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 了脑科学初深 http://robolab.sjtu.edu.cn bioon.com √什么是脑和脑科学. 4mm 电脑 芯片 脑：身体神经系统的一 部分，指挥中心 信号通过导线 传输给电脑 脑科学：是研究脑的结 收邮件 构和功能的科学，包括认 电视 抓取物体 知神经科学等 √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 2 RIR.SJTU
3 脑 科 学 初 探 什么是脑和脑科学. 脑：身体神经系统的一 部分，指挥中心 脑科学：是研究脑的结 构和功能的科学， 包括认 知神经科学等 脑结构及各部分功能 中枢神经系统 http://robolab.sjtu.edu.cn 2 RIR.SJTU 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
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
8 RIR.SJTU
0 脊推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 MACAQUE 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