎo)速度會(huì)存在很大的彈性空間，這一點(diǎn)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知事件有著非常重要的意義。 神經(jīng)系統(tǒng)按功能可大致分為傳入神經(jīng)（感覺(jué)神經(jīng)）、中間神經(jīng)（腦：延腦、腦橋、小腦、中腦、間腦、大腦脊髓）與傳出神經(jīng)（運(yùn)動(dòng)神經(jīng)）三類(lèi)。 生物要適應(yīng)外界環(huán)境的變化，就必須能夠感受到這種變化，才能做出反應(yīng)。生物的感受器多種多樣，有的是單單感覺(jué)神經(jīng)元的神經(jīng)末梢；有的是感受器細(xì)胞；還有的感受器除了感受細(xì)胞外還增加了附屬裝置，且附屬裝置還很復(fù)雜，形成特殊的感覺(jué)器官。無(wú)論感受器的復(fù)雜程度如何，它在整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中都起著信息采集的作用，它將外界物理的或化學(xué)的動(dòng)態(tài)信號(hào)反應(yīng)在感覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞膜的電位變化上，膜上的電位變化

6、可形成動(dòng)作電位向遠(yuǎn)端傳導(dǎo)。 中間神經(jīng)在系統(tǒng)中起著計(jì)算及信息傳導(dǎo)的作用，通常感覺(jué)神經(jīng)傳來(lái)的動(dòng)作電位經(jīng)過(guò)若干個(gè)中間神經(jīng)元的計(jì)算響應(yīng)后在傳遞到傳出神經(jīng)形成反射弧，但也有的反射弧僅由傳入神經(jīng)元與傳出神經(jīng)元直接組成，如敲擊股四頭肌引起的膝反射。傳出神經(jīng)可分為軀體神經(jīng)與內(nèi)臟神經(jīng)兩類(lèi)，它們都最終連接著效應(yīng)器，只是內(nèi)臟神經(jīng)需要通過(guò)一個(gè)神經(jīng)節(jié)來(lái)連接效應(yīng)器，最后由效應(yīng)器調(diào)空肌體器官做出相應(yīng)的反應(yīng)。 二、生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立 1994年，一種被稱(chēng)為Netrin-1、將軸突吸引到分泌它的神經(jīng)細(xì)胞的可擴(kuò)散蛋白被發(fā)現(xiàn),此后人們發(fā)現(xiàn)，同一軸突引導(dǎo)分子既可吸引、也可排斥前來(lái)的軸突。其中，環(huán)狀A(yù)MP（也稱(chēng)cAMP）、環(huán)狀GMP（

7、也稱(chēng)cGMP）和鈣離子，都可能是從參與將發(fā)育中的神經(jīng)元引導(dǎo)到其目標(biāo)上的受體中轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)的第二種信使。新的實(shí)驗(yàn)表明，正是cAMP/cGMP的比例決定著Netrin-1是起一種吸引信號(hào)的作用還是起一種排斥信號(hào)的作用，這些環(huán)狀核苷通過(guò)控制軸突生長(zhǎng)錐中的L-型鈣通道來(lái)起作用。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量對(duì)神經(jīng)軸突生長(zhǎng)具有導(dǎo)向作用的分子，這些分子可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)分子固著在細(xì)胞膜表面或細(xì)胞外基質(zhì)中，影響局部的神經(jīng)纖維生長(zhǎng)，這類(lèi)因子包括ephrin,MAG(myelin-associatedglycoprotein),Nogo等；另一類(lèi)是分泌性分子，能擴(kuò)散一定的距離并形成濃度梯度起作用，如netrin,slit,s

8、emaphorin家族的大多數(shù)成員,及各種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等。神經(jīng)軸突的前端有生長(zhǎng)錐（growthcone）的結(jié)構(gòu)起到對(duì)環(huán)境信號(hào)的探測(cè)作用。神經(jīng)生長(zhǎng)錐表面存在各種導(dǎo)向因子的受體，它們特異地識(shí)別環(huán)境中各種因子，并向細(xì)胞內(nèi)傳遞吸引（attractive）或是排斥(repulsive)的信號(hào)，從而通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)錐內(nèi)的細(xì)胞骨架的重組來(lái)引導(dǎo)神經(jīng)纖維沿特定路線生長(zhǎng)（我國(guó)科學(xué)家袁小兵等研究人員發(fā)現(xiàn)，在脊髓神經(jīng)元上，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)RHOA酶和CDC酶直接傳遞外界方向信號(hào)，引導(dǎo)神經(jīng)生長(zhǎng)方向，同時(shí)這兩種酶相互作用，對(duì)生長(zhǎng)方向進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)）。未成熟神經(jīng)細(xì)胞柔弱的軸突在這些信號(hào)的引導(dǎo)下，試探地穿行于正處于發(fā)育階段、仍是一片紛

