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采用SPSS19.0统计软件。计量数据以珋x±s表示,组间比较采用t检验;计数资料使用百分比表示,数据资料对比使用χ2检验,不符合正态分布的资料采用非参数秩和检验。P≤0.05为差异有统计学意义。
2结果
2.1两组腕管正中神经横截面积比较观察组与对照组正中神经横截面积桡尺关节平面分别为(0.10±0.02)、(0.06±0.01)cm2,豌豆骨平面分别为(0.15±0.03)、(0.08±0.02)cm2,钩骨钩平面分别为(0.12±0.02)、(0.06±0.02)cm2,两组比较,P均<0.01。
2.2不同病情程度腕管综合征患者腕横韧带厚度、正中神经扁平率比较轻、中、重度腕管综合征患者钩骨钩平面腕横韧带厚度分别为(0.40±0.02)、(0.43±0.03)、(0.46±0.03)cm,正中神经扁平率分别为3.32%±0.43%、3.47%±0.23%、3.69%±0.12%,轻、中、重度间比较,P均<0.05;轻、中、重度腕管综合征患者豌豆骨平面腕横韧带厚度分别为(0.30±0.02)、(0.36±0.06)、(0.40±0.03)cm,正中神经扁平率分别为2.87%±0.34%、3.12%±0.43%、3.33%±0.11%,轻、中、重度间比较,P均<0.05。
3讨论
腕管是一个狭窄坚韧的骨纤维性隧道,位于腕部腹侧腕横韧带与背侧腕骨间的一个解剖间隙,缺乏伸展性和对压力的缓冲作用。正中神经在管道位置表浅,故腕管容积的减少或内容物体积的增大均可致正中神经卡压,造成腕管综合征。腕管综合征是外周神经病变之一,正中神经在腕管内受压是引起该病的主要原因[3]。传统腕管综合征的诊断主要通过电生理检查患者肢感觉、运动功能等,但电生理检查的局限性是只能评价正中神经功能状况,不能反映正中神经的形态学变化,且电生理检查存在有创性、无法提示神经卡压的原因等缺点[4]。因此可能造成假阴性结果,使患者不能得到有效治疗,病情加重;另外,由于在进行电生理检查时实际操作测量过程中的误差、解剖变异及患者自身生理学因素的影响,常出现诊断结果与临床检查不一致。临床要求采用更精确、更方便、更无创性的技术来确诊腕管综合征[5],且临床医生希望在术前能了解正中神经的形态学变化。超声诊断仪的发展及使用,为腕管综合征诊断提供了直观的声像图,有利于制定合适的手术方案[6]。
目前,有关超声定量分析腕管综合征患者腕横韧带改变的报道很少,超声诊断腕管综合征主要测量参数有正中神经在腕管入口和出口平面横截面积、膨胀率和屈肌支持带厚度等[7]。本研究通过对比腕管综合征患者与健康者在超声诊断中正中神经横截面积变化,发现腕管综合征患者正中神经在桡尺关节、豌豆骨、钩骨钩平面的横截面积均明显增大,说明正中神经肿胀增粗。已有研究[8]证实,腕管综合征高频超声最特异的声像图改变是正中神经在腕部呈弥漫或局限性肿胀、回声减低,在腕屈肌支持带的近端明显增宽。研究[9]认为,腕管综合征正中神经肿胀在超声声像图上表现为神经厚度增加,面积增大,定量评价神经卡压综合征患者神经干的粗细变化,横截面积更加可靠。均与本研究结果一致。
进一步说明腕管综合征患者在正中神经横截面积有明显异常。因正中神经是紧贴腕横韧带深面通过,通过测定腕横韧带增厚程度可间接反映正中神经受压程度。通过测算正中神经扁平率可反映正中神经变形程度。本研究结果还显示,重度腕管综合征患者在钩骨钩平面与豌豆骨平面的腕横韧带厚度和正中神经扁平率均明显高于中度和轻度者,中度腕管综合征患者在钩骨钩平面与豌豆骨平面的腕横韧带厚度和正中神经扁平率均明显高于轻度者,说明随着病情加重,正中神经受压变形严重。
英文名称:Chinese Journal of Neuroanatomy
主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国解剖学会
出版周期:双月刊
出版地址:陕西省西安市
语
种:双语
开
本:大16开
国际刊号:1000-7547
国内刊号:61-1061/R
邮发代号:52-214
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1985
期刊收录:
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
联系方式
教学效果评价包括两方面,调查问卷和考试成绩,考试内容只包括神经系统部分,为了保证试题的客观性,由未参加此次研究的教师来命题。题型包括客观题(A1型:单选题;A2型:多项选择题)和主观题(名词解释,简答题和论述题)。统计分析应用SPSS17.0统计软件进行统计学分析,计量资料以(±s)表示,两组间比较采用t检验,以P<0.05为差异有显著性意义。
2.结果
2.1问卷调查结果
我们对实验班的班级学生发放调查问卷,一共发放61份,实际收回61份,收回率为100%。根据对调查问卷的统计分析,结果表明大部分学生认为PBL结合多媒体技术教学法有助于神经系统解剖学教学。
2.2成绩比较及分析
在简答题、论述题和总成绩的得分两组均有显著性差异(P<0.05)。而在单项选择题、多项选择题和名词解释题的得分两组没有显著性差异(P=0.965、0.602、0.448)。实验班中,总成绩不及格者仅占9.84%(6/61),总成绩优秀者(≥80分)占4.92%(3/61)。而在对照班中,总成绩不及格者占29.03%(18/62),总成绩优秀者(≥80分)占0.00%(0/62)。
3.讨论
通过对2013级临床医学专业部分班级的系统解剖学的神经系统部分采用PBL结合多媒体技术教学法表明,PBL与多媒体技术相结合的教学法明显优于传统教学法。因此我们认为在神经系统解剖学教学中积极开展PBL结合多媒体技术教学法具有积极意义。
3.1PBL教学法的优点
PBL教学法是一种以问题为核心,通过启发式、自学式和交互讨论式教学,这种教学模式可以充分调动了学生学习的积极性和主观能动性;同时这种教学模式既培养了学生的独立思考问题和分析及解决问题的能力,培养了学生的创造性思维。在课堂的发言过程中,为学生提供一个自由发挥的空间,学生积极思维,大胆发言,互相提问,除了锻炼了语言表达能力及综合分析能力,同时也培养了学生团结友爱,相互学习和相互合作的精神,从而使学生综合能力得到全面的提高。教学过程中,不但学生的各方面能力得到了提高,同时作为教师在整个过程中也得到提高。教师在课前充分准备,查阅各种文献、书籍以及相关的临床资料,精心挑选有讨论价值的病案,教师的理论水平得到提高。在组织学生讨论的过程中,通过总结学生对所学知识的理解掌握的程度,对日后的教学工作有借鉴作用,同时教师驾驭课堂能力也得到提高。
3.2多媒体技术在教学实施过程中的优点
Stress, Neurotransmitters,
and Hormones
Neuroendocrine and Genetic Mechanisms
2008,570pp.
