多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦研究及應(yīng)用

前言

據(jù)我對(duì)科學(xué)技術(shù)史的考察和理解：世上本沒(méi)有科學(xué)，也沒(méi)有技術(shù)；科學(xué)技術(shù)是在人類(lèi)從“生物學(xué)意義進(jìn)化”階段向“文明進(jìn)化”階段轉(zhuǎn)變的時(shí)期才開(kāi)始發(fā)生和逐步發(fā)展起來(lái)的.“生物學(xué)意義進(jìn)化”的特征是僅靠生物體自身各種器官功能的調(diào)整來(lái)增強(qiáng)它的能力，是一種“著眼體內(nèi)”的進(jìn)化。人類(lèi)的直立行走和手腳分工，就是這種進(jìn)化的典型例子?！拔拿鬟M(jìn)化”是“著眼體外”的進(jìn)化，它的特征是利用外部世界的資源來(lái)增強(qiáng)自身的能力，這就是制造和使用工具。制造工具的原理就升華為科學(xué)，制造工具的經(jīng)驗(yàn)和技巧就沉淀成為技術(shù)。所以，科學(xué)和技術(shù)之所以能夠發(fā)生并不斷得到發(fā)展，完全是為“增強(qiáng)人類(lèi)能力”服務(wù)的.這就是為什么把它命名為科學(xué)技術(shù)的“輔人律”的緣故。循此繼進(jìn)，可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：科學(xué)技術(shù)發(fā)展的軌跡幾乎總是按照“增強(qiáng)人類(lèi)能力”這個(gè)需求展開(kāi)的。農(nóng)業(yè)時(shí)代的發(fā)展主線是增強(qiáng)人類(lèi)體質(zhì)功能的材料科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)，工業(yè)時(shí)代的發(fā)展主線是增強(qiáng)人類(lèi)體力功能的能量科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)，信息時(shí)代的發(fā)展主線是增強(qiáng)人類(lèi)智力功能的信息科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)。這便是在“輔人律”基礎(chǔ)上的科學(xué)技術(shù)“擬人律”。既然科學(xué)技術(shù)的作用是“輔人”的，它的發(fā)展是“擬人”的，那么，科學(xué)技術(shù)和利用科學(xué)技術(shù)所制造的工具就必然與它們的主人一一人類(lèi)形成以人為主以機(jī)為輔的共生合作關(guān)系.這就是科學(xué)技術(shù)的“共生律”。按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的“輔人律”、“擬人律”和“共生律”的啟迪，處于21世紀(jì)信息時(shí)代的大背景下，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的核心、前沿和制高點(diǎn)，就應(yīng)當(dāng)是“增強(qiáng)人的智力能力”。顯然，腦的研究是核心中的核心，前沿中的前沿，制高點(diǎn)中的制高點(diǎn)。這是“腦”一類(lèi)學(xué)術(shù)著作在整體上的重要性和意義。腦，是迄今所處理的最為復(fù)雜的研究對(duì)象之一。因此，腦科學(xué)的研究可以有很多切人點(diǎn)，如認(rèn)識(shí)腦、模擬腦、保護(hù)腦、開(kāi)發(fā)腦、利用腦。認(rèn)識(shí)是基礎(chǔ)，模擬是手段，保護(hù)、開(kāi)發(fā)和利用是目的；但是，通過(guò)模擬也有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)腦，從而更好地達(dá)到保護(hù)、開(kāi)發(fā)和利用的目的。因此，它們相互促進(jìn)，相輔相成，共同形成一個(gè)和諧的研究體系。《多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦研究及應(yīng)用》一書(shū)的主要理論基礎(chǔ)是韓力群教授的博士學(xué)位論文。她在攻讀博士學(xué)位期間，在導(dǎo)師涂序彥教授的指導(dǎo)下，對(duì)腦科學(xué)研究的文獻(xiàn)進(jìn)行了大量的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)關(guān)于腦的局部結(jié)構(gòu)的分析和模擬研究比較多，整體性的研究還比較薄弱。