9、亂的大腦之中，最終抵達(dá)適當(dāng)?shù)哪康牡亍Ｒ坏┹S突的末端找到了其正確的棲息地，它就開(kāi)始與周?chē)窠?jīng)元建立盡可能廣泛的突觸聯(lián)系，以便傳導(dǎo)信息。 脊椎動(dòng)物出生后早期發(fā)育中的一個(gè)特征是，神經(jīng)鍵（或神經(jīng)連接）的消除。最初，一個(gè)神經(jīng)肌肉連接被多個(gè)軸突支配，然后所有軸突都退出，只剩下一個(gè)，對(duì)相互競(jìng)爭(zhēng)的神經(jīng)元來(lái)說(shuō)，決定勝負(fù)的是它們的相對(duì)活性。為了能準(zhǔn)確的連接到目的地，單個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元會(huì)沿導(dǎo)向分子所確定的大致方向上生長(zhǎng)出若干條神經(jīng)纖維，其中總會(huì)有能正確連接到目的地的神經(jīng)纖維，所建立的若干神經(jīng)鏈路在刺激信號(hào)的作用下，正確的信息傳遞會(huì)使鏈接會(huì)變的更加穩(wěn)固，反之則慢慢萎縮分離。打個(gè)比方講：兩個(gè)城市間原本沒(méi)有路，如果要修的話

10、會(huì)先派人去探索出若干條路，最后去修筑被優(yōu)選出來(lái)的路，而其他的則會(huì)被遺棄。 三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理 1、反射 自然界中，事物的發(fā)展、能量的轉(zhuǎn)化、信息的傳遞等等各種的自然現(xiàn)象都包含著因果關(guān)系，只要時(shí)間沒(méi)有停滯，這種關(guān)系將廣泛存在，從“因”到“果”，貫穿著事物的發(fā)展過(guò)程，當(dāng)過(guò)程長(zhǎng)且復(fù)雜時(shí)我們稱(chēng)之為“事件”，反之則稱(chēng)之為“觸發(fā)”。 生物個(gè)體在與外界環(huán)境或是個(gè)體自身進(jìn)行物質(zhì)或信息交換時(shí)，也存在著這種現(xiàn)象，在這里我們稱(chēng)之為“反射”。 反射是最基本的神經(jīng)活動(dòng)，現(xiàn)行的說(shuō)法是將反射分為兩種，無(wú)條件反射和條件反射，其中，無(wú)條件反射是動(dòng)物和人生下來(lái)就具有的，即遺傳下來(lái)的對(duì)外部生活條件特有的穩(wěn)定的反應(yīng)方式，在心理

11、發(fā)展的早期階段，這種反應(yīng)方式提供最基本的生存技能，也就是本能，如：食物反射、防御反射、定向反射，還有一些可能是在人類(lèi)進(jìn)化過(guò)程中，曾經(jīng)有一定生物適應(yīng)意義的無(wú)條件反射，如：巴賓斯基反射、抓握反射、驚跳反射（又叫摩羅反射）、游泳反射、行走反射等，此外，還有其他一些無(wú)條件反射，如眨眼反射、瞳孔反射、吞咽反射、打嗝、噴嚏等等。 條件反射是后天訓(xùn)練出來(lái)的，著名科學(xué)家巴甫洛夫就曾對(duì)條件反射的形成、消退、自然恢復(fù)、泛化、分化以及各種抑制現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)相當(dāng)細(xì)致、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，。 無(wú)論是條件反射還是無(wú)條件反射，從主觀上都可以看作是一種因果作用關(guān)系，即都存在著觸發(fā)條件，都會(huì)導(dǎo)致某一結(jié)果的產(chǎn)生，所以無(wú)條件反射其實(shí)也屬于

12、條件反射范疇。只有在成因上，無(wú)條件反射是根據(jù)遺傳信息形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而條件反射是后天在先前的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，依據(jù)外界環(huán)境繼續(xù)發(fā)展完善的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。兩者之間是繼承和發(fā)展的關(guān)系，但從這兩個(gè)階段所形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能來(lái)看，對(duì)外界的刺激都具備輸入、傳遞、輸出這一處理過(guò)程即反射過(guò)程，所以從某種意義上講，也可以把無(wú)條件反射歸類(lèi)到條件反射范疇中去，或者說(shuō)條件反射等同于反射。 神經(jīng)系統(tǒng)中的條件反射具有三個(gè)要素：輸入、傳遞、輸出。其中的每一個(gè)要素既可以用單個(gè)神經(jīng)元表示，也可以用一個(gè)神經(jīng)群落來(lái)表示。當(dāng)用少數(shù)幾個(gè)神經(jīng)元表示時(shí)，對(duì)應(yīng)的是生物個(gè)體對(duì)局部刺激的反應(yīng)，當(dāng)擴(kuò)展到神經(jīng)群落時(shí)，對(duì)應(yīng)的就可能就是對(duì)某一激發(fā)事件的處理