Paperback
ISBN: 9781573316927
Blackwell
Richard Kvetnansky 等编
本论文集主题是压力、神经递质和激素,其内容体现了东西方学者关于压力的生物基础的最前沿的探索。以往有关压力的书往往在个体或者群体的水平上,使用定性的方法,根据个体与社会环境的交互作用,来推断压力的来源,阐述其对个体生活的影响,对压力的缓解提出建议并给出可操作性方法。而本论文集则是在分子水平上,使用实验室精确定量研究的方法,从多个角度探讨压力的生物基础以及在分子水平上压力对个体的影响。对一些前沿课题,比如包括压力对基因表达的影响、抑郁症的病因的分子基础、因压力导致的神经元的活动等等都给出了试探性的答案。
该论文集分成九个专题。第一个专题介绍了压力反应的功能神经解剖学,探讨了因压力而导致的腹内侧弓状核内神经元的激活、急性和慢性压力下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)的边缘系统调节,及压力导致的大鼠酪氨酸羟化酶基因表达的变化等方面。第二专题涉及压力状态下的脑单胺和神经肽,介绍了急慢性压力源的效应和大小鼠促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)抑郁水平测试、与焦虑和紧张行为相关的中枢神经肽Y、α 2肾上腺素受体刺激条件下BB鼠视上核中催产素神经元的活性等。第三个专题是压力状态下的神经内分泌调节和适应,内容涵盖慢性压力和个体的易感性、个体的防御性策略行为、社会心理压力与一些腺体分泌的关系等。第四个专题是对交感神经元认识。这个部分收录两篇论文,一个关于压力的计算机模型的研究;另一个是关于慢性压力如何与高脂肪或高糖食品共同通过交感神经系统来影响神经肽Y并导致肥胖症和代谢综合症的研究。第五个专题是压力状态下神经递质酶的分子遗传学。读者可以了解肾上腺激素对于压力的反应、压力状态下一些基因表达的调节等。研究对象包括人和动物。第六个专题涉及压力状态下心脏功能的转录调节。在第七个专题中收录了10篇文章,主要研究压力激素受体。第八专题是关于压力及其发展。探讨了孕晚期HPA轴压力反应水平降低的机制、与性别有关的HPA轴调整,以及出生后早期的BB鼠内肾上腺髓质系统对于压力的反应。第九专题收录了17篇文章,主要围绕压力导致的神经递质和激素系统的临床研究。
该论文集适合研究定向的读者群,包括从事心理健康的生物基础的科研人员和相关的医务人员,以及探讨神经递质和激素如何与压力相互作用的生物学研究人员。
王葵,博士生
(中国科学院心理学研究所)
1.1药学心理学具有更加广泛的专业知识药学心理学必须掌握相关专业药学知识外,还包括神经病学,精神病学,心理障碍,药物滥用,儿科及老年心理学等方面的专业知识。药学心理学专业的课程包括6个领域:神经药理学,毒理学,社会行为药学,包括研究和诊断中所应用的评估方法,药代动力学,药物化学和药剂学。这些涉及到3大知识体系。
1.2生物学知识心理学药师必须对神经系统解剖学,病理生理学,生物化学等专业知识有所了解,必须掌握神经解剖学,神经生理学以及神经药理学知识。
1.3物理学和化学知识一些心理疾病的评估技术和物理疗法需要物理学的先进知识和实践,包括神经递质及其代谢产地的测量,受体结合的鉴定,疾病状态的体表标志,脑波记录,大脑成像技术和电惊厥的技术等也是心理学药师必须熟练掌握的知识。另外,还必须掌握有机化学和药物化学的知识。
1.4行为科学行为科学知识对药学心理学的实践是非常必要的。它包括药物治疗技术,环境和心理社会压力,心理学测试等知识及在诊断疾病和评估效果时采用的评价方法等。同时,对心理学药师来说沟通也是非常必要的,因为他们必须把药物信息传递给患者和其他专业人员,提高患者的认知,减少患者用药时的抵制心理,提高患者对药物治疗的依从性,从而增加药物治疗的有效性。
2心理学药师的专业能力构成
作为一名心理学药师必须具有全面的专业知识,交流沟通能力以及综合技能。包括:①根据基础药学知识,如精神药理学,药动学,药效学等,制定合理的治疗方案和判定治疗结果的能力。②获取及传递患者的医疗数据有效信息的技能。③使用计算机检索工具,获得新知识信息的能力。④分析和评价药学文献的能力,确定其合理性。⑤评估患者身体状况的能力。⑥有效沟通的能力。⑦能熟悉与临床研究有关的法律和伦理学问题的能力,以及论文写作能力。
3心理学药师的作用
在不同的岗位以及对不同的患者,心理学药师的责任各不相同。但主要作用有以下几个方面:①以精神病理学和药理学为基础,收集相关患者的临床数据加以解释,并对其的诊断与治疗提出自己的意见及建议。②对相关医学,药学文献进行评估,综合整理出确实可行的治疗方案。③对患者及其家属提供相关药物治疗的教育和专业咨询,加强沟通,以增加患者用药依从性。药师良好的形体素质可发挥治疗的暗示效应.。整洁的环境、良好的形象、贴切的语言、专业的动作神态能够拉近药患双方的心理距离,赢得患者的信任,积极肯定的语言能够提高患者的康复信心,有效提高患者的依从性,改善患者的身心反应过程。④开展临床查房,与治疗体系的相关人员进行药物治疗的有效沟通,设计更为安全有效的治疗方案。⑤从事学术交流,更好的为患者服务。
4结论
1.1药学心理学具有更加广泛的专业知识
药学心理学必须掌握相关专业药学知识外,还包括神经病学,精神病学,心理障碍,药物滥用,儿科及老年心理学等方面的专业知识。药学心理学专业的课程包括6个领域:神经药理学,毒理学,社会行为药学,包括研究和诊断中所应用的评估方法,药代动力学,药物化学和药剂学。这些涉及到3大知识体系。心理学药师必须对神经系统解剖学,病理生理学,生物化学等专业知识有所了解,必须掌握神经解剖学,神经生理学以及神经药理学知识。
1.2物理学和化学知识
一些心理疾病的评估技术和物理疗法需要物理学的先进知识和实践,包括神经递质及其代谢产地的测量,受体结合的鉴定,疾病状态的体表标志,脑波记录,大脑成像技术和电惊厥的技术等也是心理学药师必须熟练掌握的知识。另外,还必须掌握有机化学和药物化学的知识。
1.3行为科学行为科学知识
