类脑计算课件
高中信息技术浙教版：21类脑计算教学设计
-自我评价：引导学生进行自我反思，总结学习过程中的优点和不足，促进自身成长。
4.教学资源：
-整合网络资源，为学生提供丰富的学习资料和实践案例。
-利用校园实验室、图书馆等资源，为学生创造实践操作和研究的条件。
（三）情感态度与价值观
1.培养学生对脑计算技术的兴趣，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2.强调脑计算技术在服务社会、改善民生等方面的重要作用，提高学生的社会责任感和使命感。
3.通过团队合作、讨论交流等形式，培养学生的团队协作精神和沟通能力，使他们学会尊重他人、倾听意见、共同成长。
4.倡导严谨求实的学术态度，让学生认识到脑计算技术的研究和应用需要遵循科学规律，树立正确的价值观。
高中信息技术浙教版：21类脑计算教学设计
一、教学目标
（一）知识与技能
1.理解脑计算的概念及其在信息技术领域中的应用。学生能够掌握脑计算的基本原理，了解人脑神经元结构与功能，以及脑计算与人工智能的关联。
2.学习21类脑计算方法，包括神经网络、深度学习、模糊逻辑等，并了解各类方法在实际应用中的优势与局限。
-运用任务驱动法，设计具有挑战性和实践性的任务，培养学生的动手能力和创新精神。
-开展小组合作学习，培养学生的团队协作能力和沟通能力。
2.教学过程：
-导入：通过介绍脑计算在生活中的应用实例，引起学生的兴趣，为新课学习做好铺垫。
-新课内容：讲解脑计算的基本原理、方法及其应用，结合实例进行分析，帮助学生深入理解。
3.能够结合具体案例，分析脑计算技术在现实生活中的应用，并提出改进和优化方案。
4.培养学生的团队协作、沟通表达及创新能力。
[医学]类脑计算(0001)
![[医学]类脑计算(0001)](https://img.taocdn.com/s3/m/44203fbe172ded630a1cb638.png)
基于脑连接信息的脑区划分
功能连接
解剖连接
脑网络组图谱在类脑计算中的应用
大脑区域划分
可能应用
布洛卡区与维尼克区
自然语言处理
颞叶视觉皮层 顶叶皮层
复杂图形识别 空间位置信息处理
额叶皮层
在线决策系统
海马及内嗅皮层
时域信息整合与导航
理解脑计算
明确不同尺度脑信息 处理的基本单元
明确脑信息处理 的重要原理和过程
l Learning level: How the system gradually learns to do what it does
l computational level: what does the system do why does it do these things
l algorithmic/representational level: how does the system do what it does
l implementational/physical level: how is the system physically realised
理解脑计算
明确不同尺度脑信息 处理的基本单元
明确脑信息处理 的重要原理和过程
揭示脑功能进化的过 程和原理
理解脑计算
明确不同尺度脑信息 处理的基本单元
明确脑信息处理 的重要原理和过程
明确宏观尺度的基本功能单元：脑网络组图谱
（蒋田仔研究员团队）
传 统 解 剖 学 方 法
标本组织切片现 代 脑 成来自像 方 法活体多模态脑成像
Brodmann's atlas 1909 (52 areas)
JU-Brain(近20年的工作，完成70%，120 areas)
脑神经ppt课件
在人类生活中，感觉神经对于维持正常感 知和认知功能至关重要。
运动神经
运动神经概述