內(nèi)容概要

本書(shū)在國(guó)內(nèi)外關(guān)于腦模型與智能機(jī)已有工作成果的基礎(chǔ)上，在腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等新進(jìn)展、新成果的啟發(fā)下，從生物控制論和大系統(tǒng)控制論的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析方法，對(duì)人腦的全局腦結(jié)構(gòu)、整體腦功能進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)分析，突出信息處理的智能特性，淡化信息處理的生理特性，從而提出模擬人腦結(jié)構(gòu)和功能的“多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦”的總體方案。提出用感知中樞、思維中樞和行為中樞實(shí)現(xiàn)擬人的感知智能、思維智能和行為智能，并給出三種中樞的建模、調(diào)控與實(shí)現(xiàn)方案。采用大系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法實(shí)現(xiàn)人工左右腦自協(xié)調(diào)以及多中樞的自協(xié)調(diào)，并給出擬人腦思維中樞和人工胼胝體的左右腦協(xié)調(diào)方案與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。同時(shí)在此基礎(chǔ)上介紹了“多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦”研究成果在烤煙煙葉分級(jí)、軟件人情感控制模型、農(nóng)業(yè)機(jī)械視覺(jué)導(dǎo)航等系統(tǒng)中的應(yīng)用。    本書(shū)可供從事智能科學(xué)與技術(shù)、信息科學(xué)、控制科學(xué)與工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、機(jī)器人學(xué)等研究領(lǐng)域的研究者和工程技術(shù)人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生的參考用書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