对药学心理学的实践是非常必要的。它包括药物治疗技术,环境和心理社会压力,心理学测试等知识及在诊断疾病和评估效果时采用的评价方法等。同时,对心理学药师来说沟通也是非常必要的,因为他们必须把药物信息传递给患者和其他专业人员,提高患者的认知,减少患者用药时的抵制心理,提高患者对药物治疗的依从性,从而增加药物治疗的有效性。
2心理学药师的专业能力构成
作为一名心理学药师必须具有全面的专业知识,交流沟通能力以及综合技能。包括:①根据基础药学知识,如精神药理学,药动学,药效学等,制定合理的治疗方案和判定治疗结果的能力。②获取及传递患者的医疗数据有效信息的技能。③使用计算机检索工具,获得新知识信息的能力。④分析和评价药学文献的能力,确定其合理性。⑤评估患者身体状况的能力。⑥有效沟通的能力。⑦能熟悉与临床研究有关的法律和伦理学问题的能力,以及论文写作能力。
3心理学药师的作用
在不同的岗位以及对不同的患者,心理学药师的责任各不相同。但主要作用有以下几个方面:①以精神病理学和药理学为基础,收集相关患者的临床数据加以解释,并对其的诊断与治疗提出自己的意见及建议。②对相关医学,药学文献进行评估,综合整理出确实可行的治疗方案。③对患者及其家属提供相关药物治疗的教育和专业咨询,加强沟通,以增加患者用药依从性。药师良好的形体素质可发挥治疗的暗示效应.。整洁的环境、良好的形象、贴切的语言、专业的动作神态能够拉近药患双方的心理距离,赢得患者的信任,积极肯定的语言能够提高患者的康复信心,有效提高患者的依从性,改善患者的身心反应过程。④开展临床查房,与治疗体系的相关人员进行药物治疗的有效沟通,设计更为安全有效的治疗方案。⑤从事学术交流,更好的为患者服务。
4结论
关键词:双斑蟋尾须腹末神经节
1、引言
1.1神经投射的研究历史和现状
近年来对昆虫神经系统的研究发展较快,国内外学者应用许多染色方法对昆虫进行形态组织学的观察。一般应用的材料有2种――荧光着色剂、金属盐和酶。我国常用的染色方法为Nissl染色和苏木精-伊红染色法简称HE染色法。前者是用碱性染料对神经组织进行染色的一种方法。神经元胞浆含有核糖核酸,并以Nissl小体形式存在;细胞核则不同,其中染色质较少,故染色浅。本研究继续研究尾须感受器传入神经纤维腹末神经节的投射并可以清晰的观察出其轴突走向。
2、材料和方法
尾须神经节投射的组织学研究应用氯化镍逆行染色和银增感染色法。
(1)氯化镍逆行染色
为了研究双斑蟋尾须脑神经元的分布及形态,对其腹末神经节进行氯化镍逆行染色。具体方法如下:解剖双斑蟋,将蟋蟀肢翅剪断,用剪刀将背部剪开,露出腹末神经后,将要染色的神经束剪断。神经束的切断,使用特别的小剪刀,小心剪断。要使被染色的神经数减少,在神经束的基部用玻璃微电极的尖端多次刺入,使通过神经束的部分神经轴突切断。把细塑料小管尖端熔化弄弯并用刀片削成斜坡状,保证小管中空,用1 mL注射器将管内注满氯化镍染色液。使装满氯化镍的塑料小管尖端与虫体保持一定的距离,将一端剥离的神经索末梢用玻璃钩搭在塑料小管的尖端有染液的部分,用锡纸包裹剩余神经索及脑神经节,以便减少神经节水分的蒸发和防止染液污染神经节表面,影响对神经元的观察;塑料管的另一端用橡皮泥固定于蜡盘的边缘,使其固定不动。为了防止神经节干燥,将制作完的标本放在大塑料盒内,在塑料盒内装少量水,并用大烧杯罩住以便减少蒸发。在室温下将上述实验完后的解剖皿放入底部放生湿纸的大盘上,再盖上盖,放入冰箱中(4℃),放置一个晚上后,或在室温约15℃条件下放置3-8小时后将标本取出,需要进行染色、固定、脱水、透明取出离子液管,将断端附近用昆虫生理盐水冲洗。
管中的液体用口吹气使之排出,残余液体用水洗净,待下次使用。将多余的神经束切掉,将神经节分离取出,移到放有昆虫生理盐水的瓶内。实体显微镜下,滴入数滴氯化钴溶液。边晃动液体边在显微镜下观察。直到发色适合为止,大约10-15分钟。随后用系列酒精(70%,80%,90%,100%)脱水分别10分钟。然后放入水杨酸甲酯中透明,透明后将标本放置于显微镜下,对其神经节内部神经的分布及走行情况进行观察及绘图。
2.1课题探究的意义
本实验通过从外部形态、扫描电镜的超显微结构观察和行为学实验以及神经逆行染色等多种实验技术对双斑蟋的尾须感器系统进行比较系统和深入的探究,并结合近年来对双斑蟋触角等其他器官感受器的研究成果,更全面的揭示双斑蟋感受器结构特点。
《一个很酷的朋友》
企鹅出版社
1938年创立的美国凯迪克大奖被誉为最具权威的绘本奖,著名插画家戴维·斯莫尔曾两度获得该奖项。这本《一个很酷的朋友》是让戴维2012年第三次获得凯迪克殊荣的最新力作。书中充满活力的精致线条、令人目炫的奇妙视角、忍俊不禁的情节安排,让小朋友们爱不释手、百读不厌!想要一只小企鹅做宠物吗?那么一定不要错过这个精彩的故事!
Houghton Mifflin出版
合作伙件:当当网童书频道
我们的最爱书
《象与骑象人》
推荐人:朱正欧(Parents主编)乔纳森·海特著浙江人民出版社喜欢这本书,可以帮我们更好地认识自己。一是里面有大量实验案例,二是其理论观点不仅涉及西方从古至今的心理学,还随时引入对孔孟、佛陀理论的解析。书里引用普鲁斯特的话:“真正的旅程……不是造访异地,而是通过别人的眼睛来看这个世界。”我想还可以加上:通过别人的思考来看自己。
《宝宝越玩越聪明的游戏》
推荐人:赵丹(Parents读者)
药志胜 著 河北科技出版社女儿出生以来,我们就一直致力于给她一个宽松优良的环境,这本书集合了0~3岁宝宝的各类游戏,并且按照每三个月为一个阶段,推荐适合宝宝的智力开发、情感培养、语言能力、动作训练和习惯养成五个方面的游戏互动活动。我跟宝爸尽量按照要求来给女儿有意识的练习,感觉效果很好呢。
妈妈书屋
《与孩子共享自然》
约瑟夫·克奈尔 著
中国城市出版社
自1979年出版以来被不断地补充与修订,为各国的环保组织以及广大读者奉为“自然教育圣经”,并荣登美国“1890年以来,出版的15部最具影响力的儿童自然读物”榜单。书中包括约瑟夫多年来在辅导孩子“体验自然”的过程中收集和创作的50个游戏,快带孩子们出去玩儿吧!