13、方法了。 反射中的輸入，最能使我們聯(lián)想到傳入神經(jīng)元（感覺(jué)神經(jīng)元），但在這里，它可以指單個(gè)的感覺(jué)神經(jīng)元，也可以指一種感官（眼睛中的視神經(jīng)群落、耳中的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)中樞、皮膚中與各類(lèi)感受器連接的神經(jīng)群落等等），甚至可以是大腦中某一區(qū)域內(nèi)形成某一表象或是概念的神經(jīng)群落。反射中的輸出同樣可以指?jìng)鞒錾窠?jīng)元（即脊髓前角或腦干的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元），也可以指大腦中某一區(qū)域內(nèi)形成某一概念或是表象的神經(jīng)群落。反射中的中間傳遞過(guò)程是信息的加工處理的過(guò)程，可以由單個(gè)神經(jīng)元、神經(jīng)鏈路或是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)承擔(dān)，甚至可以直接由輸入與輸出的對(duì)應(yīng)載體來(lái)分擔(dān)。這樣生物神經(jīng)系統(tǒng)中的反射弧只是它的一個(gè)子項(xiàng)罷了，條件反射在主觀上也對(duì)應(yīng)著我們常說(shuō)的“產(chǎn)生

14、、經(jīng)過(guò)與結(jié)果”即因果關(guān)系。 2、認(rèn)知 有一個(gè)低等生物海兔的記憶試驗(yàn):海兔本身具有被觸摸(水管部分)后的鰓縮反射,但連續(xù)十幾次的刺激后,鰓縮反應(yīng)就逐漸減慢.經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),海兔的習(xí)慣化是由于神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)生變化所致.進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)這種變化是突觸中的感覺(jué)神經(jīng)元的Ca離子門(mén)關(guān)閉,導(dǎo)致遞質(zhì)的釋放量減少所致.上述試驗(yàn)說(shuō)明簡(jiǎn)單的記憶與神經(jīng)遞質(zhì)和突觸有關(guān).又如大鼠的大腦皮質(zhì)切除試驗(yàn):用迷宮訓(xùn)練大鼠,如果大鼠學(xué)會(huì)并記住順利走出迷宮的道路后,切除它的大腦皮質(zhì),記憶就會(huì)消退.不論切除的是大腦皮質(zhì)的哪一部分,總是切除的多,記憶消退的多;切除的少,記憶消退的就少。 首先，認(rèn)知通常強(qiáng)調(diào)的是結(jié)果，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定型后的結(jié)果。神經(jīng)

15、網(wǎng)絡(luò)的定型過(guò)程就是認(rèn)知的建立過(guò)程，也就是生物個(gè)體的學(xué)習(xí)過(guò)程，它同時(shí)表現(xiàn)了出生物的記憶過(guò)程。定型好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)觸發(fā)信息的處理過(guò)程即反射過(guò)程，就是記憶的提取過(guò)程，也正是通過(guò)這一過(guò)程反映出了認(rèn)知的存在。 生物個(gè)體對(duì)客觀事物的認(rèn)知可以解釋為：客觀事物在主觀意識(shí)中形成了表象，并且該表象與一系列的活動(dòng)（生理的或心理的）相聯(lián)系。換句話說(shuō)，某一客觀事物的信息如果經(jīng)過(guò)大腦處理能夠引發(fā)出一系列的動(dòng)作（這是一種反射現(xiàn)象，符合前面對(duì)反射的定義），我們就可以說(shuō)對(duì)這一事物已經(jīng)認(rèn)知了。 行為主義與符號(hào)主義中對(duì)認(rèn)知建立過(guò)程中所顯現(xiàn)出的記憶現(xiàn)象都有很詳細(xì)的類(lèi)別劃分，其中每一種記憶類(lèi)別都僅與一種認(rèn)知的建立模式相對(duì)應(yīng)。所以，與其用

