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文档简介
1、人脑中有类似电脑的机制吗人们常常把人脑比喻成电脑,或者希望电脑具备人脑一样的智能。电脑里的信息是以0;和1;二进制的形式储存的,那么人脑中有类似电脑的机制吗?神经元产生的电信号和接受刺激的强度有什么关系? 1932年获得诺贝尔生理学或医学奖的科学家埃德加。阿德里安(Edgar Adrian)的研究回答了这些问题。全或无;与0和1;1889 年 11 月 30 日,阿德里安出生于英国伦敦。1911 年,阿德里安在剑桥大学三一学院以优异成绩获得学士学位。1913 年,他在三一学院任研究员,在基斯。卢卡斯(KeithLucas)的指导下研究神经的电生理活动。神经元兴奋时,细胞膜两侧会存在带电离子的定
2、向移动,形成一定的离子浓度差,如同水位差一样,这样就产生了可测量的电压,这个现象在生理学中被称为去极化;.在去极化;的过程结束后,神经元会自发地开始复极化;过程,电压降低,之后神经元会逐渐恢复静息电位。这一系列过程都依赖于神经元细胞膜上的许多细微结构。神经元的每一次兴奋都伴随着电压变化,电压变化一百多毫伏,时间也很短暂,因此这在当时并不容易观察。阿德里安研究了神经兴奋中的全或无;现象。神经细胞受到特定刺激时,有一定的阈值;,可以理解为细胞兴奋的临界点。神经细胞对于强度在阈值以下的刺激,同样会产生一定的生理变化,但产生的电信号不能传向远处,相当于二进制的0;.而刺激强度只要达到阈值以上,不论强度
3、如何,都可以引起同等强度的电压变化,并在神经元之间传递,相当于二进制的1;,即通电状态。阿德里安的发现告诉我们,神经细胞的生理活动确实与二进制有某些相似之处,不过,在他进行研究的时候,距离计算机的诞生还有几十年之遥。此外,如果神经传递的电信号形式只有两种,而身体每个区域的神经元又都是有限的,那么人们如何感知温度、疼痛等信息的强弱变化呢?这些困扰人类的难题阿德里安也找到了答案。探秘感觉与触觉;1915 年阿德里安成为一名神经科医生,第一次世界大战期间,他在军队里担任军医,治疗神经损伤和神经功能紊乱的患者。1916年,阿德里安回到剑桥大学,接替了基斯。卢卡斯的工作。他采用了一系列新的实验技术:热电
4、子真空管、阴极射线管和毛细管电流计,以此把神经系统产生的电信号放大了 5000倍。他还把仪器连到了青蛙的单根神经末梢上,观察到阈值以上的刺激产生的动作电位是一样的。阿德里安进一步换用头发、针刺等方式刺激神经元,结果发现,刺激的强度可以由神经元电信号的频率来反映,也就是刺激越强,频率越高。这给人们提供了测量神经活动状态的新方法。阿德里安还发现,如果持续刺激神经元,产生的电信号频率会越来越低。这一发现揭示了心理学上感觉适应现象的生理机制。感觉适应是一种常见的现象,不同的感觉有不同的适应机制。例如,刚闻到某种气味时,本能的感觉会非常敏锐,但久而久之,会忽略这种气味。正是因为这种机制的存在,人和动物可
5、以把有限的注意力用到其他新鲜事物上。动物的脑内对于身体每部分的感觉,都有特定部位的大脑皮层与之对应。触觉,是由外周神经通过传导通路,经过一系列的过程向上传达的,触觉的神经冲动最终在脑内投射到特定的皮层上。阿德里安发现,动物脑内处理不同部位触觉信息的皮层面积大小,与这种动物对这个部位感觉的依赖程度有关。例如,人和猴子的生存需要依赖敏锐的面部感觉和双手的触觉,相应地,这部分神经在脑内投射的皮层面积也较大。而感觉和运动皮层的面积都是可变的,如果一个人失去了双手,转而训练自己双足的功能,那么他双足的触觉神经在大脑皮层上投射的面积会增大,而双手对应的皮层面积减小。阿德里安的研究揭示了神经元工作的原理,也
6、间接促成了算法学的进步。早在计算机发明之前,科学家们根据当时神经生理的知识,就提出了影响深远的神经网络算法。人们在研究神经科学的过程中,发展了信息技术,而通过计算机对神经活动的模拟,人们深入认识了人类赖以思考的大脑,神经系统中的0;和1;与电脑中的二进制最终被紧密结合在一起。这种多学科的交融是神经科学研究的发展方向。收获事业与家庭阿德里安在神经生理学方面的研究硕果累累,受到了人们的重视与认可,1932 年,阿德里安和谢林顿(Charles S.Sherrington)因为在神经功能上的贡献共同荣获诺贝尔奖。这些研究成果在今天的生物学、医学和心理学中仍然是教学的重要内容。他最着名的三本着作包括感觉的基础、神经的动作和认知的生理基础。1950 年阿德里安被选为皇家医学会会长,1951 年任剑桥大学三一学院院长 ,1955
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