韓力群，1953年生于北京市，工學(xué)博士，北京市優(yōu)秀教師，博士生導(dǎo)師，北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院教授。1992－1993年公派赴英訪問(wèn)學(xué)者,2002－2008年任北京工商大學(xué)信息工程學(xué)院院長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及應(yīng)用、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究工作，主持輕工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通工業(yè)及航天工業(yè)等領(lǐng)域的圖像處理、模式識(shí)別與智能決策等各類(lèi)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)。發(fā)表論文126篇，獨(dú)著與合著著作10部；獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)。目前擔(dān)任中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會(huì)仿真應(yīng)用分會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)生命系統(tǒng)建模與仿真專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任，教育部自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)委員。涂序彥，教授，博士生導(dǎo)師，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)榮譽(yù)理事長(zhǎng)、學(xué)術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)主席，北京市人工智能學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)，“擬人系統(tǒng)”國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議主席。曾任中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事，全球華人智能控制與智能自動(dòng)化大會(huì)主席、世界專(zhuān)家系統(tǒng)大會(huì)（遠(yuǎn)東區(qū)）主席.兼任中國(guó)軍事科學(xué)院特邀研究員，清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員等.涂序彥教授創(chuàng)立多變量協(xié)調(diào)控制理論，最經(jīng)濟(jì)控制理論；倡導(dǎo)人體控制論、大系統(tǒng)控制論新學(xué)科，開(kāi)拓人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)、智能控制、智能管理，以及人工生命新方法、新技術(shù).出版學(xué)術(shù)論著多部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文三百多篇。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論  1.1  研究背景    1.1.1  本書(shū)作者關(guān)于擬腦的研究工作基礎(chǔ)    1.1.2  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域關(guān)于擬腦的研究    1.1.3  人工智能領(lǐng)域的“擬腦”研究    1.1.4  模式識(shí)別領(lǐng)域的擬腦研究    1.1.5  生物控制論的擬腦研究    1.1.6  大系統(tǒng)控制論的擬腦研究    1.1.7  人工情感領(lǐng)域的擬腦研究    1.1.8  人工生命領(lǐng)域的擬腦研究    1.1.9  軟件人的擬腦研究    1.1.1  0認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域的擬腦研究  1.2  擬腦的概念模型  1.3  擬腦的種類(lèi)圖譜  1.4  擬腦的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值    1.4.1  擬腦的科學(xué)意義    1.4.2  擬腦的應(yīng)用價(jià)值  1.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第2章  腦原型與“識(shí)腦”研究  2.1  腦科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀    2.1.1  腦科學(xué)發(fā)展概述    2.1.2  腦科學(xué)研究的科學(xué)問(wèn)題    2.1.3  腦科學(xué)主要研究成果    2.1.4  腦科學(xué)對(duì)腦高級(jí)功能的研究  2.2  人腦的形態(tài)與功能    2.2.1  人體神經(jīng)系統(tǒng)概述    2.2.2  中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形態(tài)與功能  2.3  基于腦功能成像方法的“識(shí)腦”研究    2.3.1  腦功能成像技術(shù)    2.3.2  腦功能成像研究  2.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  多中樞自協(xié)調(diào)擬腦研究的總體方案  3.1  擬腦智能系統(tǒng)構(gòu)建方案  3.2  高級(jí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)  3.3  多中樞自協(xié)調(diào)擬腦智能系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容    3.3.1  擬腦智能系統(tǒng)的智能中樞    3.3.2  擬腦智能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)機(jī)制  3.4  多中樞自協(xié)調(diào)擬腦智能系統(tǒng)研究方案    3.4.1  智能信息處理中樞的建模方案    3.4.2  調(diào)控機(jī)制的建模方案  3.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第4章  多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦系統(tǒng)的感覺(jué)中樞  4.1  感覺(jué)系統(tǒng)機(jī)制與建模  4.2  視覺(jué)信息處理系統(tǒng)模型研究    4.2.1  計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究現(xiàn)狀    4.2.2  視覺(jué)系統(tǒng)模型研究  4.3  視覺(jué)信息處理系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究    4.3.1  基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的視網(wǎng)膜模型與算法    4.3.2  基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的中繼視覺(jué)信息處理模型與算法  4.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第5章  多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦系統(tǒng)的思維中樞  5.1  思維中樞的人腦原型研究    5.1.1  大腦皮層分區(qū)與功能定位    5.1.2  左右大腦的分工協(xié)作  5.2  思維中樞的建模方案    5.2.1  擬右腦系統(tǒng)建模方案    5.2.2  擬左腦系統(tǒng)建模方案    5.2.3  人工胼胝體的建模方案  5.3  擬右腦模型及算法    5.3.1  皮層信息處理的主要特點(diǎn)    5.3.2  模式識(shí)別網(wǎng)絡(luò)模型及算法    5.3.3  聯(lián)想記憶網(wǎng)絡(luò)模型與算法  5.4  擬左腦模型及技術(shù)實(shí)現(xiàn)    5.4.1  知識(shí)表示模型    5.4.2  模糊推理機(jī)  5.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第6章  多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦系統(tǒng)的行為中樞  6.1  運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控功能  6.2  行為中樞的模型研究  6.3  行為中樞的實(shí)現(xiàn)技術(shù)    6.3.1  基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的小腦模型    6.3.2  基于嵌入式系統(tǒng)的腦干模型  6.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第7章  多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦系統(tǒng)的自協(xié)調(diào)機(jī)制研究  7.1  人腦神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)制的特點(diǎn)  7.2  大系統(tǒng)控制論的協(xié)調(diào)策略    7.2.1  多變量協(xié)調(diào)控制    7.2.2  大系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制  7.3  擬人腦智能系統(tǒng)的多中樞自協(xié)調(diào)    7.3.1  多中樞遞階協(xié)調(diào)    7.3.2  多中樞分散協(xié)調(diào)  7.4  擬人腦智能系統(tǒng)的左右腦自協(xié)調(diào)    7.4.1  人工胼胝體的綜合信息庫(kù)及其智能管理系統(tǒng)    7.4.2  人工胼胝體的左右腦信息推拉交換技術(shù)    7.4.3  人工胼胝體的多模式數(shù)據(jù)接口技術(shù)    7.4.4  人工胼胝體的左右腦協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)技術(shù)  7.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第8章  多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦系統(tǒng)的應(yīng)用研究  8.1  MCSCAB在烤煙煙葉智能分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    8.1.1  烤煙煙葉計(jì)算機(jī)分級(jí)研究概況    8.1.2  基于MCSCAB的煙葉分級(jí)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)    8.1.3  基于感覺(jué)中樞的烤煙煙葉外觀質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)    8.1.4  基于思維中樞的烤煙煙葉分組分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)    8.1.5  基于行為中樞的烤煙煙葉圖像自動(dòng)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)    8.1.6  與同類(lèi)系統(tǒng)的對(duì)比分析  8.2  MCSCAB在軟件人建模中的應(yīng)用    8.2.1  軟件人的情感控制    8.2.2  基于MCSCAB的軟件人情感控制模型  8.3  MCSCAB在農(nóng)業(yè)機(jī)械視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)研究中的應(yīng)用    8.3.1  基于MCSCAZB的農(nóng)業(yè)機(jī)械視覺(jué)自主導(dǎo)航系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容    8.3.2  基于MCSCAZB的農(nóng)業(yè)機(jī)械視覺(jué)自主導(dǎo)航系統(tǒng)研究方案  8.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第9章  研究展望：擬腦學(xué)  9.1  擬腦學(xué)的科學(xué)目標(biāo)  9.2  擬腦學(xué)的研究對(duì)象  9.3  擬腦學(xué)的研究?jī)?nèi)容  9.4  擬腦學(xué)的學(xué)科分支  9.5  擬腦學(xué)的研究方法  9.6  擬腦學(xué)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)  9.7  擬腦學(xué)的科學(xué)意義  9.8  擬腦學(xué)的應(yīng)用前景  9.9  小結(jié)  參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