《迈向健康的教育》
米凯拉·格洛克勒等著
天津出版传媒集团Parents的读者一定对“华德福”这三个字并不陌生,华德福教育倡导的是关注心灵的教育,或者说,是身、心、灵全面发展的教育。这本书收集了十几位权威的华德福教育专家、学者及资深华德福教师撰写的20篇关于教育的论文,对于想要深度了解华德福教育的父母来说,是份珍贵的参考资料。
《关键教养报告关于孩子的新思考》
波·布朗森等著
鞠躬,著名医学专家,第四军医大学神经生物学教研室主任及中国人民神经科学研究所所长,是我国现代神经解剖学奠基人之一。1991年当选为中国科学院院士。他是一位土生土长的科学家,一辈子仅在瑞典进修了8个月,美国进修了6个月。他第一作者或通讯作者发表的在SCI论文,至2008年底被他引3600余次,曾应邀赴国外15个国家51所院校做学术报告60次。2002年曾应邀出席诺贝尔奖颁奖典礼。
他对研究生的培养非常严格,特别着重两个方面。入学伊始就对研究生进行科学道德教育。科研道德不轨有三类:捏造(Fabrication)、篡改(Falsification)和剽窃(Plagiarism),凡不轨者一经发现立即开除,不再给一次机会,因为诚实是科学家的道德底线,超越此底线者不配做科学家。其次是强调“科学面前人人平等”。西班牙有一位神经科学家,Santiago Ramón i Cajal,1906年获诺贝尔生理学或医学奖。他写了一本《对青年科学研究者的忠告》,第一条就是“勿对权威过分崇拜”。 鞠躬对研究生说,“崇拜权威并不错,‘过分崇拜’是指把权威的言论作为判断正理的标准。科学只承认事实和逻辑,不承认权威。你我在科学面前是平等的,不必,也不应该唯我的意见是从。对我的实验设计或结论,如有异议,可以公开地和我有根有据地争论,只要有理,正确, 我接受你的意见并据此修改。凡是能这样做的,我认为是有出息的研究生。” “科学面前人人平等” 已成为他科研团队的风气。
脊髓损伤主要由交通事故、坍塌等的挤压、高处下坠等造成,其治疗是两个世纪以来的难题,严重者终身残疾,如我国的桑兰、美国的超人等,而其发生率又很高,美国每年有1,2000 起,我国每年60.000起(不完全资料),但无有效的治疗。因其重要性,近十几年来,他集中精力研究究脊髓损伤修复。最近他提出了脊髓挫伤早期神经外科手术的新概念并付诸临床实践,取得了突破性疗效,30例全瘫患者经治疗后全部获得了一定的步行功能。在伤后4 - 14天期间手术效果最好,是最佳手术时间窗。在此手术窗内接受手术的患者70%可借拐杖或更好地步行,31%可无需任何支撑自由走行!此手术还需做大量提高疗效、分析机制等的研究,但脊髓挫伤治疗的基本原则已解决。
他有两条用于自律的座右铭,一条是:“科学家的生命在于不断地更上一层楼的追求”。这是在他1991年当选为科学院院士后(当时称学部委员),同事戏言:老鞠,院士是最高学术荣誉,到头了。他立即写了上述的一条。
另一条是他感到他有很多不足之处,但有不少长期未改的,乃写了“痛己之不足”,并注:一个人认识自己的不足不太困难,唯有感痛才能有进步。
周先举,南京医科大学附属常州二院神经疾病研究室主任和药物临床试验机构办主任,研究员、博士生导师、神经内科医师。长期从事神经科学研究,积极开展重复经颅磁刺激技术的基础研究和临床。在美国获得过美国心脏协会中风基金资助;自美国归来后,获得过国家自然科学基金面上项目、江苏省“六大人才高峰”项目、南京医科大学科技发展基金重点项目以及常州市科技支撑项目等。2014年被评为“江苏特聘医学专家”。
龙城常州,市二院阳湖院区内,有一座约400平方米与国际接轨的神经疾病研究室,里面有各式先进的实验仪器设备。在这里,周先举正率领着他的团队努力地工作着。能建立一个以理论研究为基础、结合教学与临床应用的开放式平台,为本院、本地区培养与国内外接轨的医学人才,为患者提供更加优质的医疗服务。这是周先举一直以来的一个梦想,而常州市第二人民医院给了他这样一个宽广的舞台,让他的梦想落了地。
“梦想一直支撑我走到现在”
周先举从年少时就是一个拥有人文情怀的人。正是由于当年村子里生病的人很多,让他产生了要学医治病救人的想法。1989年顺利地考取了苏州医学院,使他悬壶济世的理想起航。五年的大学生涯,周先举除了深入钻研专业书之外,还广泛阅读了很多心理学以及哲学方面的书籍。那时医学院开设“神经生物学”的课程,促使他对探索人的大脑奥秘产生了极其浓厚的兴趣。
有科学家论证:兴趣是一个人积极探究事物的原动力,它能使观察更加敏锐,记忆得到加强,想像力更加丰富,克服困难的意志力无比坚韧。只有浓厚的兴趣才是人们不惧艰难坚持下去的动力,也只有这样才最终会走向成功。周先举正是如此。大学毕业后毅然留校做了七年的老师,在这期间,他探索人脑奥秘的欲求越来越强烈,广泛涉猎了神经科学相关的领域,尤其是神经解剖学、神经生理学和神经生物化学,打下了坚实的神经科学理论基础。为了更高的追求,他坚定报考了有着“中国神经科学一面旗帜”美称的中国神经科学研究所,在那里接受国际一流的神经生物学博士学位训练。据周先举回忆,那段学习生涯对他的科研人生产生了极其深远和重要的影响。在这样一个国际化的平台,无论是从学术上还是从眼界的开阔上,都算得上他人生中一个里程碑。
后来周先举又先后到美国的圣路易斯华盛顿大学和密歇根州立大学深造,并且最后两年还担任了密歇根州立大学的助理教授。又是一个七年!这七年的美国生涯可以算是周先举科研人生上的一个加油站,让他在独立思想的建立以及科学见识的拓展上提升到了一个新的、前所未有的高度。更为可贵的是,在这个阶段,他敢于向学术权威理论挑战。
带着在美国对大脑可塑性和神经疾病的研究所得,周先举选择了回到祖国,并没有什么豪言壮语,他内心只是想能以务实的精神,能将一身所学为更多的国人服务,踏踏实实地做些事情就够了。在周先举看来,科学终究只是一种工具,最终是为人的幸福服务的。医学更是如此,目的就是通过促进人们的健康,从而追求幸福的生活。
