上海交通大学通识教育核心课程 环球科学 《科学美国人》 30 Researtute of Robotics oLab 脑与机器人(3) GHAIJIAO TONG 曹其新、栾楠 到 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 复 上海交通大学机器人研究所
Research Institute of Robotics RoboLab 脑与机器人( 3 ) 上海交通大学通识教育核心课程 曹其新、栾楠 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所
0月 3脑科学初深 http://robolab.sjtu.edu.cn bioon.com 4mm 电脑 √什么是脑科学 芯片 √脑结构及各部分功 信号通过导线 传输给电脑 能 收邮件 √中枢神经系统 肾电视 抓取物体 √脑科学研究目的 √脑功能研究技术 √人类脑计划和神经 信息学 2 RIR.SJTU
3 脑 科 学 初 探 什么是脑科学. 脑结构及各部分功 能 中枢神经系统 脑科学研究目的 脑功能研究技术 人类脑计划和神经 信息学 http://robolab.sjtu.edu.cn 2 RIR.SJTU
0 3。l脑科学(brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn 脑科学(brain science)也称神经科学 (neuroscience)。 神经科学分为基础神经科学和临床神经科学 神经生物学(neurob io logy)是基础神经科学的 主干, 计算神经科学(computati onal neurosc ience)., 与神经生物学有密切关系,但其独立的方法 和内容多超出了生物医学范围,而和电脑、 人工智能及信息科学关系密切,应用范围甚 至更为广泛。 神经科学或称脑科学主要的目标是:认识脑、保护脑和创造脑。 认识脑的复杂结构和功能,为脑疾病和改善人类服务,在数学、物理 学和计算科学的协助下,设计神经网络,模拟其动态相互作用,设计、 开发仿脑计算机和信息处理系统。 RIR.SJTU
脑科学(brain science)也称神经科学 (neuroscience)。 神经科学分为基础神经科学和临床神经科学 神经生物学(neurobiology)是基础神经科学的 主干, 计算神经科学(computational neuroscience), 与神经生物学有密切关系,但其独立的方法 和内容多超出了生物医学范围,而和电脑、 人工智能及信息科学关系密切,应用范围甚 至更为广泛。 3.1 脑 科 学 (brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn 神经科学或称脑科学主要的目标是:认识脑、保护脑和创造脑。 认识脑的复杂结构和功能,为脑疾病和改善人类服务,在数学、物理 学和计算科学的协助下,设计神经网络,模拟其动态相互作用,设计、 开发仿脑计算机和信息处理系统。 3 RIR.SJTU
3。I脑科学(brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn ?美国神经科学学会的定义:神经科学是为了了解神经系统内分子水平、细胞 水平及细胞间的变化过程,以及这些过程在中枢的功能、控制系统内的整合 作用所进行的研究。 冬脑的涵义:从狭义方面,脑是指中枢神经系统,有时特指大脑; 从广义方面, 脑可泛指整个神经系统。人工智能是从广义角度来理解脑科学的,因此它涵 盖了所有与认识脑和神经系统有关的研究。 ?人脑是自然界中最复杂、最高级的智能系统:主要表现在人脑是由巨量神经 元经其突触的广泛并行互联所形成的一个巨复杂系统。 现代脑科学的基本问题主要包括:()揭示神经元之间的连接形式,奠定行 为的脑机制的结构基础;(2)阐明神经活动的基本过程,说明在分子、细胞 到行为等不同层次上神经信号的产生、传递、调制等基本过程;(3)鉴别神 经元的特殊细胞生物学特性;(4)认识实现各种功能的神经回路基础;(5) 解释脑的高级功能机制等。 脑科学是人工智能的基础:研究的任何进展,都将会对人工智能的研究起到 积极的推动作用,因此人工智能应该加强与脑科学的交叉研究,以及人类智 能与机器智能的集成研究。 4 RIR.SJTU
美国神经科学学会的定义:神经科学是为了了解神经系统内分子水平、细胞 水平及细胞间的变化过程,以及这些过程在中枢的功能、控制系统内的整合 作用所进行的研究。 脑的涵义:从狭义方面,脑是指中枢神经系统,有时特指大脑; 从广义方面, 脑可泛指整个神经系统。人工智能是从广义角度来理解脑科学的,因此它涵 盖了所有与认识脑和神经系统有关的研究。 人脑是自然界中最复杂、最高级的智能系统:主要表现在人脑是由巨量神经 元经其突触的广泛并行互联所形成的一个巨复杂系统。 现代脑科学的基本问题主要包括: (1) 揭示神经元之间的连接形式,奠定行 为的脑机制的结构基础;(2) 阐明神经活动的基本过程,说明在分子、细胞 到行为等不同层次上神经信号的产生、传递、调制等基本过程;(3) 鉴别神 经元的特殊细胞生物学特性;(4) 认识实现各种功能的神经回路基础;(5) 解释脑的高级功能机制等。 脑科学是人工智能的基础:研究的任何进展,都将会对人工智能的研究起到 积极的推动作用,因此人工智能应该加强与脑科学的交叉研究,以及人类智 能与机器智能的集成研究。 3.1 脑 科 学 (brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn 4 RIR.SJTU
3。l脑科学(brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn ?现代成功者,许多是右脑 人,右脑人只要再擅用左 脑一点点,或许找来左脑 很强的支持团队,就可以 轻易成功! 冬左脑强的人,并不会如右 脑容易成功! 右脑工作者的人数,远远 「少」于左脑工作者。 冬「画家会饿死」、「艺术 家没饭吃」! 冬企业家,大师 必 左脑工作者工作得累得要 死。 冬右脑工作者轻松过日子! P2几
3.1 脑 科 学 (brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn 5 RIR.SJTU 现代成功者,许多是右脑 人, 右脑人只要再擅用左 脑一点点,或许找来左脑 很强的支持团队,就可以 轻易成功! 左脑强的人,并不会如右 脑容易成功! 右脑工作者的人数,远远 「少」于左脑工作者。 「画家会饿死」、「艺术 家没饭吃」! 企业家,大师 左脑工作者工作得累得要 死。 右脑工作者轻松过日子!