插圖：第3章 多中樞自協(xié)調(diào)擬腦研究的總體方案由于長(zhǎng)期的生物進(jìn)化、自然選擇和優(yōu)勝劣汰的結(jié)果，在地球上已知的生物群體中，“人為萬(wàn)物之靈”，而“靈”的核心是人具有思維與智能。盡管腦科學(xué)的研究成果尚未揭示思維與智能的全部奧秘，但腦的解剖學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)領(lǐng)域的研究成果已為擬腦系統(tǒng)的研究提供了豐富的啟示和靈感。面對(duì)人腦這種高度復(fù)雜精妙的生物原型，任何一種單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或單一的傳統(tǒng)人工智能技術(shù)都難以提供有效的擬腦方案，需要多學(xué)科理論、方法和技術(shù)的綜合集成。本章在博士學(xué)位論文等前期研究工作基礎(chǔ)上，應(yīng)用大系統(tǒng)控制論的結(jié)構(gòu)分析方法，從生物控制論的角度對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)分析，提出一種多中樞自協(xié)調(diào)的擬腦智能系統(tǒng)構(gòu)建方案。3.1 擬腦智能系統(tǒng)構(gòu)建方案目前面向工程應(yīng)用的擬人腦研究中存在著三個(gè)主要問(wèn)題：1）腦科學(xué)研究已經(jīng)提供了關(guān)于腦的總體工作原理的四項(xiàng)重要研究成果，但腦科學(xué)的研究成果遠(yuǎn)未在系統(tǒng)層次上揭示腦的奧秘。一方面，長(zhǎng)期以來(lái)擬人腦研究是在對(duì)其生物原型的了解不十分透徹的基礎(chǔ)上開(kāi)展的；另一方面，現(xiàn)有的人工腦模型對(duì)已有的腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究成果借鑒不足。2）國(guó)內(nèi)外關(guān)于擬人腦的研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，人們對(duì)于擬人腦模型的構(gòu)建正在從硬件和軟件兩方面來(lái)推進(jìn)。進(jìn)化硬件是一個(gè)新的思路，即電子設(shè)備中元件之間的物理連接可以按照某種遺傳算法進(jìn)行自我更新。然而，硬件的進(jìn)化是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題，進(jìn)化的硬件在目前尚處于開(kāi)發(fā)的初期階段.3）軟件方面的關(guān)鍵是智能技術(shù)，傳統(tǒng)人工智能技術(shù)的推理功能較強(qiáng)，擅長(zhǎng)模擬左腦的邏輯思維功能，但欠缺學(xué)習(xí)及聯(lián)想能力，難以模仿右腦的模糊處理功能和整個(gè)大腦的并行化處理功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于對(duì)人腦組織結(jié)構(gòu)、活動(dòng)機(jī)制的初步認(rèn)識(shí)而構(gòu)件的一種新型信息處理體系，通過(guò)模仿腦神經(jīng)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)以及某些活動(dòng)機(jī)理，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可呈現(xiàn)出入腦右腦的一些基本特性。然而，無(wú)論是推理機(jī)、認(rèn)知機(jī)、感知機(jī)還是細(xì)胞自動(dòng)機(jī)等，都是某種初級(jí)的局部擬人腦模型，一般只能模擬某種簡(jiǎn)單的思維功能，其“智能”水平十分有限。面對(duì)人腦這種高度復(fù)雜精妙的研究對(duì)象，任何一種單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或單一的傳統(tǒng)人工智能技術(shù)都難以提供有效的方案，需要多種智能技術(shù)的綜合集成。

