人脑大约包含10的12 次方个神经元，分成约1000 种类型，每个生物神经元大约与102至04 个其它生物神经元相连接，形成极为错综复杂而又灵活多变的生物神经网络。每个生物神经元虽然其结构都十分简单，但是如此大量的生物神经元之间、如此复杂的连接却可以演化出丰富多彩的行为方式。同时，如此大量的生物神经元与外部感受器之间的多种多样的连接方式也蕴含了变化莫测的反应方式。

下图给出了6类生物神经元空间形态和主要特征（详见http://neuromorpho.org/neuroMorpho/index.jsp）。下列图形和数据特征是神经元的粗略空间刻画，仅给出不同类型神经元的大概认识，只是几何形态特征的标准描述

生物神经元空间形态和主要特征

一个生物神经元结构的模型示意图如图2所示。由图看出，生物神经元由胞体（Soma）、树突（Dendrites），突触（Synapse）和轴突（Axon）等构成。胞体是神经元的代谢中心，胞体一般生长有许多树状突起，称为树突，它是神经元的主要接收器。胞体还延伸出一条管状纤维组织，称为轴突。树突是神经元的生物信号输入端，与其它的神经元相连；轴突是神经元的信号输出端，连接到其它神经元的树突上；生物神经元有两种状态：兴奋和抑制，平时生物神经元都处于抑制状态，轴突无输入，当生物神经元的树突输入信号大到一定程度，超过某个阈值时，生物神经元有抑制状态转为兴奋状态，同时轴突向其它生物神经元发出信号。轴突的作用主要是传导信息，传导的方向是由轴突的起点传向末端。通常，轴突的末端分出许多末梢，它们同后一个生物神经元的树突构成一种称为突触的机构。其中，前一个神经元的轴突末梢称为突触的前膜，后一个生物神经元的树突称为突触的后膜；前膜和后膜两者之间的窄缝空间称为突触的间隙，前一个生物神经元的信息由其轴突传到末梢之后，通过突触对后面各个神经元产生影响。

生物神经元结构的模型示意图

Motor Neuron

神经元

脑电波神经元

从生物控制论的观点来看，神经元作为控制和信息处理的基本单元，具有下列一些重要的功能与特性：

① 时空整合功能：生物神经元对于不同时间通过同一突触传入的神经冲动，具有时间整合功能；对于同一时间通过不同突触传人的神经冲动，具有空间整合功能。两种功能相互结合，具有时空整合的输入信息处理功能，所谓整合是指抑制和兴奋的受体电位或突触电位的代数和。

② 兴奋与抑制状态：生物神经元具有两种常规工作状态：兴奋--当传人冲动的时空整合结果，使细胞膜电位升高，超过被称为动作电位的阈值时，细胞进人兴奋状态，产生神经冲动，由轴突输出；抑制当传人冲动的时空整合结果，使膜电位下降至低于动作电位的阈值时，细胞进人抑制状态，无神经冲动输出，满足“0-1”律，即“兴奋、抑制”状态。

③ 脉冲与电位转换：突触界面具有脉冲／电位信号转换功能。沿神经纤维传递的电脉冲为等幅、恒宽、编码的离散脉冲信号，而细胞膜电位变化为连续的电位信号。在突触接口处进行“数／模”转换，是通过神经介质以量子化学方式实现（电脉冲-神经化物质-膜电位）的变换过程。

④ 神经纤维传导速度：神经冲动沿神经传导的速度在 1～150 m/s 之间。

⑤ 突触延时和不应期：突触对神经冲动的传递具有延时和不应期。在相邻的两次冲动之间需要一个时间间隔，即为不应期，在此期间对激励不响应，不能传递神经冲动。

⑥ 学习、遗忘和疲劳：由于结构可塑性，突触的传递作用可增强、减弱和饱和，所以细胞具有相应的学习功能，遗忘或疲劳效应（饱和效应）。

随着脑科学和生物控制论研究的进展，人们对神经元的结构和功能有了进一步的了解，神经元并不是一个简单的双稳态逻辑元件，而是超级的微型生物信息处理机或控制机单元。

（本文主题内容来自学术专著：阮秀凯等，现代无线通信系统盲处理技术新进展：基于智能算法[M]，上海, 复旦大学出版社，2015. 如需引用本文内容，注明该专著即可。已获作者授权。）

计算科学与人工智能-百家号原创，版权所有，禁止转载；如需本文内容请联系作者。