3、神经网络：从生物学基础到现代应用的全面解析

神经网络：从生物学基础到现代应用的全面解析

1. 生物神经元的奥秘

生物神经元是构成神经系统的基本单元，由细胞体和众多突起组成。其中，轴突是神经元的输出线路，它可能分支成多个侧支；而树突则常覆盖着小“棘”，用于连接其他细胞轴突的末端。

细胞内部通过细胞壁上的主动泵维持着约 -60mV 的负电位，这种主动泵将钠离子泵出细胞，同时使细胞内的钾离子数量略少。在轴突的出口点，这种电位平衡的调节尤为精细。当细胞电位变得过于正，大约达到 +10 至 +15mV 时，电位会突然反转至约 +60mV，随后又迅速恢复到通常的负静息值，整个过程约需 2 至 3 毫秒。这一系列的电位变化被称为动作电位，它以约 1 至 10m/s 的速度沿着轴突及其分支稳定传播。动作电位就是神经元向相邻细胞发送的信号。

神经元产生信号的过程是通过对来自树突的信号进行求和实现的，而树突本身会受到附近细胞传来的动作电位的影响。沿着轴突传播的动作电位强度都是相同的，通过在突触或连接点对每个动作电位的影响进行重新缩放（即将神经冲动的传入活动乘以适当的连接权重），每个细胞就能对其相邻细胞产生不同的影响。

每个生物神经元的行为就像一个二元决策神经元（BDN），其决策依据是判断来自相邻细胞并到达轴突突起的总活动是否超过先前提到的阈值。这种活动是传入动作电位经过适当因子缩放后的总和，这个因子可以等同于 BDN 的连接权重。因此，BDN 与生物神经元的对应关系得以确立，而 BDN 网络实际上就是大脑的一个简单模型。

2. 神经网络发展初期的困境

早期的神经网络革命虽然吸引了很多人，但在 1969 年，Marvin Minsky 和 Seymour Papert 指出感知机存