16、記憶類(lèi)別來(lái)劃分還不如用認(rèn)知類(lèi)別來(lái)劃分更為合理，在這里由于篇幅所限，我僅將認(rèn)知簡(jiǎn)單概括為以下三種類(lèi)別：物體認(rèn)知、事件認(rèn)知以及兩種認(rèn)知的衍生產(chǎn)物抽象事物認(rèn)知。 a、物體認(rèn)知 感受外界客觀環(huán)境最簡(jiǎn)單的辦法是通過(guò)感官直接去“接觸”物質(zhì)對(duì)象，并通過(guò)大腦處理，并最終導(dǎo)致一個(gè)或一系列的結(jié)果，這種因果過(guò)程就是對(duì)客觀物體的認(rèn)知。如：看到一個(gè)蘋(píng)果，我們產(chǎn)生了拿的動(dòng)作，同時(shí)也可以產(chǎn)生許多其他的動(dòng)作如激活色彩感覺(jué)中樞、激活味覺(jué)中樞等等，當(dāng)可以有這些動(dòng)作產(chǎn)生時(shí)，就完成了對(duì)蘋(píng)果的認(rèn)知。 下面我們將詳細(xì)講解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)物體認(rèn)知的描述。 一個(gè)輸入集合I（觸覺(jué)、視覺(jué)等的感應(yīng)細(xì)胞構(gòu)成的集合或是處于某一層次上的神經(jīng)元集合）對(duì)之內(nèi)兩個(gè)

17、不同區(qū)域（A、B）的刺激做出相應(yīng)Y與X兩種不同反應(yīng)的神經(jīng)處理過(guò)程,如圖2。 圖2的a、b、c為三種AB可能存在的輸入情況。圖2a中A、B分別對(duì)應(yīng)Y、X，神經(jīng)鏈路沒(méi)有重疊，刺激A時(shí)得到Y(jié)的輸出，刺激B時(shí)得到X的輸出，結(jié)果不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，請(qǐng)注意：帶有方向的黑線只是代表邏輯上的鏈路，在實(shí)際中，鏈路與鏈路之間有質(zhì)的區(qū)別，這里只做簡(jiǎn)單的等價(jià)說(shuō)明，用數(shù)量表示質(zhì)量。圖2b中A、B間有了交叉，在處理過(guò)程中，當(dāng)A受到刺激會(huì)產(chǎn)生Y的輸出，同時(shí)會(huì)有三條邏輯鏈路去刺激X，但做為X的全部決定因素，這三條相比從B到X余下的空閑聯(lián)絡(luò)，只占很小的一部分，它們還不足以激活X，所以分別刺激A、B仍然會(huì)得到正確的輸出。對(duì)于X這種在某

18、一層次上的輸出神經(jīng)元來(lái)說(shuō)，是否能被激活，主要取決于所有處于不同狀態(tài)的輸入鏈路的能量對(duì)比，在這里能量被量化為邏輯鏈路的數(shù)量，這樣每個(gè)神經(jīng)元對(duì)值的判斷則等價(jià)為判斷處于激活狀態(tài)的邏輯鏈路數(shù)是否過(guò)半。此類(lèi)神經(jīng)鏈路就是興奮類(lèi)傳導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，單純采用此類(lèi)神經(jīng)鏈路的系統(tǒng)只需要根據(jù)相應(yīng)刺激感受區(qū)域是否有刺激發(fā)生，就可以得出正確的輸出結(jié)果，但是在圖2c中，刺激區(qū)域A包含著B(niǎo)的情況下，如果刺激B區(qū)會(huì)有正確輸出X，然而如果刺激A區(qū)則會(huì)出錯(cuò)，Y與X會(huì)同時(shí)有效，這時(shí)我們就需要一種鏈路來(lái)阻止這種錯(cuò)誤的發(fā)生，這就是抑制類(lèi)神經(jīng)鏈路，如圖2c中的虛線箭頭所示，抑制類(lèi)邏輯鏈路只起到?jīng)_減、抵消興奮類(lèi)邏輯鏈路數(shù)量的作用，使得X在沖減后

19、的興奮鏈路合計(jì)數(shù)小于閥值，從而達(dá)到唯一正確輸出Y得目的。 在圖2中列舉的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知模式中，雖然只涉及到了輸入與輸出，但在兩者之間已經(jīng)包含了計(jì)算的成分，或是說(shuō)承擔(dān)了傳遞計(jì)算的功能，此外不難發(fā)現(xiàn)：能夠?qū)δ骋晃矬w認(rèn)知，必須要首先區(qū)分開(kāi)其他物體，尤其是符合圖2c中的情況，物體間的差異正好可以滿足這一需求。這樣，即使是從同一個(gè)感官傳來(lái)的信息，也能做到很好的區(qū)分。 當(dāng)認(rèn)知的對(duì)象較為復(fù)雜時(shí)（如蘋(píng)果），對(duì)象包含有各種各樣的屬性，其中的每一種屬性的響應(yīng)過(guò)程，在局部都遵循著反射的定義。當(dāng)在某一時(shí)刻，與蘋(píng)果相關(guān)的各種屬性的神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)被大部分激活時(shí)，蘋(píng)果的表象就成了焦點(diǎn)。更確切的講是，感官捕捉的信息在傳遞的過(guò)程中，