后記

本書(shū)是在我的博士學(xué)位論文“多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦智能系統(tǒng)研究及應(yīng)用”的基礎(chǔ)上，根據(jù)涂序彥先生的學(xué)術(shù)思想和觀點(diǎn)，總結(jié)自己相關(guān)科研工作成果撰寫(xiě)而成。2002年春天，我有幸?guī)煆耐啃驈┙淌?，成為北京理工大學(xué)“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”專(zhuān)業(yè)的博士生，開(kāi)始從事“擬腦”研究工作.在研讀腦科學(xué)的國(guó)內(nèi)外著作和博士學(xué)位論文研究的寫(xiě)作過(guò)程中，我深深感到：認(rèn)識(shí)人腦和建立擬人腦的智能系統(tǒng)，既是意義重大、非常誘人的科研課題，又是難度很大、浩如滄海的系統(tǒng)工程，為此，必須有正確的理論指導(dǎo)、合理的技術(shù)路線。涂先生在《生物控制論》、《大系統(tǒng)控制論》、《智能管理》等著作中闡明的學(xué)術(shù)思想和理論方法，為我的學(xué)位論文研究工作指明了方向。我們應(yīng)用“大系統(tǒng)控制論”的結(jié)構(gòu)分析方法，從“生物控制論”的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)人腦和神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)分析，從而提出了“多中樞自協(xié)調(diào)的擬人腦智能系統(tǒng)”的研究與構(gòu)建方案?！叭四X奧秘、情智本源”的探索和研究是“識(shí)腦”和“擬腦”的共同目標(biāo)，這是艱巨崎嶇、充滿挑戰(zhàn)、從相對(duì)真理向絕對(duì)真理不斷逼近的漫長(zhǎng)征程.我們欣喜地看到，在“擬腦”研究開(kāi)發(fā)中，各學(xué)科之間正在加強(qiáng)合作，如腦科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互交流；人工智能領(lǐng)域各學(xué)派取長(zhǎng)補(bǔ)短，各種方法技術(shù)相互結(jié)合.我們相信，人類(lèi)各研究領(lǐng)域取得的研究成果將綜合集成，向“識(shí)腦”和“擬腦”的共同目標(biāo)不斷前進(jìn)！

圖書(shū)封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    多中樞自協(xié)調(diào)擬人腦研究及應(yīng)用 PDF格式下載

---