3。l脑科学(brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn 12345 12345 左脑 右脑 12345 能 能 书面语言 数数 洞紧力 三维形体 推理 艺术赏 意 意 口语 科学研究 右刚 左利 音乐吹赏 悟性和灵性的左右脑分工 6 RIR.SJTU
3.1 脑 科 学 (brain science) http://robolab.sjtu.edu.cn 6 RIR.SJTU
神经系统的演变: 胞质→网状神经系统→链状神经系统→管状神经系统 原生动物:仅有一部分对刺激产生反应的原浆兼行类似神经系的机能。这部 分原浆在多细胞动物逐渐分化,而出现了神经及其连属的结构。 腔肠动物的神经细胞散在于感觉细胞和肌肉细胞之间,其突起结成网络,形 成散漫的网状神经系统。这样,刺激可通过网状神经系统弥散无方向的传至全身。 到蠕虫由于行动时先用头端接触外界环境变化,神经系统因此集于头部,这 类动物头尾截然分开,头端控制身体的其它部分。 到扁形动物,神经细胞和纤维除集合成两条神经索外,特别在头部还集中为 “脑”。自“脑”和神经索分出的纤维称为神经。至环节动物,神经索合成一条, 神经细胞更集中成按节段排列的神经节。环节动物的神经索逐渐成为链状神经系 统。 在脊椎动物,由于运动器的发达,神经细胞和纤维更进一步增多、集中,形 成管状神经系统,即产生了神经系统的中枢部分。神经细胞的突起成对地自中枢 部分到身体各个节段,组成神经系统的周围部。随着神经系统的进一步进化,神 经管有了局部的膨胀,出现了复杂的整合中枢,随至发展成脑髓。 随着脑髓的发展,脑由原始的三脑泡变为五脑泡,再之后的进化中脑主要表 现为皮质的发展
神经系统的演变: 胞质→网状神经系统→链状神经系统→管状神经系统 原生动物:仅有一部分对刺激产生反应的原浆兼行类似神经系的机能。这部 分原浆在多细胞动物逐渐分化,而出现了神经及其连属的结构。 腔肠动物的神经细胞散在于感觉细胞和肌肉细胞之间,其突起结成网络,形 成散漫 的网状神经系统。这样,刺激可通过网状神经系统弥散无方向的传至全身。 到蠕虫由于行动时先用头端接触外界环境变化,神经系统因此集于头部,这 类动物头尾截然分开,头端控制身体的其它部分。 到扁形动物,神经细胞和纤维除集合成两条神经索外,特别在头部还集中为 “脑”。自“脑”和神经索分出的纤维称为神经。至环节动物,神经索合成一条, 神经细胞更集中成按节段排列的神经节。环节动物的神经索逐渐成为链状神经系 统。 在脊椎动物,由于运动器的发达,神经细胞和纤维更进一步增多、集中,形 成管状神经系统,即产生了神经系统的中枢部分。神经细胞的突起成对地自中枢 部分到身体各个节段,组成神经系统的周围部。随着神经系统的进一步进化,神 经管有了局部的膨胀,出现了复杂的整合中枢,随至发展成脑髓。 随着脑髓的发展,脑由原始的三脑泡变为五脑泡,再之后的进化中脑主要表 现为皮质的发展
08 头曲 菱防 前脑 颈曲 中骑 脑种经节 视泡 脊神经节 菱 前脑 脊随 第4周 侧脑室 终板 室间孔 脑桥曲 清脑 脑蛱 后药 末脑第3脑室 一间脑 中脑 视杯的 未来的中脑 一中脑 间脑 导水骨 后脑 端脑曲 视泡 第!时室 端脑 末脑 脊葡中央管 RIR.SJTU
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0 脊准动物管状神经系统进化: 鱼类(无端脑,嗅脑、小脑发达)一两栖类(中脑视觉发达,出现古 皮质)一爬行类(出现旧皮质,端脑扩大)一鸟类(端脑继续扩大,主要 以旧皮质为主)一哺乳类(出现新皮质)一灵长目(新皮质进一步发展, 脑容量小于700ml)-人(新皮质更发达,脑容量大于700ml) STRIPED BASS OPOSSUM CAT LEOPARD GRASS PIGEON FROG SNAKE CHIMPANZEE MAN Cerebrum MACAOUE MONKEY
脊椎动物管状神经系统进化: 鱼类(无端脑,嗅脑、小脑发达) — 两栖类(中脑视觉发达,出现古 皮质) — 爬行类(出现旧皮质,端脑扩大) —鸟类(端脑继续扩大,主要 以旧皮质为主) — 哺乳类(出现新皮质) — 灵长目(新皮质进一步发展, 脑容量小于700ml ) – 人 (新皮质更发达,脑容量大于700ml )
0月8 3脑科学初深 fissure ol Rolando eft cerebral- hemisphere corpus callosum thalsmus location hypothalamus of pineal giand optic chiasm location oi piluitary gland DOnS cerebellum medulla oblongata (to spinal cord)
3 脑 科 学 初 探