20、經(jīng)過(guò)了代表各種屬性的神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)，一些屬性因條件不滿足而停止傳遞，最后由可以通過(guò)的（即被確認(rèn)的屬性）神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)向后傳遞，最后再引發(fā)一系列的動(dòng)作，其中反射可以指局部的傳遞（單個(gè)屬性的確認(rèn)），也可以指整個(gè)傳遞過(guò)程（看到蘋(píng)果后，可以去拿可以去想等等）。 蘋(píng)果在人腦中形成的表象，其實(shí)就是指感官根據(jù)蘋(píng)果實(shí)物產(chǎn)生的電信號(hào)所能經(jīng)過(guò)的神經(jīng)鏈路，神經(jīng)鏈路與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系相當(dāng)于行走路徑與公路網(wǎng)的關(guān)系。此外其他的神經(jīng)區(qū)域輸出的電信號(hào)如果在傳遞過(guò)程中也能引發(fā)出與前面提到的“蘋(píng)果神經(jīng)鏈路”相同或相似動(dòng)作或是功能的話，也可以說(shuō)是形成了蘋(píng)果的表象，這種現(xiàn)象可以使我們認(rèn)知客觀世界不存在的事物或個(gè)體自身從未接觸過(guò)的事物。 b

21、、事件認(rèn)知 任何事物在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生了變動(dòng)，在這里都可以被稱(chēng)之為事件。因果關(guān)系同樣也具備事件的屬性，如果能深入分析一下各種事件的過(guò)程，基本上都能找到因果關(guān)系的影子。在前面對(duì)物體的認(rèn)知中，我們知道了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知物體是以因果關(guān)系的方式建立的網(wǎng)絡(luò)鏈路，為了不引起混淆，下面以因果關(guān)系為認(rèn)知對(duì)象的，我們用事件來(lái)代替，對(duì)事件的認(rèn)知過(guò)程，近似于對(duì)物體的認(rèn)知過(guò)程，相當(dāng)于把事件等同于物體，由于事件具有時(shí)間性，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就必須能夠處理時(shí)間問(wèn)題。 神經(jīng)元的形狀各異，軸突有長(zhǎng)有短，且對(duì)信息的加工時(shí)間與傳遞速度也各不相同，這樣對(duì)同一起點(diǎn)不同的傳遞路徑，信息的傳遞速度可能不同。還以圖2為例，現(xiàn)在假設(shè)每一個(gè)箭頭除了代表一

22、個(gè)神經(jīng)元連接外，還代表一個(gè)單位傳遞時(shí)間，當(dāng)首先刺激A區(qū)后并在第二個(gè)單位時(shí)間內(nèi)刺激B區(qū)，將兩次觸發(fā)過(guò)程當(dāng)作一個(gè)事件，導(dǎo)致一個(gè)輸出Y；同法當(dāng)先刺激B區(qū)，然后在刺激A區(qū)時(shí)會(huì)有另一個(gè)輸出X，如圖3 根據(jù)這種通過(guò)神經(jīng)鏈路上神經(jīng)元個(gè)數(shù)進(jìn)行延時(shí)的方法，任何處于時(shí)間片段上的信息都可以被處理。我們?cè)倥e個(gè)更加復(fù)雜的例子，單輸入神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)摩爾斯電碼的識(shí)別與重現(xiàn)。 假設(shè)輸入神經(jīng)元為A，按嚴(yán)格的爾斯電碼規(guī)則來(lái)刺激該神經(jīng)元，最后由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得出字符序列，如圖4 當(dāng)A收到刺激信號(hào)時(shí)，將信號(hào)廣播給不同的識(shí)別群體，圖4中只給出了其中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)群體，給出的這個(gè)群體只能認(rèn)識(shí)字符“b”即電碼“”。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，圖4中舍棄了每個(gè)神經(jīng)元