拥有深厚的科研基础、多年的丰富教学经历、迅速积累的临床医学经验以及对国际行业前沿的敏锐感知,如何将自己的才智得以充分发挥,能够把临床、科研、教学紧密结合在一起找到一个切入点,不仅能够造福更多病人,而且培养更多高层次的医学人才,走一条属于自己的崭新道路。这是周先举回国之后一直执着探索和追求的。
无创性脑刺激:让更多脑病患者找到福音
作为一个医学方面的专家,周先举回到国内之后发现,国民的经济收入和生活水准都有了日新月异的飞速提高,但同时伴随着生活方式的改变,人民的身体素质让人堪忧,尤其是神经疾病进入到了一个高发阶段。随着我国人口老龄化的到来,脑疾病的发病率呈逐年显著上升趋势。统计局最新公布资料显示,2014年常州市65岁以上老年人口52.33万人,占常住人口的11.1%,比2013年上升了0.5个百分点。随之而来的是,脑血管病、帕金森症、老年性痴呆、脑损伤、慢性疼痛等神经疾病发病率的大幅增加。由于大脑负责思维、记忆、意志及行为,神经疾病往往造成病人心智功能下降,最终影响到日常的生活,给患者及其家庭带来巨大的痛苦和经济负担。据预测,未来30年我国将是世界上患有神经精神疾病人数最多且增长速度最快的国家。全球每4个神经精神患者之中就有一个中国人,严峻的形势更凸显出脑功能的后期康复的重要性。
为此,周先举决定结合自身学科背景,以基础理论研究为支撑和切入点,广泛地与国内外先进机构建立合作和培训关系,建立经颅磁刺激技术恢复神经功能转化医学研究中心,推动重复经颅磁刺激技术临床研究以及临床应用。
重复经颅磁刺激(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS),是一种大脑皮质的无创性磁场刺激技术,是近来迅速发展的一种无痛、无创伤、安全、有效且操作方便的诊断和治疗方法,可用于治疗脑梗塞后遗症(瘫痪、失语、吞咽困难等)、帕金森病、老年性痴呆等常见神经疾病,因而将有着很好的临床应用前景。因其无痛、非创伤性,实现人类一直以来的梦想――虚拟地损毁大脑探索脑功能及高级认知功能。与PET、FMRI、MEG并称为“二十一世纪四大脑科学技术”。
现阶段,rTMS的基础研究明显滞后于临床治疗,因此它的机制研究是一个相对薄弱环节,有待于进一步深入探讨。周先举借助于美国的大脑可塑性和神经疾病的研究背景,利用自己科研优势积极寻找基础应用和临床应用的切入点,大力推动这门技术的基础研究以及临床应用。周先举希望,通过对这项技术的研究可以给长期被脑梗塞后遗症、帕金森病、老年性痴呆、偏头痛、癫痫以及脑脊髓损伤等常见神经疾病困扰的病人带来福音。
周先举曾经见过一位脑中风后的患者,完全忽视自己身体左侧的情况,连穿衣都成问题。经检查,患者视力完全正常,只是中风损伤的右侧顶叶相关的大脑神经元,对左侧的感觉信息加工出现障碍,从而造成了“偏身忽视”。周先举解释说,传统上功能恢复包括理疗、药物、功能锻炼等治疗方式,而重复经颅磁刺激,则直接刺激大脑神经元,改变神经网络的可塑性,最终促使大脑功能恢复,因而治疗脑梗塞后遗症有较好的效果。
每个神经科医生都应该是半个“哲学家”
初到常州二院的时候,周先举还是一个“光杆司令”。他明白现在的社会必须以团队生存,这是大势所趋,所以建立团队和培养人才成为摆在他面前的当务之急。
两年多即将过去了,从当初的单枪匹马到如今一个朝气蓬勃和奋发向上的十多人。周先举带领着这个快速成长的团队,朝着梦想迈进。对待团队成员,周先举展现的是他特有的亲和力和向心力。他明白作为一个团队的核心,想要获取凝聚力,不仅在于自身的学识渊博,更重要的是在品格上让人信服。在大学当老师期间,周先举就表现出这两方面的魅力。他不仅善于教授医学课程,还深受学生的爱戴。如今,周先举对于团队成员给予绝对地信任,一方面给予他们科研方向、工作思路和技术路线的悉心指导;另一方面总是鼓励他们独立思考、自主思维、相互学习和共同提升。或许受到多年的美国文化的熏陶,周先举的团队管理模式很开放式的,尽力创造一种自由的氛围和空间。他在科研上严谨细致,在生活中充满人文关怀,尽量少批评,更多正能量的鼓励,使大家在一种快乐温馨的团队气氛中能充分发掘出每一个人的潜能,激发出更大的创造力。
每周五,研究室的会议室里都会挤满了团队的成员,甚至还有来自其他科室的医生、研究人员以及研究生们。这是周先举团队的一个“例行节目”,他们围桌而坐,或是听周先举讲解科研论文的英文写作,培养科研逻辑思维,或是探讨实际科研中的思路和问题,或是批判式和务虚式地探讨国际著名杂志上已经发表的研究工作。一时间,这小小的会议室就化为任由思维徜徉的海洋。“做科研,缺不了人气,因此我致力于营造一种学术气氛,就是为了打造一支医学人才梯队队伍”周先举如是说。回国两年来,他以第一作者或者通讯作者亲自撰写10篇SCI论文,同时辅助其它科室发表数以10篇SCI论文,涉及到医学各个领域,充分展示他深厚的医学科研基础和写作功底以及广博的医学知识。相信因此他日后会做出更大的成绩。
周先举所讲的内容往往会让在场的听众彻底颠覆传统观念。比如在现实生活中,人们往往会觉得医学和科学关系紧密,而似乎并不相关于哲学。但从青年时间就饱读哲学书籍的周先举并不这么认为。他首先从什么是疾病、什么是医学这些最基础的概念引出话题,阐述了医学是以人为目的,并且最终以幸福为最终目标。紧接着在阐述医学和科学的关系时,周博士继续向大家介绍科学是推动医学发展的巨大力量,医学在日益寻求科学依据的过程中形成了循证医学、转化医学和精准医学等。但是仅仅依靠科学是不能解决所有的医学问题的,所以必须强调哲学在医学中的重要地位。周先举的观点主张医学哲学,共同产生和来源于生命。因此,未来医学的发展模式理应是全面和综合性的,既要有有形的生理、病理治疗手段,又要有无形的心理、精神治疗方法,从而把医学置于社会、文化、心理、生理和病理的全面来考虑。
