神经信息过程基本描述

神经回路是神经信息学的生物学基础。每一神经元发出的神经脉冲序列都是神经信息，而这一串串脉冲序列可以用S 空间理论解读。要研究S 空间神经信息编码，最重要的是理解可排序性，同时理解编码需满足的最基本的4 条标准要求。有了这样的基础，对神经信息通路就会有清晰的看法。

外界信息从感受器开始输入，最后进入到大脑（神经网络）。对于感受器来说，信息必定经过如图6.1所示的几个环节。

图6.1　基本神经信息通路

图中，V（t）表示外界的输入信号（刺激信号），它可以是物理信号，如声音、光等，也可以是化学信号，如嗅觉和味觉信号等。S 表示变换器环节，在此V（t）信号被变换为Li 信号。Li 信号是阈值以下的分级电位信号，大量实验证明，Li 的变化符合可排序规则且排序规律与V（t）的变化相一致，即

Li 经过H 环节后变换为一串脉冲序列，脉冲序列的频率曲线是fi。同样，fi也是可排序的，满足如下关系：

因此，脉冲序列Pi 也是可排序的：(www.xing528.com)

Pi 是Li 所对应的一串神经脉冲序列。

信号Pi 再进入下一环节C，也就是另一神经元。对于C 来说，输入和输出都是脉冲序列，它已能代表神经网络中的一个神经元的输入输出关系，输入Pi 与输出Oi 的关系是满足单调的递增圆映射或广义圆映射关系的。

S 和H 环节可以在一个神经元中（如嗅觉感受细胞）完成，也可以在多个神经元（如视网膜）中。C 则是一个神经元，在C 后都是神经元所组成的网络（NET），网络中信息流动过程都是一串或几串神经脉冲序列通过同一神经元后变为另一串神经脉冲序列。

神经网络的直接输出有两种结果：一是促使生物体内分泌出某种生化物质，如高兴时会有吗啡肽等分泌，研究这种通路的人较少；另一种是运动输出。图6．1中，Y 是运动输出环节，Y 的输出也是脉冲序列。这是主要讨论的系统，Y 的输出脉冲序列的频率高低直接控制肌肉收缩，包括所有的人体肌肉收缩，如走路、说话、各部分运动时的肌肉收缩的强度（强弱）。至于进行写文章、发表演讲等活动，虽然它们都是神经的运动输出结果，但已不属于神经信息所讨论的内容范围。

本书主要关注运动传出神经Y 以前和H 环节以后的神经网络系统中信号的变换和传输。在这一范围内，信号都是以脉冲序列形式存在的，需要研究的是脉冲序列在传递中的变化规律和它们之间的相互影响等规律。在这一范围内，同样的脉冲序列不仅可以代表光，也可以代表气味、声音等，关键是看这串脉冲序列来自哪一类感觉器官，或者说是位置决定了信号的性质。如果对眼球加一压力或眼球突然受到强烈振动，我们就会感到“眼冒金星”。这些压力或振动其实都是机械力，但是从视神经传入，我们就会感到这是“光”。

虽然各个感觉器官传来的信号都被变为神经脉冲序列，但是这些信号不会在中间环节中被“搞错”。计算机系统中也有类似的情况，计算机还是能很好地区分声音和图像信号。