23、的其他輸入輸出鏈路以及相關(guān)的抑制鏈路，所以圖中的每一個(gè)指向神經(jīng)元的箭頭均存在著“與”的邏輯運(yùn)算關(guān)系，在這里它們不表示邏輯數(shù)量。 由圖4可以看出，先收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)較多的傳遞神經(jīng)元進(jìn)行延時(shí)，再連同后面收到的信號(hào)一起同時(shí)傳遞到結(jié)果輸出上，這樣處于時(shí)間片段上的信息就可以被當(dāng)作是一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行處理。粗虛線上半部分為輸入識(shí)別部分，下半部分為信息重現(xiàn)部分，仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩部分的神經(jīng)鏈路并不是互成鏡像，輸入為前端延時(shí)，依次為：1、3、5、7、8、9，輸出為后端延時(shí)，依次為：9、7、5、3、2、1，所以認(rèn)識(shí)事物與應(yīng)用事物是由兩套不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制完成的。圖4中的兩條傾斜細(xì)虛線是一個(gè)虛擬的標(biāo)示線，從某種意義

24、上講這里是事物的表象層，中間本應(yīng)該是更加復(fù)雜的表象處理網(wǎng)絡(luò)，在這里只簡(jiǎn)單的假設(shè)性的給出了表象輸出與輸入。 c、抽象概括與抽象描述 對(duì)事物（事件、物體）的認(rèn)知，使我們得以在大腦中建立出與客觀世界相對(duì)應(yīng)的表象，作為記錄事物表象的神經(jīng)鏈路網(wǎng)上的每一個(gè)分支與合并都可能是事物在不同層次上的一種“特征的概括與描述”（參見(jiàn)圖3左圖）。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在認(rèn)知新的事物時(shí)，輸入信息總是盡可能的使用已存在的網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行傳遞處理，當(dāng)處理不足以產(chǎn)生正確的結(jié)果時(shí)才在信息的中斷處搭建新的網(wǎng)絡(luò)連接。在局部，如果已存在的網(wǎng)絡(luò)鏈路可以被使用，那么這部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常是一種共性的表達(dá)，當(dāng)這種表達(dá)隨著同類(lèi)認(rèn)知的增加而逐漸完善時(shí)，就可以作為一

25、種屬性的表象，這在主觀上是一種抽象概括的過(guò)程。 例如，對(duì)蘋(píng)果的認(rèn)知，“蘋(píng)果”本身是一個(gè)概括出來(lái)的詞匯，它不具體指哪一個(gè)蘋(píng)果，但在認(rèn)知若干個(gè)具體蘋(píng)果的過(guò)程中，與各個(gè)蘋(píng)果相對(duì)應(yīng)的神經(jīng)鏈路的共用部分被逐漸加強(qiáng)，這部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以說(shuō)是“蘋(píng)果”這一概念的表象區(qū)域。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不光能實(shí)現(xiàn)對(duì)有形的抽象概括，也可以對(duì)無(wú)形的加以抽象概括，例如“水果”的表象，這一表象的形成可以說(shuō)是用若干不同種類(lèi)的水果培養(yǎng)出來(lái)的，也可以說(shuō)是由“蘋(píng)果”、“梨”等等表象的神經(jīng)鏈路的共用部分完善而成的，后一種方式可以理解為抽象概括可以建立在另一種抽象概念之上，即對(duì)無(wú)形的事物也可以做抽象概括。換個(gè)角度講，這些抽象出來(lái)的表象本身就是

26、一種有形的物質(zhì)，它是由若干神經(jīng)元搭建起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是客觀存在的東西，這樣的話就與第一種方式相一致了。 語(yǔ)言是生物間交流的工具，是生物為了更好的適應(yīng)周?chē)沫h(huán)境而進(jìn)化產(chǎn)生的，在這里它包含有聲音、文字、動(dòng)作、行為以及低等生物的化學(xué)接觸等等內(nèi)容。就拿我們?nèi)祟?lèi)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)發(fā)音、每一個(gè)文字符號(hào)都可以說(shuō)是對(duì)應(yīng)著一種表象，這個(gè)表象可以是抽象出來(lái)的也可以是具體事物產(chǎn)生的。語(yǔ)言是通過(guò)觸發(fā)來(lái)進(jìn)行工作，當(dāng)然也可以說(shuō)是一種反射或是因果現(xiàn)象。無(wú)論是說(shuō)還是聽(tīng)，也不論是寫(xiě)還是看，對(duì)于說(shuō)或者是寫(xiě)這種輸出性質(zhì)的處理，可以解釋為某個(gè)表象被激活時(shí)，它又被作為輸入信號(hào)沿著該表象至發(fā)音或是運(yùn)動(dòng)器官間的語(yǔ)言神經(jīng)鏈路傳遞電信號(hào)，直至發(fā)音或