周先举甚至得出一个结论:一个优秀的神经科医生到了一定程度,应该是半个“哲学家”。他的这一番“医学中的科学和哲学”的论题,其实就是要让大家明白从事医务工作,不仅仅要具有专业技能,而且要具备以人为本,处处为病人着想的职业操守。周先举实际上是回国后以非常优异的成绩取得职业医生执照的。由于坚实的医学基础和科研能力、浓厚的人文关怀、不断学习创新的能力以及良好的沟通能力,他目前在临床实践中得心应手。他致力于临床、科研和教学的真正结合,是一个难得的复合型人才。此时他正实现好科学家、好医生和好老师于一身的梦想。
在人才培养方面,周先举言传身教,将自己的经验倾囊而出,期待能培养出一批能和国内外行业前沿接轨的优秀医学人才。他认为,想成为一个优秀的科研工作者要具有至少以下几点素质:
目前“生理心理学”课程教学远没有达到应有的效果。本课程的总学时为40学时,理论课程32学时,实验课程8学时,课程内容多、信息量大,很多学生反映“生理心理学”课程理论性强,枯燥难懂,尤其是对生物知识缺乏的文科生来说更加难懂。由于实验设备缺乏和实验学时少的原因,学生在具体实验的实际操作上能力较弱,不易掌握实验设计方法。同时,学生学习的主动性、积极性很弱,原因是他们觉得本课程内容离现实生活很远,内容过于抽象,很难找到学习的意义,学习模式变成了机械背诵。究其原因,主要是因为教学内容和教学方法两个方面存在着不足。
(一)教学内容陈旧
目前“生理心理学”的教材为沈政主编的《生理心理学》[3],内容翔实,但缺乏先进性和系统性,原来的课程大纲为如下内容:神经系统的形态学、神经细胞的生物电现象及产生机制、生物信号的传递机制、感觉的生理心理学、知觉的生理心理学、注意的生理心理学、学习和记忆的神经生物学、语言和思维的脑机制、情绪的生理心理学、睡眠与生物钟、性生理心理学、人格的生理心理学问题。教材内容很多、缺乏系统性,而北京林业大学心理学专业的学生近一半是文科生,他们的生物基础相对较差,要求在32学时内理解和消化本课程的知识存在着一定的困难。同时,实验内容也存在着问题:实验课为8学时,时间较短,加上实验受设备的限制(大脑最新的结构模型、生物实验条件的缺乏等),有些实验无法演示和进行,导致学生在实验操作技能上训练不够,很难让学生体验到实验的深度,从而影响了学生对实验的兴趣。
(二)教学模式有“三轻”
目前“生理心理学”课程的教学模式有“三轻”:第一,重讲授、轻研讨,教学方法主要以教师的讲授为主,学生缺乏参与性的思考和讨论;第二,重知识、轻思考,教师授课侧重于各种心理过程的生理和脑机制的介绍,缺乏系统性、前沿性和逻辑性的思考,也缺乏与其他心理学课程的联结;第三,重机制、轻应用,教师侧重介绍心理活动的生理和脑机制,而缺乏用应用机制解释生活中的心理现象。
“生理心理学”的课程建设
(一)教学目标的定位
生理心理学在心理学体系中属于一门综合性学科,它着重研究心理现象和行为产生的生理过程,与神经生理学、神经解剖学、生物化学、精神药物学、神经病学及行为遗传学等有着密切的联系。然而随着心理科学、生物学、神经科学和新技术的发展,本学科已超越了传统生理心理学方法,突显出其自身与多学科交叉的发展特点和趋势[4]。目前,生理心理学的目的在于整合临近学科的研究成果来揭示心理现象和行为而产生的大脑结构和大脑运作机制,随着研究技术的突破即脑成像技术的发展与应用,使得人们的心理活动过程中大脑功能的变换能够被直观地“看到”,这项技术的发展促成了新学科“认知神经科学”的产生,其研究方法和研究成果已渗透应用到心理学的各个领域,如认知心理学、管理心理学、教育心理学、咨询与临床心理学等。本课程教学目标有3点。①理论知识的讲授:通过理论知识的讲授,使学生了解和掌握生理心理学的基础理论及最新的发展方向;通过生理心理学实验课的操作和观摩学习,使得学生理解生理心理学实验的基本研究方法和技术。通过科研实践学习进一步巩固生理心理学的基础理论知识,并训练学生的实践技能和科学思维。②科学思维的培养:课程教授过程中,通过制作文献卡,讨论最新的研究成果报告,培养学生科学的思维方式,以及批判和创新的精神。③科学素质的培养:教师要注重培养学生严肃的科研态度、严谨的科研思路以及实事求是的科研作风;在培养学生独立思考与解决问题能力的同时,还要提倡有共同兴趣和目标的学生组成科研小组,培养团队合作精神,一起客观地对事物进行观察、讨论和分析,培养学生的创新能力。
(二)课程建设的步骤
第一,应建立课程教学的内容模块。教师可以借鉴国内外优秀的教材,整合性地建构本课程的理论知识体系。第二,重新建立考试模式,更新现有的试题库,使得新的试题库既能满足本科教学,同时又能满足研究生入学考试的需要。第三,要增加期中考核环节,因为理论知识的内容很多,分阶段考核对于提高学生的积极性和增强知识的稳固性有所帮助。第四,可以运用网络教学的交流平台,增强教师与学生的互动,加强学生对教学内容的细化与理解。第五,应增加文献卡制作和报告环节,要求学生查阅最新的生理心理学研究论文(尤其是脑成像技术的应用),按不同研究领域分成小组,做报告,从而提升学生的科研思维能力。
(三)课程内容的改革
