【AI学习笔记2】人类视觉、听觉与嗅觉神经系统 The nervous system in vision, hearing, and smell

人类视觉、听觉与嗅觉神经系统 The nervous system in vision, hearing, and smell

 

一、人类有5种重要的感官系统：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉

There are five important sensory systems in humans: vision, hearing, smell, taste, and touch.【1】

（本文介绍前三种）

 

 

二、人类视觉神经系统 vision：

人眼视觉系统由三大部分链接而成：视网膜（retina）、外侧膝状体（lateral geniculate）、视皮层区域（visual cortex）。

链接这三块区域的是视神经（optic nerve）和视放射（optic radiation），它们都是神经元的轴突（axon）。【2】

 

视网膜（retina）位于眼球后方，负责将传入眼睛的光信号转化为生物电信号，并初步分析后将处理后的生物电信号通过视神经（optic nerve）向外侧膝状体（lateral geniculate）传递。【2】

视网膜十层结构的：自上而下分别是色素上皮层（Retinal pigment epithelium）、视锥视杆细胞层（Rods and cones layer）、外界膜（Outer limiting membrane）、外颗粒层（Outer nuclear layer）、外丛状层（Outer plexiform layer）、内颗粒层（inner nuclear layer）、内丛状层（Inner plexiform layer）、神经节细胞层（Ganglion cell）、神经纤维层（Nerve fibre layer）、内界膜（Inner limiting membrane）。其中负责接受光信号（也就是网络的输入层）的是视锥视杆细胞（感光细胞）层（Rods and cones layer）。

视网膜中由神经元占据的另外两层分别是外侧核状层（Outer nuclear layer）和内侧核状层（Inner nuclear layer）。这三层神经元通过他们相应的树突（dendrite）或轴突（axon）链接形成整体的网络结构。【2】

 

三、人类听觉神经系统 hearing：

人类通过外耳（Outer ear，即耳廓）、中耳（Middle ear）、内耳（Inner ear）听到声音。声音通过鼓膜（Eardrum）【3】

耳蜗管被软组织分成3个充满液体的部分：前庭阶、中阶和鼓阶。中阶和鼓阶之间的隔膜状结构称为基底膜，其上有毛细胞、神经终末等组成的神经感受器。上面有盖膜。【4】

到达内耳的声波使基底膜运动，从而也使柯蒂氏器官（Corti）运动，基底膜的向上运动造成的纤毛倾斜，毛的弯曲诱发一串电活动，导致听神经动作电位的发生。【4】

基底膜的机械振动模式在很大程度上决定了听觉反应的特性。声音振动首先由中耳的听骨链通过卵圆窗传入耳蜗，在前庭阶和鼓阶之间形成机械压力差，使得整个基底膜上下振动。【4】

 

听觉中枢通过多层传导通路，纵跨脑干、中脑、丘脑的大脑皮层，最后将信号传达到大脑引起听觉。【5】

 

 

四、人类嗅觉神经系统 smell：

2004年10月4日，卡罗林斯卡学院诺贝尔大会决定将2004年诺贝尔生理学或医学奖联合授予理查德·阿克塞尔和琳达·巴克，以表彰他们对“气味受体和嗅觉系统组织”的发现。

4 October 2004，The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has decided to award The Nobel Prize in Physiology or Medicine for 2004 jointly to Richard Axel and Linda B. Buck，for their discoveries of “odorant receptors and the organization of the olfactory system”. 【6】

 

气味受体与嗅觉系统组织 Odorant Receptors and the Organization of the Olfactory System

 

人类嗅觉细胞通过组合识别，能够分辨超过10,000种气味。【7】

 

 

人们可以仿照动物嗅觉系统，设计一种三层神经网路，通过识别少数几种化学物质，然后用神经网路加以分类，即可识别多种不同的气味。【8】

 

 

参考文献（References）：

【1】 Visible Body 《视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉：人体如何接收感觉信息》

https://www.visiblebody.com/zh/learn/nervous/five-senses

 

【2】 Phoenixtree_DongZhao 《浅谈人类视觉系统与卷积神经网络(CNN)的联系和区别》

https://blog.csdn.net/u014546828/article/details/106332939

 

【3】 《耳朵構造大解析》

https://hearingcare.psa.org.tw/main_05_info?aid=e791890e776d394a01776d5db2ab0000

 

【4】 明远AI 《听觉神经网络（一）：听觉系统的结构与功能》

https://blog.csdn.net/u011748542/article/details/106086085

 

【5】 《人的听觉系统生理结构（2）——中枢部分》

https://ibillxia.github.io/blog/2012/12/21/human-audio-system-neural-parts/

 

【6】 Nobel Prize Press release

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2004/press-release/

 

【7】 Alila Medical Media

《Olfactory System: Anatomy and Physiology, Pathways, Animation》

https://www.youtube.com/watch?v=wQJbsOWc344

 

【8】 Jordana Cepelewicz 《New AI Strategy Mimics How Brains Learn to Smell》

https://www.quantamagazine.org/new-ai-strategy-mimics-how-brains-learn-to-smell-20180918/