27、是運(yùn)動(dòng)器官做出相應(yīng)的動(dòng)作。聽(tīng)與看也是如此，感官接收到信息后傳遞直至激活某一個(gè)表象區(qū)域（請(qǐng)參見(jiàn)圖4）。語(yǔ)言與表象之間廣泛存在著對(duì)等映射關(guān)系，它可以使我們能夠直接去運(yùn)用語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行思維，即便是表象與輸入輸出沒(méi)有語(yǔ)言神經(jīng)鏈路對(duì)應(yīng)關(guān)系的，如果需要我們也會(huì)臨時(shí)的建立起語(yǔ)言神經(jīng)鏈路，如本文中說(shuō)的圖幾圖幾、這個(gè)那個(gè)等等，或者用相關(guān)的有語(yǔ)言鏈路的表象通過(guò)塑造、闡述、刻畫(huà)、定位等等方式來(lái)體現(xiàn)或是建立該表象，這種建立神經(jīng)鏈路的過(guò)程往往體現(xiàn)出不同種類(lèi)的記憶模式。 生物的記憶過(guò)程與機(jī)械的存儲(chǔ)過(guò)程原理基本相同，都是通過(guò)改變載體的性狀來(lái)表達(dá)的，只是生物是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)過(guò)程來(lái)表達(dá)或再現(xiàn)記憶的內(nèi)容，就是說(shuō)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)

28、構(gòu)就反映著記憶的內(nèi)容，所以生物的記憶過(guò)程就是建立特定連接方式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程，而提取過(guò)程就是激活這部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程。一旦載有相關(guān)記憶內(nèi)容的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被確定時(shí)，能量只能體現(xiàn)在信息的提取與再現(xiàn)上，當(dāng)然維持這種結(jié)構(gòu)也需要一點(diǎn)能量，不然神經(jīng)元就餓死了：）注意：這里強(qiáng)調(diào)的是“過(guò)程”。 生物的認(rèn)知過(guò)程對(duì)外表現(xiàn)為學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)內(nèi)表現(xiàn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立及使用過(guò)程，在學(xué)習(xí)過(guò)程中往往會(huì)同時(shí)伴隨著反饋過(guò)程（內(nèi)反饋或外反饋），生物從外界獲得信息，傳遞處理后再作用給外界，并同時(shí)獲取作用后新的信息，周而復(fù)始的運(yùn)做，這就是外反饋過(guò)程。外反饋過(guò)程是依靠外界因素幫助或是引導(dǎo)或是促使生物個(gè)體建立起能與環(huán)境相協(xié)調(diào)運(yùn)做的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

29、，主觀上我們稱(chēng)之為“教育”。內(nèi)反饋主要體現(xiàn)在我們的思維活動(dòng)上，通常外界事物在大腦中存在著對(duì)應(yīng)的表象，被外反饋完善了的事物表象之間同樣可以建立起互動(dòng)聯(lián)系，比如講一個(gè)事物的表象被激活（輸入），引發(fā)其他的表象也被激活（輸出），這些被激活的表象同樣也可以作為輸入去激活先前的或是其他的表象，然后周而復(fù)始的運(yùn)做，使得信息得以在腦內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的處理。內(nèi)反饋過(guò)程實(shí)際上就是一種“自學(xué)”的過(guò)程，但它的激發(fā)源頭必定是與外界有關(guān)，并且最終要作用于外界，所以說(shuō)內(nèi)外反饋往往是兼而有之的。 在認(rèn)知過(guò)程中隨著內(nèi)反饋的素材（表象）不斷增多，生物個(gè)體漸漸能夠認(rèn)知自身與外界間的互動(dòng)關(guān)系，自我意識(shí)也就隨之產(chǎn)生，同時(shí)我們用以進(jìn)行思維的素

30、材及其運(yùn)作方式，如概念，詞匯以及由這些材料所帶來(lái)的情感因素及組織方式等等，絕大部分都來(lái)源于前人或者是借用他人的經(jīng)驗(yàn)，生物個(gè)體對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)素材的獲取，或是由于接觸的幾率的不同，或是由于認(rèn)同的程度的高低，個(gè)體間總會(huì)存在著差異，這樣就產(chǎn)生了我們不同的個(gè)性特征。 3、創(chuàng)造 生物在與周?chē)h(huán)境發(fā)生相互作用時(shí)，不可避免的會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成一定的影響，無(wú)論是主動(dòng)的還是被動(dòng)的，這些對(duì)環(huán)境的影響最終都是為了促使生物以更好的適應(yīng)周?chē)沫h(huán)境。遵循優(yōu)勝劣汰的法則，好的影響將會(huì)被保留繼承下去，如搭窩、建巢、獲取食物等等，而壞的影響會(huì)增加生物生存的風(fēng)險(xiǎn)。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在認(rèn)知事物后，事物的表象往往不是特定對(duì)應(yīng)著某一個(gè)具體事物，而是