生理心理学理论知识模块的建构,应以系统性、应用性和前沿性为原则,逐步确定教学内容体系。教师要有针对性地选择教材、更新教学内容。笔者在对比和参阅国内外优秀教材时,发现NeilR.Car-son教授主编的《生理心理学》第六版被美国众多高校采用,近几年也逐渐为国内高校所采用,是世界上最经典的生理心理学教材之一[5]。笔者参考该教材将课程内容按照从低级到高级、从微观到宏观的顺序分为5个模块:第一部分为基础知识模块(神经系统和细胞的基础及功能、精神药理学以及研究方法);第二部分为输入模块(感觉和知觉系统);第三部分为“动机或本能”的生理机制(睡眠、生殖、情绪和摄食行为);第四部分为学习和言语交流模块;第五部分为神经学和心理障碍模块。首先,模块间的逻辑关系是按照从低级到高级的顺序描述心理现象和行为的生理机制,这保证了课程内容的系统性。其次,课程内容将整合神经科学和生理心理学近年来的最新研究成果,这样才能跟进国际最新的研究进展,保证了教学内容的先进性。再次,课程内容应与生活实际联系紧密,每章内容都以案例形式导入,结束时给出相关障碍的生物学病因和研究成果,而且第五部分的模块涉及各类神经系统失调和心理障碍的生理因素,这对于学生来说具有实用性的意义,可以提高学生的学习兴趣。最后,教师应在教学中不断观察学生的学习状态,并征求学生的反馈意见和建议,再对内容体系进行修正和补充,将讲授者的教育方式与学习者的需要更好地进行整合。综上所述,重新建构后的教学内容在理论系统性、学科发展前沿性及实践应用性方面都得到一定程度的改善。林文娟曾对国内外生理心理学研究进展进行概述,反复提到生理心理学的研究正密切关注21世纪最令人关注的心理卫生课题———各类心理疾病的基础研究[4],其中涉及的心理应激、精神疾病、抑郁症、成瘾问题研究成果可以与第五部分教学模块相结合。认知、情绪、学习记忆等多学科的研究成果则可以与高级心理过程的模块相结合。而林文娟在概述中提出中国生理心理学发展方向应集中在行为与脑的关系和心身关系的研究上,关注心理行为因素影响健康的生理状态的机制,这将使得生理心理学与心身健康、与生活拉近了距离,使课程的理论知识教学变得更为人性化,从而使学生更容易接受理论知识,也会对生理心理学更有兴趣。目前有许多生理心理学研究成果正应用于各个领域,如周芸将生理心理学研究成果运用在人才选拔工作中[6],以激素水平学说为依据,阐述了性激素对性格与能力的影响及激素知识在人才选拔中的具体应用。此类研究能激发学生对激素理论知识学习的兴趣,且了解自身激素水平对于认识自己的个性、规划今后的职业生涯更具有指导意义。此外,生理心理学的研究方法也被广泛应用,如心理测试技术和脑电波心理测试技术在测谎技术中的应用,有学者将这两种技术的优点和不足进行了详细的分析和概述[7]。这部分的研究对于学生来说是理论知识在实验与实践中的具体体现,能加深学生对于生理心理学研究方法的理解与应用,从而增强学生的科研兴趣,在条件允许时便可开展研究活动。
“生理心理学”课程教学方法与手段的改革
以往的“生理心理学”的授课手段只局限于黑板画或挂画等形式,对学生来说动态的生理机制显得抽象、枯燥而不容易理解,教师也是使尽浑身解数却仍讲述不透彻。随着教学硬件的改善,多媒体教室的建设,课堂上的动画、声音等效果都得到了极大的提升。心理学实验室也加强了建设,增添了如生物反馈仪、脑模型等仪器和模型,这些都是教学手段现代化的基础,也是直观教学的重要基础。王立新、李新旺两位学者的教学改革研究都十分重视直观教学,他们的做法有两种:①通过计算机powerpoint、大量图片演示使得大脑及工作原理图文并茂[2],并在实验课中辅以教学录像;②将抽象的知识通过图片和归纳的表格呈现出来[1]。其目的一方面是使学生在理解和记忆课程内容上变得容易些,另一方面由于教学内容直观形象也更能激发学生的学习动机和兴趣。参考这个思路,笔者在教学实践中首先是将直观教学的材料搜集起来(主要以Discovery和BBC系列节目的记录片为主),按照课程的5个模块进行归类,一一与教案对应。如:①基础模块有《裂脑人的行为实验》《爱因斯坦大脑结构解析》;②感知觉模块有《BBC人类感官系列:听觉、味觉、视觉、触觉》;③学习与语言模块有《BBC记忆的实现》《BBC语言机制》;④动机与本能的生理机制模块有BBC的《梦研究的最新发现》《犯罪与大脑结构关系》《神经递质与爱》;⑤心理障碍模块有《Discovery大脑迷思》《BBC多动症livingwithADHD》《BBC纪录片:恐惧症》。其次,重新整理知识讲授的思路,改变之前“重知识、轻思考”的模式,将各个知识点用图示的方式呈现其逻辑关系,并将生理心理学的知识点与其他心理学领域相联系。如教材内容呈现的思路是:以案例引出问题生理基础研究方法经典实验生理机制现实应用,这样就使得内容上直观而具有系统性、逻辑性,对于学生理解抽象的大脑神经通路、大脑运作机制有很大帮助,不仅增加了学生对该课程的兴趣,也提高了教学效果。直观教学的方式还能在很大程度上缓解学时不足和教学内容更新的问题,因为该方式能呈现更大的信息量。再次,教师在有效运用现代化教学手段的同时,为了更好地达到教学目标,还需要关注教与学两个主体。以往的教学模式是重讲授、轻研讨,意味着以教师讲学生听为主,降低了学生学习的主动性。因此,为了提升学生的参与性与主动性,需要加强研讨的环节,尤其在重点和难点的环节让学生也参与到心理活动的大脑运作机制系统直观图示的绘制中,增强学生对知识的接收与理解,培养学生分析问题、解决问题的能力。
关键词:神经网络;VC维;数据挖掘
中图分类号:TP183文献标识码:A文章编号:1009-3044(2008)30-0710-02
A Review of the Research and Development of the Artificial Neural Nets
WANG Hui
(Xinjiang Petroleum Institute,Urumqi 830000,China)
Abstract: This paper reviews the history and the current situation of the theory of neural nets. It discusses two aspects: the Vapnik-Chervonenkis dimension calculation and the data mining in neural nets. It also touches upon such research areas as calculation theory, methods and application of neural nets.
