3.1 生物神經元

神經元是具有長突觸（軸突）的細胞，它由細胞體和細胞突起構成。早在1904年，生物學家就已經知道了神經元的組成結構。神經元通常由幾個部分組成：細胞核、樹突、軸突和軸突末梢。一個神經元通常具有多個樹突，主要用來接收信息；而軸突只有一條，軸突尾端有許多軸突末梢，可以給其他神經元傳遞信息，如圖3-1所示。

神經元的胞體在腦和脊髓的灰質及神經節(jié)內，其形態(tài)各異，常見的形態(tài)為星形、錐體形、梨形和圓球形等。胞體大小不一，胞體是神經元的代謝和營養(yǎng)中心。

胞體的結構與一般細胞相似，有細胞膜、細胞核和細胞質。

（1）細胞膜：胞體的胞膜和突起表面的膜是連續(xù)完整的細胞膜。除突觸部位的胞膜有特異的結構外，大部分胞膜為單位膜結構。神經細胞膜的特點是一個敏感而易興奮的膜，在膜上有各種受體和離子通道，二者各由不同的膜蛋白構成。形成突觸部分的細胞膜增厚。

（2）細胞核：多位于神經細胞體中央，大而圓，異染色質少，多位于核膜內側，常染色質多，散在細胞核的中部，故著色淺，核仁有l(wèi)～2個，大而明顯。細胞變性時，細胞核多移向周邊而偏位。

（3）細胞質：位于細胞核的周圍，又稱核周體，其中含有發(fā)達的高爾基復合體、滑面內質網，豐富的線粒體、尼氏體及神經原纖維，還含有溶酶體、脂褐素等結構。具有分泌功能的神經元，胞質內還含有分泌顆粒，如位于下丘腦的一些神經元。

神經元具有的功能特性主要表現在：

（1）時空整合功能；

（3）興奮與抑制狀態(tài)；

（4）結構的可塑性；

（5）脈沖與電位信號的轉換；

（6）突觸延期和不應期；

（7）學習、遺忘和疲勞。

1943年，心理學家Warren McCulloch和數學家Walter Pits參考了生物神經元的結構，發(fā)明了數學上神經元的原型，這個原理的結構很簡單，其中包含一個計算單元，它可以接收多個輸入，輸入的數據在經過處理之后產生一個輸出，如圖3-2所示。

這個結構看起來確實非常簡單，大家可能會想這么簡單的一個結構能做什么呢?是的，這么簡單的結構確實做不了什么有用的事。但是，就像大腦一樣，當億萬個這樣簡單的結構組合到一起的時候，卻能做非常復雜的事了。如今，深度神經網絡在各個領域大放異彩，最基本的原理就是這樣一個簡單的結構。