人類交互4 感覺輸入和運動輸出

人類感覺系統概述

人類感覺系統是由多個感覺器官和神經系統組成,負責感知外部世界的各種刺激和信息。人類感覺系統包括以下幾個主要部分:

  1. 視覺系統:視覺系統由眼睛、視神經和大腦視覺皮層組成,負責感知光線、顏色和形狀,使我們能夠看到和理解周圍的世界。

  2. 聽覺系統:聽覺系統由耳朵、聽神經和大腦聽覺皮層組成,負責感知聲音和聲音頻率,使我們能夠聽到聲音并理解語言和音樂。

  3. 觸覺系統:觸覺系統通過皮膚中的感受器,包括壓力感受器、溫度感受器和痛覺感受器,幫助我們感知外部物體的形狀、質地和溫度。

  4. 味覺系統:味覺系統由舌頭上的味蕾和相關神經組成,負責感知食物的味道,包括甜、酸、苦、咸和鮮。

  5. 嗅覺系統:嗅覺系統由鼻腔內的嗅毛和相關神經組成,負責感知氣味,幫助我們辨別不同的氣味和香味。

這些感覺系統通過感覺器官接收外部刺激,并將信息傳遞到大腦中相應的感覺皮層進行處理和解讀,讓我們能夠感知和理解外部世界的各種感覺信息。

關于觸覺系統里面,其實包含觸覺,痛覺,熱覺等皮膚感覺,但是為了方便研究,我們將皮膚有關感覺都統稱為觸覺。

如果對一段較長的時間進行統計,大腦處理各種信息的比例是存在差異的。一般來說,視覺信息處理是最多的,其次是聽覺信息,然后才是觸覺,最后為味覺和嗅覺。如果要給一個具體的信息處理比例,可能是這樣的(不一定精確,僅供參考):視覺信息占比55%,聽覺信息占比25%,觸覺信息占比15%,嗅覺味覺僅占比5%。

所以,如果能夠理解和分析明白視覺,聽覺,觸覺,那么基本上人類的感覺系統的原理已經解析完畢了。但是很遺憾,直到現在(2024),我們雖然知道很多關于人類感覺的知識,但更多的還是未知。畢竟人類物種的形成,存在著生物至少幾億年的發展底蘊,如果不借助仿生技術進行模仿與創新,光靠人類自身的嘗試,人工智能技術很難短時間趕上這么深厚的進化底蘊。

如果同時了解當前知道的生物神經網絡和當前發展的人工神經網絡,就會發現哪些炒作當前(2024)人工智能已經存在意識的言論,是多么不負責任。未來人工智能存在自主思維與創造能力是必然的,但是技術發展成熟的時間是未知的。不過可以肯定的是,當前深度學習框架需要更多智能的架構迭代,才能具有自主思維與創造的高級能力。

也許,一切的答案早已隱藏在生物神經網絡中,正等待著我們去探索…

人類的輸入與輸出

如果把人類自身比作一臺計算機,那么輸入主要為:視覺,聽覺,觸覺,味覺和觸覺。至于輸出,主要在兩方面:運動和記憶。當信息進入大腦處理后,一般造成兩種輸出,第一種就是明顯的運動輸出,包括軀體肌肉運動和聲音的發出等;第二種就是記憶變化,也就是處理的信息改變了大腦的生物神經網絡狀態,形成了關鍵的記憶。除此之外還有其他的輸入輸出,比如激素調節等等,這些目前不是我們關注的重點。

視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺等感覺信息在進入大腦后,經過相應的感覺皮層進行處理和解讀,具有以下重要意義:

  1. 感知和理解外部世界:大腦的感覺皮層負責處理各種感覺信息,使我們能夠感知和理解外部世界的光線、聲音、觸覺、味道和氣味等感覺信息。

  2. 協調和控制行為反應:感覺信息的處理幫助大腦協調和控制行為反應,使我們能夠做出適當的動作和反應,如避開危險、尋找食物等。

  3. 情感和記憶形成:感覺信息的處理與情感和記憶形成密切相關,不同的感覺刺激可能引起不同的情緒反應,同時也有助于形成與特定感覺相關的記憶。

  4. 認知和學習:感覺信息的處理有助于認知和學習,幫助我們理解新知識、適應新環境,并通過感覺體驗來加深對事物的認識。

  5. 保護和適應:感覺信息的處理幫助我們保護身體免受潛在危險,并適應外部環境的變化,使我們能夠更好地生存和生活。

綜合來看,感覺信息在大腦中的處理對于我們感知、理解、行為反應、情感、記憶、認知和學習等方面具有重要意義,幫助我們與外部世界進行互動、適應環境并維持生存。

在運動系統方面,除了軀體運動和聲音,大腦還協調和控制許多其他運動,比如眼球運動使我們能夠注視、追蹤和聚焦視覺對象;比如消化運動,大腦通過神經系統調節消化器官的運動,促進食物消化和吸收。

這些運動和功能的協調和控制離不開大腦的協同工作,幫助我們保持身體平衡、適應環境并維持生存和健康。

大腦的結構與體系

人腦由端腦小腦間腦腦干組成,而大腦皮層就是端腦的一部分,也就是處于表面的那一層。


(圖片左邊對應人類軀體正面,右邊對應背面)

腦干:腦干是連接大腦與脊髓的部分,位于顱腔的最底部。它負責控制許多基本的生理功能,包括呼吸、心臟跳動和消化。腦干也是信息傳遞的重要通道,將大腦發送的信號傳輸到身體的其他部分。

小腦:小腦位于腦干后面,主要負責協調運動、平衡和姿勢。它通過接收來自感覺系統的信息,幫助我們保持身體的穩定性和精確的運動控制。

間腦:間腦位于腦干和大腦的兩個主要部分之間,它包括許多重要的結構,如丘腦和松果體,控制著體溫調節、情緒、睡眠周期和荷爾蒙的分泌。其中間腦中的丘腦是大多數感覺的中轉站,視覺,聽覺,觸覺都是先到丘腦,然后才到大腦皮層。

端腦:大腦通常指的就是端腦,不同資料名稱可能存在差異,其中最重要的結構便是大腦皮層。大腦皮層作為高級神經活動的物質基礎,主要負責思維活動,認知活動等人類高級神經系統功能。

端腦內重要的結構

大腦皮層是端腦最外層的一部分,負責高級認知功能。大腦皮層包含了許多不同的區域,每個區域都有其特定的功能,這些區域可以分為以下幾個主要葉:

額葉:位于大腦前面,負責決策、社交行為和行為控制等。
頂葉:位于大腦頂部,涉及感覺信息的處理,發出運動指令。
顳葉:位于大腦兩側,與聽覺處理、語言理解和記憶有關。
枕葉:位于大腦后面,參與視覺信息的處理和空間認知。

對于端腦,大致可以分為兩部分:灰質部分和白質部分,如圖所示,經過福爾馬林浸泡一段時間后的大腦切片呈現明顯的分層,顏色偏白的白質與顏色偏灰的灰質:

灰質和白質是構成人類大腦和脊髓的兩種主要類型的神經組織。

  1. 灰質:灰質主要由神經細胞體和神經膠質細胞組成,呈灰白色。在大腦皮層中,灰質主要分布在外側,形成大腦皮層的外表面。在脊髓中,灰質則呈蝶形分布,包圍著中央的脊髓管。灰質是神經元的主要工作區域,負責信息處理和決策。

  2. 白質:白質主要由神經纖維(軸突)和神經膠質細胞組成,呈白色。白質主要位于大腦皮質下方和脊髓的外部,形成神經元之間的連接通路。白質在傳遞神經信號和信息傳遞中起著關鍵作用,促進不同腦區域之間的通信和協調。

灰質和白質的組合構成了大腦和脊髓復雜的神經網絡,使其能夠執行各種認知和生理功能。這兩種類型的神經組織在大腦和脊髓中相互配合,共同確保身體的正常運作和思維活動。

對于不同大腦皮層區域之間的信號交流,主要是通過端腦深處的白質進行交互的,此種信息傳輸模式也很利于不同腦區的功能相互調用和協同合作,而這也是當前(2024)人工智能框架所不能比的地方之一。

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