负责将大脑的指令传递给身体 的肌肉，控制身体的运动。
功能特点
确保大脑能够精确地控制身体 的运动，实现各种复杂的动作 和行为。
分类
分为躯体运动神经和内脏运动 神经两类，前者直接控制骨骼 肌的活动，后者调节内脏器官 的活动。
阿尔茨海默病
01
02
03
定义
阿尔茨海默病是一种起病 隐袭、病因未明的原发性 、退行性大脑疾病。
症状
主要表现为记忆力减退、 认知障碍、失语、失认、 失用、执行功能障碍以及 人格和行为改变等。
治疗
目前尚无特效药物治疗阿 尔茨海默病，药物治疗主 要为胆碱酯酶抑制剂和 NMDA受体拮抗剂。
癫痫
定义
癫痫是一种由脑部神经元 异常放电引起的慢性疾病 ，可导致短暂的大脑功能 障碍。
脑卒中可导致偏瘫、偏身感觉障碍 、言语不清、吞咽困难、共济失调 等症状。
治疗
脑卒中的治疗主要包括药物治疗和 康复治疗，药物治疗主要是溶栓治 疗和抗血小板聚集治疗。
06
CATALOGUE
脑神经研究的前沿与展望
脑神经疾病的基因治疗
基因治疗概述
基因治疗是一种通过修改或替换人体内的基因来治疗疾病 的方法。在脑神经疾病领域，基因治疗旨在纠正或补偿因 基因突变或缺失导致的疾病症状。
策略三：康复治疗 康复手段：物理疗法、作业疗法、言语疗法等。
康复目标：改善功能障碍、提高生活质量、促进回归社会等。
脑神经损伤的康复治疗
康复治疗一：物理疗 法
作用机制：促进血液 循环、改善肌肉功能 、缓解疼痛等。
物理疗法种类：电刺 激疗法、超声疗法、 磁疗等。
从人类脑计划到计算神经科学ppt课件
8
1.人类脑计划介绍
“认识脑、保护脑、创造脑”三大目标
人们相信脑科学的研究成果将为人类更好地：
了解自己、 保护自己、 防治脑疾病、 开发大脑潜能 等方面做出重要的贡献。
9
1.人类脑计划介绍
脑的研究正在产生海量的数据
1） 以往有关脑的研究包括神经（解剖、生理、病理、生化、 免疫、电生理、心理）等，已经获得了大量有关动物脑和人脑的 实验数据和研究结果。 2）近年来分子神经生物学研究从基因水平来揭示人脑的奥秘， 先进的基因芯片技术在每秒钟就可以得到大量微观水平上的实验 数据。 3）脑功能成像（fMRI、PET、ERP等）使我们能从活体和 整体水平来研究脑，可以在无创伤条件下了解到人的思维、行为 活动时脑的功能活动。 这些新方法、新技术极大地增强了宏观水 平上的脑研究能力，同时也产生了海量的实验数据。
15
1.人类脑计划介绍
神经信息学在欧洲
欧盟自1999年与美国共同成立USA-EC神经信息学双边合作 组织以来，在全球人类脑计划/神经信息学国际合作中扮演重要 角色，具有很好的工作基础和突出贡献。欧盟委员会近年来坚决 支持其成员国参与OECD-GSF-NI工作组各项活动，并协助美国 建立和完善了国际神经信息学协作组织（INCF），成功争取了 国际神经信息学协作组织主办国地位，并联合欧盟15个成员国投 入科研基金，建立欧洲神经信息学数据库，发行神经信息学SCI 杂志。
13
1.人类脑计划介绍
神经信息学的Байду номын сангаас立和发展
2000年在OECD的科学论坛（GSF）批准下，建立以美国为牵 头国家的神经信息学工作组（OECD-GSF–NI工作组），参加国家 有：美国(组长)、英国、法国、日本、中国等21个成员国或观察员 国。这标志着神经信息学全球合作计划正式启动，其概念已经在国 际范围内得到认可。 2004年4月的OECD-GSF-NI巴黎工作会议上，原OECD-GSFNI工作组更名为国际神经信息学协调委员会(International Neuroinformatics Coordinating Facility，INCF)，负责具体执行新 一轮神经信息学国际合作计划（Program in International Neuroinformatics，PIN）。
