7、探秘大脑：神经信息处理与学习机制

探秘大脑：神经信息处理与学习机制

1. 大脑中的神经信息处理概述

大脑中的神经信息处理是一个复杂而精妙的过程，它不仅依赖于大脑的整体组织和神经网络的特性，还与处理单元——神经元以及神经元内部的信号处理网络密切相关。这些内部网络由第二和第三信使、酶、转录因子和基因组成。

2. 神经元信号的产生与传递

• 神经元结构与信号接收 ：神经元能够接收和发送电信号与化学信号，信号传递的关键部位是突触。一个神经元通过 10³ 到 10⁵ 个突触接收和发送信号，树突和胞体构成了接收其他神经元信号的输入表面。树突树由数千个树突组成，树突上覆盖着被称为棘的微小突起，大多数突触形成于树突，尤其是棘上。
• 信号的整合与发放 ：突触传递的信号可以非线性地增强或减弱，突触传递的效能也被称为突触权重或突触强度。当加权后的正负信号总和超过特定的兴奋阈值时，神经元会发放一个被称为尖峰（也叫动作电位或神经冲动）的输出信号。通常，神经元会发放一系列尖峰，其平均频率在 1 到 10² Hz 之间，输出频率与突触的正负贡献总和成正比。
• 信号的传递过程 ：尖峰在轴突的起始段产生，然后沿着轴突快速传播，传播速度为 5 - 100 m/s。轴突的远端会分成数千个分支，每个分支末端都有一个突触终末。信号从一个神经元传递到另一个神经元发生在突触中，突触由突触前终末、突触间隙和突触后膜组成。当突触前尖峰到达终末时，钙离子涌入，导致囊泡与突触前膜融合，释放神经递质到突触间隙。神经递质与突触后膜上的受体结合，打开离子通道，产生兴奋性或抑制性突触后电位。最终，神经递质