《卷积神经网络与计算机视觉》 —3.4与生物视觉的关联

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华章计算机 发表于 2020/02/14 16:55:59 2020/02/14
【摘要】 本节书摘来自华章计算机《卷积神经网络与计算机视觉》 一书中第3章,第3.4.1节,作者是[澳]萨尔曼·汗(Salman Khan)侯赛因·拉哈马尼(Hossein Rahmani)赛义德·阿法克·阿里·沙(Syed Afaq Ali Shah)穆罕默德·本纳努恩(Mohammed Bennamoun),黄智濒 戴志涛 译。

3.4与生物视觉的关联

为了研究生物神经网络与人工神经网络的相似性和不同点,简要讨论生物神经网络(BNN)及其运行机制是重要的。事实上,人工神经网络在功能和规模方面与它们的生物学对应物并不相似,但是它们确实是由BNN激发的,并且用于描述人工神经网络的几个术语是从神经科学文献中借用的。因此,我们在大脑中引入神经网络,在人工神经元和生物神经元之间进行比较,并提供基于生物视觉的人工神经元模型。

3.4.1生物神经元模型

人脑含有大约1000亿个神经元。为了解释这个数字,让我们假设有1000亿张一美元钞票,每张钞票只有0.11毫米厚。如果我们将所有这些一元钞票堆叠在一起,那么最终的堆将高达10 922.0千米。这说明了人脑的规模和大小。

 

生物神经元是处理信息的神经细胞[Jain et al.,1996]。每个神经元都被膜包围,并且具有包含基因的细胞核。它具有专门的突出物,用于管理神经细胞的输入和输出。这些突出物称为树突和轴突。下面描述生物神经元的这些和其他关键方面。

树突:树突是纤维,其作为接收线,从其他神经元来将信息(激活)传递给细胞体。它们是神经元的输入。

轴突:轴突是纤维,充当传输线,将信息从细胞体带到其他神经元。它们充当神经元的输出。

细胞体:细胞体(也称为体细胞)通过树突接收传入信息,处理并通过轴突将其发送到其他神经元。

突触:轴突和树突之间允许信号通信的专门连接称为突触。通过电化学过程进行通信,其中神经递质(化学物质)在突触处释放并扩散穿过突触间隙以传递信息。人脑***有大约1千万亿(1015)个突触[Changeux and Ricoeur,2002]。

连接:神经元彼此密切地相互连接。 平均而言,每个神经元接收来自大约105个突触的输入。

神经元激活:神经元通过树突从连接的神经元接收信号。如果组合的输入信号超过阈值,则细胞体对接收的信号求和并且神经元被激活。通过激活神经元,我们的意思是它产生一个通过轴突发出的输出。如果组合输入低于阈值,则神经元不产生响应信号(即,神经元不会激活)。决定神经元是否激活的阈值函数称为激活函数。

接下来,我们描述一个模拟生物神经元工作的简单计算模型(见图3.4)。

 



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