科學(xué)前沿與未來

內(nèi)容概要

香山科學(xué)會議是由國家科學(xué)技術(shù)部(原國家科委)發(fā)起，在科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院的共同支持下于1993年正式創(chuàng)辦的。截至2010年底已舉辦388次學(xué)術(shù)討論會、13次特殊系列學(xué)術(shù)研討會，出版系列文集11冊。
 本書從近兩年的學(xué)術(shù)討論會中遴選出20
篇一流的綜述性文章，內(nèi)容涉及生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)、納米科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)及管理科學(xué)等多學(xué)科交叉的前沿、熱點問題。旨在為政府決策部門、科技管理部門和有關(guān)專家學(xué)者在制定國家重點科技政策、部署國家科技發(fā)展規(guī)劃和重大科技立項時提供參考，也可供相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的科研人員和高等院校的師生及科技愛好者閱讀。
 本書由香山科學(xué)會議編著。

書籍目錄

序一
序二
神經(jīng)信息學(xué)中的幾個關(guān)鍵問題
計算神經(jīng)科學(xué)的現(xiàn)狀、機遇與挑戰(zhàn)
生命系統(tǒng)電磁現(xiàn)象及電磁對生命系統(tǒng)的作用若干問題的探討
仿生膜發(fā)展與展望
中國載人航天催生的交叉學(xué)科——航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)
方藥量效關(guān)系研究的關(guān)鍵問題和策略
蛋白質(zhì)分離和鑒定的新技術(shù)新方法——從定性到定量
道地藥材的知識產(chǎn)權(quán)本質(zhì)及其保護方略
道地藥材的品質(zhì)特征及形成機制
鄱陽湖主要生態(tài)環(huán)境問題及保護對策
森林生態(tài)系統(tǒng)管理與土壤可持續(xù)固碳能力
中國稀土資源高效清潔提取與循環(huán)利用
過程工業(yè)減排的節(jié)能機制
離子液體應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題
人工環(huán)境與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展
納米電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)及運行的時空多層次性及其思考
西太平洋暖池對東亞季風(fēng)系統(tǒng)和西北太平洋臺風(fēng)活動熱力作用的研究
地球系統(tǒng)動力學(xué)與地震成因及其四維預(yù)測
暗物質(zhì)和暗能量
太陽活動24周的異常行為
附錄