类脑计算神经形态计算
? 极点数相同；
? 模拟频率Ω和数字频率ω之间呈线性关系 ω=ΩT；数字滤波
器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应，时域 逼近良好；
?如果模拟滤波器的频率响应不是严格限带，该方法得到数字 滤波器 在频域出现混叠现象 ；不宜用于设计高通和带阻数字滤 波器（高频部分会发生混叠），一般仅适合低通和带通数字滤 波器的设计。
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数字信号处理简明教程
11
Institute of Artificial Intelligence and Robotics, XJTU
1986
冲激响应不变法
的后续项之间的“串扰”
数字信号处理简明教程
16
Institute of Artificial Intelligence and Robotics, XJTU
1986
? 讨论例8.1
由图可看出，由于 H(jΩ) 不严格限带，所以 H(ejω) 产生了频谱混叠失真。
模拟滤波器的频率响应 H(jΩ) 以
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数字信号处理简明教程
18
Institute of Artificial Intelligence and Robotics, XJTU
1986
4、冲激响应不变法特点：
类脑智能 第六组
补充——类脑计算的研究
•
一般地说，类脑计算是指借鉴大脑中进行信息处理的基本规律，在硬 件实现与软件算法等多个层面，对于现有的计算体系与系统做出本质变 革的计算方法。
• 类脑计算的研究大致可以分为神经科学的研究（特别是大脑信息处理基 本原理的研究），类脑计算器件（硬件）的研究和类脑学习与处理算法 （软件）的研究3个方面。
可行性分析
• 对类脑智能而言，其发展前景肯定是现在人脑优于人工智能的领域，比 如感知信息处理、语言理解、人机协同。通过自主学习方式，使机器在 少量样本和人工干预的条件下自主进化到类人智能水平。（举例）
总结
小组成员（排名不分先后）
高楚枫，史柠玮，赵一凡，于佳男，李恺华
国内外现状
• 国内：中国科学院自动化研究所在凝炼全所科研力量的基础上提出了类 脑智能研究战略并于2015年4月成立类脑智能研究中心 清华大学成立类 脑计算研究中心、北京大学成立脑科学与类脑研究中心， 上海交通大学 成立仿脑计算与机器智能研究中心， 厦门大学成立福建省仿脑智能系统 重点实验室。 • 国外：欧盟脑计划、Google公司和Dean公司共同领导的Google Brain 项目。
发展意义（拟解决关键问题）
• 解决系统能耗过高问题。
• 解决目前计算机对于人脑能轻松胜任的认知任务（比如情感、语言及复 杂场景的理解等）无法处理或处理能力低下的问题。
• 总体而言就是使人工智能水平更加接近人脑。
国内外现状
• 国内：中国科学院自动化研究所在凝炼全所科研力量的基础上提出了类 脑智能研究战略并于2015年4月成立类脑智能研究中心 清华大学成立类 脑计算研究中心、北京大学成立脑科学与类脑研究中心， 上海交通大学 成立仿脑计算与机器智能研究中心， 厦门大学成立福建省仿脑智能系统 重点实验室。 • 国外：欧盟脑计划、Google公司和Dean公司共同领导的Google Brain 项目。
解剖脑ppt课件
神经科学的新技术
神经成像技术
利用高分辨率成像技术，如光学显微镜、功能性磁共振成像等， 对大脑结构和功能进行深入研究。
基因编辑技术
