1、探秘神经信息处理：从基础到前沿

探秘神经信息处理：从基础到前沿

大脑，作为宇宙中已知最复杂的系统，一直以来都是科学家们努力探索的神秘领域。长久以来，人们习惯用当时最先进的机器来比喻大脑，如水力磨坊、蒸汽机、电话交换机、数字计算机和互联网。然而，大脑包含约 10¹¹ 个神经元，以及 10¹⁵ 个被称为突触的神经元间连接，这使得任何机器都难以精确地比喻大脑。研究大脑和思维就如同盲人摸象，每个人只能触及一部分，只有综合所有印象，才能勾勒出较为真实的画面。而且，大脑是一个多层次的分级系统，每个层次都有其独特的涌现特性，这使得研究更加复杂，需要多种技术从不同层面进行探索，而数学建模和计算机模拟在其中起着至关重要的作用。

大脑：信息处理的核心

大脑本质上是一个信息处理系统。虽然能量和物质对大脑的正常功能很重要，但它们只是大脑功能的支持因素。大脑对于动物生存的关键作用是接收、传递、处理、存储和检索信息，并据此决定行动，如战斗或逃跑。

对大脑信息处理的定量研究可以追溯到 20 世纪 40 年代。1943 年，美国神经生理学家沃伦·麦卡洛克（Warren McCulloch）和数理生物学家、逻辑学家沃尔特·哈里·皮茨（Walter Harry Pitts, Jr.）首次用数学描述神经元功能，成为神经网络理论的奠基人。他们的论文激发了人们对神经信息处理进行定量研究的兴趣。1948 年，美国数学家诺伯特·维纳（Norbert Wiener）出版了《控制论：动物和机器中的控制与通信》，强调了“信息”概念在理解动物行为中的关键作用，并鼓励多领域专家共同研究神经系统。他指出，能量只是信息编码和处理的支持因素，核心概念是信息。他和匈牙利 - 美国数学家约翰·冯·诺伊曼（John von Neumann）组织了一系列关于控制和通信的研讨会。维