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：神經(jīng)信息學(xué)中的幾個關(guān)鍵問題童勤業(yè)　張宏1.引言美國Science雜志2006年編輯部文章［1第一句話（而且是用特別大的字體是“COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE IS NOW MATURE FIELD OF RESEARCH”這句話的意思是計算神經(jīng)科學(xué)是成熟的研究領(lǐng)域。這句話僅僅局限于神經(jīng)系統(tǒng)的動力學(xué)描述也許可以這樣理解如果把計算神經(jīng)科學(xué)作為研究神經(jīng)信息本質(zhì)問題的手段那就要另外考慮了。據(jù)英國媒體報道瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院科學(xué)家、“藍腦計劃的主管亨利馬克拉姆表示先進的功能性人造大腦將在10年內(nèi)變成現(xiàn)實。這兩種斷言一個是權(quán)威雜志發(fā)表的、一個是媒體報道的也許我們不應(yīng)該把它們放在一起。不管怎樣現(xiàn)在我們來討論這些斷言的正確性。10年之內(nèi)腦內(nèi)信號過程的真正模型可以解決這是否意味著現(xiàn)有的知識（數(shù)學(xué)理論、信息處理理論、物理理論、電子回路理論、系統(tǒng)理論、化學(xué)理論等完全能分析神經(jīng)信息過程了現(xiàn)有的人工智能能力遠低于人的智能如果10年之內(nèi)可以解決則10年之內(nèi)人工智能也一定能達到人的智能?；蛘哒f憑借現(xiàn)有知識我們有可能來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型使此模型能描述腦的信息處理過程。這看來是十分困難的。根據(jù)我們的研究至少有兩個問題需要討論不穩(wěn)定與不確定性定量問題。1.不穩(wěn)定與不確定性神經(jīng)系統(tǒng)是個不穩(wěn)定和不確定的系統(tǒng)文獻［2第一句話即是Spike trains are unreliable.“unreliable”的意思是不可信、不確定等長期做實驗的人也有這種體會。文獻［3引用了很多資料［4~8證明在大腦皮層中出現(xiàn)的極不規(guī)則的脈沖序列是不可能用同樣的實驗來重復(fù)得到的這說明神經(jīng)脈沖序列的不確定性。諾貝爾獎獲得者埃德爾曼（Gerald .Edelman）指出［9：我們已經(jīng)反復(fù)強調(diào)每一個腦的最突出的特點之一是它的個別性（individuality 和多變性（variability）。在腦的所有組織層次上都有這種多變性這種多變性是如此之大以至于我們在尋求一種腦活動的物理理論時不能把它僅僅當(dāng)成噪聲而不予考慮或是忽略掉.這對于任何一個試圖解釋腦的總體功能的理論都是一種極大的挑戰(zhàn).”。他又進一步指出：“這種千差萬別使得每一個腦都是獨一無二的。這些觀察給基于指令和計算機之上的腦模型提出了根本性挑戰(zhàn).，腦不是計算機，有人追求精確的神經(jīng)編碼而實際上找不到”［，10。應(yīng)該說Edelman的描述是正確的正像每個人的指紋不同每個人的虹膜結(jié)構(gòu)不同，每個人的視網(wǎng)膜血管分布不同這些不同常被用來作為識別每個人的生物特征，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該是不一樣的這也是為大部分生物學(xué)家所接受的這就是結(jié)構(gòu)上的不確定性。不過Edelman由此所得出的結(jié)論和觀點是存在爭議的。后來有不少專家對他發(fā)表種種評論。這就是對不確定性的認識問題。對這一問題不同的觀點就有截然不同的理解和辦法?，F(xiàn)有的工程技術(shù)觀點認為不穩(wěn)定是有害的他們會想盡一切辦法去避免不穩(wěn)定?？墒茄芯拷?jīng)驗告訴我們這種不穩(wěn)定和不確定系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性?！昂啿⑿浴笔橇孔恿W(xué)中的概念，Edelman在《神經(jīng)達爾文主義》一書中揭示了神經(jīng)系統(tǒng)中存在簡并現(xiàn)象，提出了生物體內(nèi)從分子一直到免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)都存在“簡并”現(xiàn)象。他的理論被認為是20世紀80年代以來理論神經(jīng)科學(xué)最重要的進展之一，應(yīng)該說這一評價是正確的。但是他的理論沒有說清楚神經(jīng)系統(tǒng)中簡并的形式和作用。這是這一理論難以發(fā)展的根本原因，因此也受到了不少人的質(zhì)疑，有人曾試圖在神經(jīng)回路上具體地把簡并性體現(xiàn)出來，文獻[25]具體討論了運動神經(jīng)系統(tǒng)簡并性神經(jīng)回路，采用脈沖序列分布模式來分析運動神經(jīng)輸出，這是合理的，因為輸出的模式不同，會造成運動肌肉收縮的節(jié)律不同，這與神經(jīng)編碼關(guān)系不大，易于討論。要真正分析腦和神經(jīng)系統(tǒng)的簡并性，僅僅分析運動神經(jīng)是不夠的，更重要的是對輸入回路、信息處理回路的簡并性討論，這方面的研究還未見報道，因為討論輸入回路的簡并性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的簡并問題就會涉及信息在神經(jīng)系統(tǒng)中的編碼這一難題。有了S空間編碼，就可以討論“簡并”問題了?！昂啿ⅰ笨梢詮膬蓚€方面來討論：①對于某一功能有哪些回路可以實現(xiàn)？也就是怎樣的一些回路具有相同功能？②這些回路輸出信號如何被綜合、簡并下面我們來分別討論這兩個問題，第一個問題直接影響到我們對簡并的認識，神經(jīng)系統(tǒng)中怎樣一類神經(jīng)回路具有相同功能？在整個神經(jīng)系統(tǒng)中除感受器以外，神經(jīng)元的興奮方式就是動作電位，最基本的生理特征是神經(jīng)脈沖和脈沖序列。按簡并的定義，要使不同的神經(jīng)回路具有同樣的功能，就意味著不同神經(jīng)回路在同樣的輸入條件下，要有同樣的神經(jīng)脈沖序列輸出。而且，隨著輸入的變化，不同神經(jīng)回路輸出的變化規(guī)律要相同。在生物系統(tǒng)中，同樣的神經(jīng)回路，在同樣的刺激下其輸出已很難保持相同，更不用說不同的神經(jīng)回路在同樣條件下保證有相同的輸出。因此，另一種可能解釋就是雖然脈沖序列不同，但可以提取相同的特征量，用相同的特征量來保證相同功能。如何提取特征量，就成為涉及神經(jīng)編碼的根本問題。S空間編碼理論可以較好地解釋這一問題。

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《科學(xué)前沿與未來(2009-2011)》是由科學(xué)出版社出版的。

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