利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术，对特定基因进行敲除或插入， 以研究其在脑发育和功能中的作用。
神经调节技术
利用电刺激、光遗传学等技术，对特定脑区进行调节，以治疗神经 系统疾病或改善认知功能。
思考
大脑的前额叶负责抽象思维、判断和 决策，以及问题解决等高级认知功能 。
语言与交流
语言
大脑的语言中枢负责理解、产生和解析语言信息，包括听、说、读、写等方面的 能力。
交流
大脑的社交区域参与人际交往和沟通，通过面部表情、肢体语言和声音语调等方 式传递信息。
04
脑的疾病与健康问题
帕金森病
帕金森病是一种常见的神经系统退行性疾病，主要影响患者的运动能力，表现为肌 肉僵硬、震颤和运动迟缓等症状。
脑损伤
脑损伤是指由于外部创伤导致的 脑部损伤，根据严重程度可分为
轻度、中度、重度脑损伤。
脑损伤的症状取决于损伤的部位 和程度，常见的症状包括头痛、 恶心、呕吐、意识障碍、肢体瘫
痪等。
治疗脑损伤的方法包括手术治疗 、药物治疗和康复治疗等，但治 疗效果因损伤的严重程度和部位
等因素而异。
05
脑的未来研究与展望
运动控制
大脑皮层发出指令，通过神经传 导和肌肉收缩，控制身体的运动 和姿势。
情感与记忆
情感
大脑的情感中心负责处理情感体验和情绪反应，如快乐、悲伤、愤怒等。
记忆
大脑的记忆系统负责存储和回忆过去的经历和事件，包括短期记忆和长期记忆 。
学习与思考
学习
大脑的学习区域通过反复练习和经验 积累，形成新的神经连接，提高认知 能力和技能水平。
手脑速算课件
尊敬的各位家长：大家中午好！今天，为了孩子们的成长，我们走进了学校，一起来关注孩子。
首先，对各位家长能在百忙之中抽出时间来参加这次家长会表示衷心的感谢！转眼间，孩子们升入衔接班已快两个月了。
在各位家长的密切配合下，在各位任课教师的悉心教育下，孩子们各方面均取得了不同程度的进步，班级的工作走向正规。
召开这次家长会的目的是为了加强老师与家长、家长与家长、家长与学生之间的联系，相互交流一下孩子在园及在家的情况，以便老师能够更有针对性的实施教育，更能使家长在家对孩子各方面的辅导，更好教育自己的子女。
我相信，这次家长会一定能够达到预期的效果，也能让你了解孩子们在园学习的内容，做好辅导工作。
一、现场调查：1、你觉得平时你的孩子学习算术难吗？2、你平时是怎样教你的孩子学习算术的（方法）。
二、手脑速算手脑速算的全称是“手脑模拟电脑快速计算技术”。
其原理是：根据电脑的0、1理论，发明的将复杂计算化为简单运算和记数。
手脑速算故名思意，手脑并用，手脑分工，手脑协调，由手到脑，计算是先脑后手，先看脑会不会计算，不会计算在用手算。
该方法通过孩子双手高频率的活动，促进了大脑血液的循环，刺激了大脑细胞的活跃，真正开发了孩子智力水平。
手脑速算学习过程训练了孩子的正向思维，与逆向思维，逻辑性思维，抽象性思维，手脑速算是真正训练孩子的思维体操。
三、手脑速算的特点易学：像学习用电脑键盘计算一样简单易学,幼儿轻松算加减法不忘：该法的训练一个是大脑忆力的训练，另一个是手的灵活性和手对大脑控制精度的训练。
经训练该法形成的是技能，技能一旦掌握，就不会忘记，这就相当于学会了骑自行车，手脑的条件反射一旦形成，就不会忘记。
健体：双手的活动可以促进大脑的血液循环，刺激脑细胞的发育。
该法双手并用，活动的幅度大，频率高。
对儿童来说刺激了大脑细胞的快速发育，对成年人来说刺激了大脑的血液循环。
益智：脑算技术教学大纲指出，脑算可以有效的开发人体的潜能，该法又是通过灵活双手达到快速计算的目的的。
类脑计算
computing)为类脑计算提供了一种新的思路，核心是使用更接近于生物神经工作机制的脉冲神经元(spiking neuron)模型，并且在计算过程中，信息都采用脉冲编码，其硬件实现的芯片在体系结构上也有别于擅长精确数值计算的CPU/GPU。
