人类交互4 感觉输入和运动输出

人类感觉系统概述

人类感觉系统是由多个感觉器官和神经系统组成,负责感知外部世界的各种刺激和信息。人类感觉系统包括以下几个主要部分:

  1. 视觉系统:视觉系统由眼睛、视神经和大脑视觉皮层组成,负责感知光线、颜色和形状,使我们能够看到和理解周围的世界。

  2. 听觉系统:听觉系统由耳朵、听神经和大脑听觉皮层组成,负责感知声音和声音频率,使我们能够听到声音并理解语言和音乐。

  3. 触觉系统:触觉系统通过皮肤中的感受器,包括压力感受器、温度感受器和痛觉感受器,帮助我们感知外部物体的形状、质地和温度。

  4. 味觉系统:味觉系统由舌头上的味蕾和相关神经组成,负责感知食物的味道,包括甜、酸、苦、咸和鲜。

  5. 嗅觉系统:嗅觉系统由鼻腔内的嗅毛和相关神经组成,负责感知气味,帮助我们辨别不同的气味和香味。

这些感觉系统通过感觉器官接收外部刺激,并将信息传递到大脑中相应的感觉皮层进行处理和解读,让我们能够感知和理解外部世界的各种感觉信息。

关于触觉系统里面,其实包含触觉,痛觉,热觉等皮肤感觉,但是为了方便研究,我们将皮肤有关感觉都统称为触觉。

如果对一段较长的时间进行统计,大脑处理各种信息的比例是存在差异的。一般来说,视觉信息处理是最多的,其次是听觉信息,然后才是触觉,最后为味觉和嗅觉。如果要给一个具体的信息处理比例,可能是这样的(不一定精确,仅供参考):视觉信息占比55%,听觉信息占比25%,触觉信息占比15%,嗅觉味觉仅占比5%。

所以,如果能够理解和分析明白视觉,听觉,触觉,那么基本上人类的感觉系统的原理已经解析完毕了。但是很遗憾,直到现在(2024),我们虽然知道很多关于人类感觉的知识,但更多的还是未知。毕竟人类物种的形成,存在着生物至少几亿年的发展底蕴,如果不借助仿生技术进行模仿与创新,光靠人类自身的尝试,人工智能技术很难短时间赶上这么深厚的进化底蕴。

如果同时了解当前知道的生物神经网络和当前发展的人工神经网络,就会发现哪些炒作当前(2024)人工智能已经存在意识的言论,是多么不负责任。未来人工智能存在自主思维与创造能力是必然的,但是技术发展成熟的时间是未知的。不过可以肯定的是,当前深度学习框架需要更多智能的架构迭代,才能具有自主思维与创造的高级能力。

也许,一切的答案早已隐藏在生物神经网络中,正等待着我们去探索…

人类的输入与输出

如果把人类自身比作一台计算机,那么输入主要为:视觉,听觉,触觉,味觉和触觉。至于输出,主要在两方面:运动和记忆。当信息进入大脑处理后,一般造成两种输出,第一种就是明显的运动输出,包括躯体肌肉运动和声音的发出等;第二种就是记忆变化,也就是处理的信息改变了大脑的生物神经网络状态,形成了关键的记忆。除此之外还有其他的输入输出,比如激素调节等等,这些目前不是我们关注的重点。

视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉等感觉信息在进入大脑后,经过相应的感觉皮层进行处理和解读,具有以下重要意义:

  1. 感知和理解外部世界:大脑的感觉皮层负责处理各种感觉信息,使我们能够感知和理解外部世界的光线、声音、触觉、味道和气味等感觉信息。

  2. 协调和控制行为反应:感觉信息的处理帮助大脑协调和控制行为反应,使我们能够做出适当的动作和反应,如避开危险、寻找食物等。

  3. 情感和记忆形成:感觉信息的处理与情感和记忆形成密切相关,不同的感觉刺激可能引起不同的情绪反应,同时也有助于形成与特定感觉相关的记忆。

  4. 认知和学习:感觉信息的处理有助于认知和学习,帮助我们理解新知识、适应新环境,并通过感觉体验来加深对事物的认识。

  5. 保护和适应:感觉信息的处理帮助我们保护身体免受潜在危险,并适应外部环境的变化,使我们能够更好地生存和生活。

综合来看,感觉信息在大脑中的处理对于我们感知、理解、行为反应、情感、记忆、认知和学习等方面具有重要意义,帮助我们与外部世界进行互动、适应环境并维持生存。

在运动系统方面,除了躯体运动和声音,大脑还协调和控制许多其他运动,比如眼球运动使我们能够注视、追踪和聚焦视觉对象;比如消化运动,大脑通过神经系统调节消化器官的运动,促进食物消化和吸收。

这些运动和功能的协调和控制离不开大脑的协同工作,帮助我们保持身体平衡、适应环境并维持生存和健康。

大脑的结构与体系

人脑由端脑小脑间脑脑干组成,而大脑皮层就是端脑的一部分,也就是处于表面的那一层。


(图片左边对应人类躯体正面,右边对应背面)

脑干:脑干是连接大脑与脊髓的部分,位于颅腔的最底部。它负责控制许多基本的生理功能,包括呼吸、心脏跳动和消化。脑干也是信息传递的重要通道,将大脑发送的信号传输到身体的其他部分。

小脑:小脑位于脑干后面,主要负责协调运动、平衡和姿势。它通过接收来自感觉系统的信息,帮助我们保持身体的稳定性和精确的运动控制。

间脑:间脑位于脑干和大脑的两个主要部分之间,它包括许多重要的结构,如丘脑和松果体,控制着体温调节、情绪、睡眠周期和荷尔蒙的分泌。其中间脑中的丘脑是大多数感觉的中转站,视觉,听觉,触觉都是先到丘脑,然后才到大脑皮层。

端脑:大脑通常指的就是端脑,不同资料名称可能存在差异,其中最重要的结构便是大脑皮层。大脑皮层作为高级神经活动的物质基础,主要负责思维活动,认知活动等人类高级神经系统功能。

端脑内重要的结构

大脑皮层是端脑最外层的一部分,负责高级认知功能。大脑皮层包含了许多不同的区域,每个区域都有其特定的功能,这些区域可以分为以下几个主要叶:

额叶:位于大脑前面,负责决策、社交行为和行为控制等。
顶叶:位于大脑顶部,涉及感觉信息的处理,发出运动指令。
颞叶:位于大脑两侧,与听觉处理、语言理解和记忆有关。
枕叶:位于大脑后面,参与视觉信息的处理和空间认知。

对于端脑,大致可以分为两部分:灰质部分和白质部分,如图所示,经过福尔马林浸泡一段时间后的大脑切片呈现明显的分层,颜色偏白的白质与颜色偏灰的灰质:

灰质和白质是构成人类大脑和脊髓的两种主要类型的神经组织。

  1. 灰质:灰质主要由神经细胞体和神经胶质细胞组成,呈灰白色。在大脑皮层中,灰质主要分布在外侧,形成大脑皮层的外表面。在脊髓中,灰质则呈蝶形分布,包围着中央的脊髓管。灰质是神经元的主要工作区域,负责信息处理和决策。

  2. 白质:白质主要由神经纤维(轴突)和神经胶质细胞组成,呈白色。白质主要位于大脑皮质下方和脊髓的外部,形成神经元之间的连接通路。白质在传递神经信号和信息传递中起着关键作用,促进不同脑区域之间的通信和协调。

灰质和白质的组合构成了大脑和脊髓复杂的神经网络,使其能够执行各种认知和生理功能。这两种类型的神经组织在大脑和脊髓中相互配合,共同确保身体的正常运作和思维活动。

对于不同大脑皮层区域之间的信号交流,主要是通过端脑深处的白质进行交互的,此种信息传输模式也很利于不同脑区的功能相互调用和协同合作,而这也是当前(2024)人工智能框架所不能比的地方之一。

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