31、對(duì)應(yīng)著在一個(gè)模糊的范圍內(nèi)所含闊的一類(lèi)事物。例如，我們認(rèn)知的蘋(píng)果，泛指各種各樣的蘋(píng)果，甚至還包括那些嫁接出來(lái)的長(zhǎng)的象其他水果的蘋(píng)果等等。在我們依據(jù)蘋(píng)果的表象勾勒出一個(gè)具體的蘋(píng)果時(shí)，這個(gè)蘋(píng)果將肯定不會(huì)與客觀世界中的任何一個(gè)蘋(píng)果相同，因?yàn)闆](méi)有兩樣?xùn)|西是絕對(duì)相同的。產(chǎn)生一個(gè)客觀世界不存在的事物，就是創(chuàng)造，其過(guò)程就是創(chuàng)造的過(guò)程。 生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中事物的表象往往穿插交錯(cuò)在一起，它們以鏈路最省的方式構(gòu)成。任何神經(jīng)鏈路上的合并都可以說(shuō)是事物的某一特征在某一層次上的概括，所以表象可以以不同的內(nèi)涵層次來(lái)拆分成各種各樣的屬性單元（元素），而任何神經(jīng)鏈路上的分支都可以說(shuō)是事物的某一特征在某一層次上的副本，使得這些屬性單

32、元也能夠隸屬于別的表象或是說(shuō)用于構(gòu)建（表達(dá)）別的表象，當(dāng)若干種屬性單元在某一時(shí)刻都處于激活狀態(tài)時(shí)，就等同于一種表象被激活，無(wú)論這個(gè)表象是否對(duì)應(yīng)著客觀世界中的事物，如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系那就是一個(gè)較高形式的創(chuàng)造過(guò)程。 創(chuàng)造的幾種主要的表達(dá)形式：聯(lián)想、推理、頓悟 a、聯(lián)想 當(dāng)一個(gè)事物的表象被激活時(shí)，也就是說(shuō)該表象所包含的若干屬性單元（元素）同時(shí)有效時(shí)，我們的注意力焦點(diǎn)就集中在這個(gè)表象上，如果對(duì)該表象的處理（內(nèi)或外反饋）使的表象被否決時(shí)，也就是說(shuō)由于一些屬性單元的失效（或被抑制，或處于高阻），導(dǎo)致該表象無(wú)法成立的時(shí)候，剩余的屬性單元或許可以構(gòu)成另一種事物的表象，或許還需要結(jié)合那些被激活了的新的屬性（或是由

33、外界事物具有的新的屬性所激活，或是因降低了對(duì)一些屬性的抑制所導(dǎo)致的激活）。 b、推理 聯(lián)想是一種去激活與事物表象相關(guān)聯(lián)的其他表象的過(guò)程，主觀上是一種橫向擴(kuò)展的過(guò)程，那么縱向過(guò)程就是由于一個(gè)或若干個(gè)事物表象被激活，從而導(dǎo)致另一個(gè)表象也被激活的過(guò)程，即推理過(guò)程，其中的任何一個(gè)表象的確立（激活）都會(huì)通過(guò)反饋過(guò)程加以驗(yàn)證。推理與聯(lián)想在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上十分的相似，功能上也基本相同，只是在主觀認(rèn)識(shí)上，聯(lián)想更強(qiáng)調(diào)相關(guān)性或是相似性，而推理則強(qiáng)調(diào)的是次序性或?qū)哟涡浴?c、頓悟 當(dāng)我們思考一件事情時(shí)，或設(shè)計(jì)一件東西的時(shí)候，常常會(huì)遇到百思不得其解的情況發(fā)生，但有時(shí)，在某個(gè)偶然的事件影響下，我們會(huì)突然明白或能夠解決這些問(wèn)題，這就是頓悟現(xiàn)象。 事物的表象是由若干個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬性單元所構(gòu)成的，我們說(shuō)的“問(wèn)題”在大腦中也是一種表象，是一種經(jīng)反饋過(guò)程沒(méi)有驗(yàn)證通過(guò)的特殊的表象，這個(gè)表象的屬性單元可能包括具體的事物表象、抽象的事物表象、邏輯關(guān)系、公理、定律等等內(nèi)容，但這些屬性同時(shí)有效時(shí)，問(wèn)題的表象并不能通過(guò)內(nèi)外反饋的驗(yàn)證。作為一個(gè)急切需要解決的“問(wèn)題”，“問(wèn)題”的表