类脑计算在最近几年引起关注有多方面的原因。
从计算机体系结构的角度，由于传统半导体器件的尺寸逐渐接近其物理极限，摩尔定理难以为继，同时功耗问题也日渐突出，因此，研究人员正寻求新的非传统的计算机体系结构；从智能信息处理的角度，人工智能虽然取得了很大进展，并在许多特定领域得到了广泛应用，但智能程度依然极为有限，与人的智能依然相差甚远，理论与方法上亟待出现新思路与新突破。
作为自然界几十亿年进化的产物，人脑具备许多特点，例如，与芯片需要一个全局时钟频率驱动计算不同，大脑以异步的、事件驱动的方式进行工作；传统计算机的冯·诺伊曼体系结构中，内存与计算是显式分离的，而大脑的记忆与计算是紧密融合在一起的。
这些都促使我们思考，通过对大脑的结构与工作原理进行模仿，是否有可能创造出更省电、更高效、更智能的计算系统？在本期专题中，我们邀请了多名国内外的知名专家撰文，介绍类脑计算领域的最新进展，讨论类脑计算面临的机遇和挑战。
由于篇幅所限，我们以探讨类脑计算中脉冲神经网络(spiking neural networks)软硬件方面的工作为主。
浙江大学副教授顾宗华等撰写的《神经拟态的类脑计算研究》一文从神经拟态的类脑计算的基本思想、发展历史出发，对脉冲神经元建模、脉冲神经网络的训练方法、代表性类脑计算项目、类脑传感器、脑机融合等进行了分析，并讨论了类脑计算的未来发展态势。
类脑计算最终的表现形式是芯片或计算机。
如何在硬件上实现生物神经网络是一个极具挑战性的技术难题。
美国匹兹堡大学副教授陈怡然等撰写的《基于新型纳米器件的类脑计算系统》一文以近年来，类脑计算引起了国内外的广泛关注。
在学术界，欧盟2013年初批准的人脑计划，将类脑计算研究推向一个新的高度；在工业界，以IBM为代表的类脑芯片的研制拉开了类脑计算产品化的序幕。
《智能科学与计算》课件
智能科学与计算是研究智能领域的学科，涵盖了人工智能、机器学习、数据 挖掘等关键领域。
智能科学与计算的定义
技术前沿
研究创造具有智能能力的科学和技术方法。
模拟人类智能
致力于构建能够模拟人类智能的计算机系统和算 法。
跨学科
结合了计算机科学、数学、神经科学等学科的理 论和方法。
智能科学与计算的研究领域
1 机器学习
训练计算机通过经验提高性能，如监督学习 与无监督学习。
2 计算机视觉让计算机理解和解释觉信息，实现图像识 别与物体检测。
3 自然语言处理
研究计算机如何理解和处理人类自然语言， 实现语义分析与智能对话。
4 智能机器人
研发能够感知环境、学习和交互的人工智能 机器人。
智能科学与计算的应用领域
医疗
• 辅助诊断和手术规划 • 智能医疗设备和健康管理 • 药物发现和基因测序
交通
• 自动驾驶和智能交通 • 路径规划和优化 • 交通管理和预测
金融
• 风险评估和欺诈检测 • 量化投资和智能理财 • 信用评分和客户服务
智能科学与计算的挑战与机遇
挑战
技术发展速度快，应用场景复杂多样，面临算法设 计、数据安全和伦理问题。
应对复杂问题
通过计算机技术和算法来解决现实世界中的复杂 和困难问题。
智能科学与计算的发展历史
1
20世纪50年代
人工智能学科的诞生，开始探索机器如
20世纪80年代
2
何模拟人类智能。
机器学习和专家系统的兴起，开创了智
能科学与计算的新纪元。
3
21世纪以来
深度学习、大数据和云计算等技术的进 步，加速了智能科学与计算的发展。
从人类脑计划到计算神经科学ppt课件
1.人类脑计划介绍
目前人类脑计划开展的国际大合作，使用通用数据库，统 一格式、统一标准，将脑的结构和功能、微观和宏观的研究结 果联系起来，绘制出健康和疾病状态下脑的功能、结构、神经 网络、细胞和分子生物学的“图谱”。成员国的科学家们可以 在数据库中进行搜索、比较、分析和整合，并进行数学模拟和 仿真计算，这将十分有利于理论假设的形成和研究者之间的电 子合作，也可以避免不必要的重复性研究。
