3.1 生物神经元

神经元是具有长突触（轴突）的细胞，它由细胞体和细胞突起构成。早在1904年，生物学家就已经知道了神经元的组成结构。神经元通常由几个部分组成：细胞核、树突、轴突和轴突末梢。一个神经元通常具有多个树突，主要用来接收信息；而轴突只有一条，轴突尾端有许多轴突末梢，可以给其他神经元传递信息，如图3-1所示。

图3-1 神经元的组成

神经元的胞体在脑和脊髓的灰质及神经节内，其形态各异，常见的形态为星形、锥体形、梨形和圆球形等。胞体大小不一，胞体是神经元的代谢和营养中心。

胞体的结构与一般细胞相似，有细胞膜、细胞核和细胞质。

（1）细胞膜：胞体的胞膜和突起表面的膜是连续完整的细胞膜。除突触部位的胞膜有特异的结构外，大部分胞膜为单位膜结构。神经细胞膜的特点是一个敏感而易兴奋的膜，在膜上有各种受体和离子通道，二者各由不同的膜蛋白构成。形成突触部分的细胞膜增厚。

（2）细胞核：多位于神经细胞体中央，大而圆，异染色质少，多位于核膜内侧，常染色质多，散在细胞核的中部，故着色浅，核仁有l～2个，大而明显。细胞变性时，细胞核多移向周边而偏位。

（3）细胞质：位于细胞核的周围，又称核周体，其中含有发达的高尔基复合体、滑面内质网，丰富的线粒体、尼氏体及神经原纤维，还含有溶酶体、脂褐素等结构。具有分泌功能的神经元，胞质内还含有分泌颗粒，如位于下丘脑的一些神经元。

神经元具有的功能特性主要表现在：

（1）时空整合功能；

（3）兴奋与抑制状态；

（4）结构的可塑性；

（5）脉冲与电位信号的转换；

（6）突触延期和不应期；

（7）学习、遗忘和疲劳。

1943年，心理学家Warren McCulloch和数学家Walter Pits参考了生物神经元的结构，发明了数学上神经元的原型，这个原理的结构很简单，其中包含一个计算单元，它可以接收多个输入，输入的数据在经过处理之后产生一个输出，如图3-2所示。

图3-2 神经网络基本计算结构

这个结构看起来确实非常简单，大家可能会想这么简单的一个结构能做什么呢?是的，这么简单的结构确实做不了什么有用的事。但是，就像大脑一样，当亿万个这样简单的结构组合到一起的时候，却能做非常复杂的事了。如今，深度神经网络在各个领域大放异彩，最基本的原理就是这样一个简单的结构。