11
1.人类脑计划介绍
人类脑计划的核心 —— 神经信息学
神经信息学 指 神经科学和信息学相互结合的研究领域。它 是人类脑计划的核心内容。
目 标： 利用信息技术，建立神经信息学数据库。 1） 以便能对不同层次的有关脑的研究数据，进行检索、
比较、分析、整合、建模和仿真，绘制出脑功能、脑结构和神经 网络的图谱；
8
1.人类脑计划介绍
“认识脑、保护脑、创造脑”三大目标
人们相信脑科学的研究成果将为人类更好地： 了解自己、 保护自己、 防治脑疾病、 开发大脑潜能
等方面做出重要的贡献。
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1.人类脑计划介绍
脑的研究正在产生海量的数据
1） 以往有关脑的研究包括神经（解剖、生理、病理、生化、 免疫、电生理、心理）等，已经获得了大量有关动物脑和人脑的 实验数据和研究结果。
掌管着人类每天的语言、思维、感 觉、情绪、运动等高级活动。
6
1.人类脑计划介绍
脑科学的研究热潮正遍布全球
人脑的结构和功能极其复杂，需要从分子、细胞、系统、 全脑和行为等不同层次进行研究和整合，内容极其丰富。
世界各国投入了大量的人力和财力进行专门研究： 美国：1989年，美国在全世界率先推出了全国性的脑科学计 划，并把20世纪的最后十年命名为“脑的十年”。这一举动立 刻得到了国际脑研究组织和许多国际学术组织的响应。美国提 出“脑的十年”计划重点是保护脑，防治脑疾病。
北京小程序开发之类脑计算(类脑人工智能)
类脑计算（类脑人工智能）类脑计算什么是类脑计算？∙类脑计算，是由美国科学家Carver Mead在上世纪80年代末提出的，类脑计算代表这样的一个概念：运用包含虚拟电路的超大规模集成电路系统来模仿在人类神经系统中存在的神经生物构造。
首先，神经科学家们要充分理解人的大脑是怎么样运作的，我们的大脑是何如何用被上千米长的神经纤维连接着的处理单元和神经突触来接收和处理信息的，类脑计算跳脱出原有的计算机模式，开发出能够利用简单、可靠、快速且低能耗运算设备的随机行为的新技术。
∙简单地说就是试图通过模仿或构建人脑生物神经网络来获得“智能”类脑计算和人工智能的关系：类脑计算属于人工智能的一个重要组成部分，它关注的是神经网络方面内容，人工智能属于实际应用，人工智能的很多算法来自于类脑计算。
人工智能流派有一种划分，逻辑主义，连接主义，进化主义。
逻辑主义：传统人工智能基于逻辑推理，他们认为人工智能源于数理逻辑。
连接主义：人工神经网络即类脑计算，他们认为人工智能源于仿生学，特别是对人脑模型的研究。
进化主义：计算智能中以遗传算法，群集智能为核心的一类，他们认为人工智能源于控制论。
具体可参考人工智能学派简介类脑计算的三大特征∙低能耗o人类大脑的耗能量远远低于一台超级计算机的耗能量，一只老鼠的大脑能够以比一个模仿它大脑的计算机模拟系统快9000倍的速度处理信息，而且消耗更低的能量。
∙容错性o如果一个微处理器失去一根晶体管，它就不能用了，然而在人脑中，神经细胞的死亡是持续不断的，但这并不会给人脑带来灾难性的损害。
∙不需要编程o人脑通过和外界的交互，就能够随时学习并且更新升级，不需要依照某个笃定好的模板线性发展。
类脑计算发展至今最成功的案例：深度学习∙深度学习直接把大量的数据投放到算法中，系统就会自动利用这些数据学习、研究。
深度学习中的“训练”与“预测”过程对应的是人类大脑的“归纳”和“推测”过程。
要真正实现强人工智能，必须借鉴人脑的结构和学习思维模式，通过深度学习这样的方法进行模拟，通过仿生学思路实现人工智能的突破。