Key words: neural nets;Vapnik-Chervonenkis dimension;Data Mining
1 引言
本世纪初,科学家们就一直探究大脑构筑函数和思维运行机理。特别是近二十年来。对大脑有关的感觉器官的仿生做了不少工作,人脑含有数亿个神经元,并以特殊的复杂形式组成在一起,它能够在计算某些问题(如难以用数学描述或非确定性问题等)时,比目前最快的计算机还要快许多倍。大脑的信号传导速度要比电子元件的信号传导要慢百万倍,然而,大脑的信息处理速度比电子元件的处理速度快许多倍,因此科学家推测大脑的信息处理方式和思维方式是非常复杂的,是一个复杂并行信息处理系统。1943年McCulloch和Pitts结合了神经生理学和数理逻辑的研究描述了一个神经网络的逻辑演算。他们的神经元模型假定遵循一种所谓“有或无”(all-or-none)规则。如果如此简单的神经元数目足够多和适当设置突触连接并且同步操作,McCulloch和Pitts证明这样构成的网络原则上可以计算任何可计算的函数,这标志着神经网络学科的诞生。
2 发展历史及现状
2.1 人工神经网络理论的形成
早在40年代初,神经解剖学、神经生理学、心理学以及人脑神经元的电生理的研究等都富有成果。其中,神经生物学家McCulloch提倡数字化具有特别意义。他与青年数学家Pitts合作[1],从人脑信息处理观点出发,采用数理模型的方法研究了脑细胞的动作和结构及其生物神经元的一些基本生理特性,他们提出了第一个神经计算模型,即神经元的阈值元件模型,简称MP模型,他们主要贡献在于结点的并行计算能力很强,为计算神经行为的某此方面提供了可能性,从而开创了神经网络的研究。50年代初,神经网络理论具备了初步模拟实验的条件。Rochester,Holland与IBM公司的研究人员合作,他们通过网络吸取经验来调节强度,以这种方式模拟Hebb的学习规则,在IBM701计算机上运行,取得了成功,几乎有大脑的处理风格。但最大规模的模拟神经网络也只有1000个神经元,而每个神经元又只有16个结合点。再往下做试验,便受到计算机的限制。人工智能的另一个主要创始人Minsky于1954年对神经系统如何能够学习进行了研究,并把这种想法写入他的博士论文中,后来他对Rosenblatt建立的感知器(Perceptron)的学习模型作了深入分析。
2.2 第一阶段的研究与发展
1958年计算机科学家Rosenblatt基于MP模型,增加了学习机制,推广了MP模型。他证明了两层感知器能够将输入分为两类,假如这两种类型是线性并可分,也就是一个超平面能将输入空间分割,其感知器收敛定理:输入和输出层之间的权重的调节正比于计算输出值与期望输出之差。他提出的感知器模型,首次把神经网络理论付诸工程实现。1960年Widrow和Hoff提出了自适应线性元件ADACINE网络模型,是一种连续取值的线性网络,主要用于自适应系统。他们研究了一定条件下输入为线性可分问题,期望响应与计算响应的误差可能搜索到全局最小值,网络经过训练抵消通信中的回波和噪声,它还可应用在天气预报方面。这是第一个对实际问题起作用的神经网络。可以说,他们对分段线性网络的训练有一定作用,是自适应控制的理论基础。Widrow等人在70年代,以此为基础扩充了ADALINE的学习能力,80年代他们得到了一种多层学习算法。
Holland于1960年在基因遗传算法及选择问题的数学方法分析和基本理论的研究中,建立了遗传算法理论。遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的高度并行、随机、自适应搜索算法,从而开拓了神经网络理论的一个新的研究方向。1976年Grossberg提出自适应共振理论(ART),这是感知器较完善的模型,即superrised学习方式。本质上说,仍是一种unsuperrised学习方式。随后,他与Carpenter一起研究ART网络,它有两种结构ART1和ART2,能够识别或分类任意多个复杂的二元输入图像,其学习过程有自组织和自稳定的特征,一般认为它是一种先进的学习模型。另外还有Werbos提出的BP理论以及提出的反向传播原理;Fukushima 提出了视觉图象识别的Neocognitron模型这些研究成果坚定的神经网络理论的继续研究。
2.3 第二次研究的阶段
Hopfield于1982年至1986年提出了神经网络集体运算功能的理论框架,随后,引起许多学者研究Hopfield 网络的热潮,对它作改进、提高、补充、变形等,至今仍在进行,推动了神经网络的发展。1983年Kirkpatrick等人先认识到模拟退火算法可应用于NP完全组合优化问题的求解。这种思想最早是由Metropolis等人在1953年提出的,即固体热平衡问题,通过模拟高温物体退火过程的方法,来找全局最优或近似全局最优,并给出了算法的接受准则。这是一种很有效的近似算法。1984年Hinton等人提出了Boltzmann机模型,借用统计物理学中的概念和方法,引入了模拟退火方法,可用于设计分类和学习算法方面,并首次表明多层网络是可训练的。Sejnowski于1986年对它进行了改进,提出了高阶Boltzmann机和快速退火等。
1986年Rumelhart和McClelland 合著的Parallel Distributed Processing: Exploratio n in the Microstructures of Cognition两卷书出版,对神经网络的进展起了极大的推动作用。它展示了PDP研究集团的最高水平,包括了物理学、数学、分子生物学、神经科学、心理学和计算机科学等许多相关学科的著名学者从不同研究方向或领域取得的成果。他们建立了并行分布处理理论,主要致力于认知的微观研究。尤其是,Rumelhart提出了多层网络Back-Propagation法或称Error Propagation法,这就是后来著名的BP算法。
2.4 新发展阶段
90年代以来,人们较多地关注非线性系统的控制问题,通过神经网络方法来解决这类问题已取得了突出的成果,它是一个重要的研究领域。1990年Narendra和Parthasarathy提出了一种推广的动态神经网络系统及其连接权的学习算法,它可表示非线性特性,增强了鲁棒性。他们给出了一种新的辨识与控制方案,以multilayer网络与recarrent网络统一的模型描述非线性动态系统,并提出了动态BP 参数在线调节方法。尤其是进化计算的概念在1992年形成,促进了这一理论的发展。1993年诞生了国际性杂志Evolutionary Computation。近几年它成为一个热点研究领域。1993年Yip和Pao提出了一种带区域指引的进化模拟退火算法,他们将进化策略引入区域指引,它经过选优过程,最终达到求解问题的目的。
从上述各个阶段发展轨迹来看,神经网络理论有更强的数学性质和生物学特征,尤其是神经科学、心理学和认识科学等方面提出一些重大问题,是向神经网络理论研究的新挑战,因而也是它发展的最大机会。90年代神经网络理论日益变得更加外向,注视着自身与科学技术之间的相互作用,不断产生具有重要意义的概念和方法,并形成良好的工具。
3 神经网络的发展趋势
3.1 神经网络VC维计算
神经计算技术已经在很多领域得到了成功的应用,但由于缺少一个统一的理论框架,经验性成分相当高。最近十年里,很多研究者都力图在一个统一的框架下来考虑学习与泛化的问题 。PAC(Probably Approximately Correct)学习模型就是这样一个框架。作为PAC学习的核心以及学习系统学习能力的度量,VC维(Vapnik-Chervonenkis dimension)在确定神经网络的容量(capacity)、泛化能力(generalization)、训练集规模等的关系上有重要作用。如果可以计算出神经网络的VC维,则我们可以估计出要训练该网络所需的训练集规模;反之,在给定一个训练集以及最大近似误差时,可以确定所需要的网络结构。
Anthony将VC维定义为:设F为一个从n维向量集X到{0, 1}的函数族,则F的VC维为X的子集E的最大元素数,其中E满足:对于任意S?哿E,总存在函数fs ∈F,使得当x ∈ S时fs(x) =1,x?埸S但x∈E时fs(x) =0。
VC维可作为函数族F复杂度的度量,它是一个自然数,其值有可能为无穷大,它表示无论以何种组合方式出现均可被函数族F正确划分为两类的向量个数的最大值。对于实函数族,可定义相应的指示函数族,该指示函数族的VC维即为原实函数族的VC维。
3.2 基于神经网络的数据挖掘
1996年,Fayyad、Piatetsky-Shapiro和Smyth对KDD(Knowledge Discovery from Databases)和数据挖掘的关系进行了阐述。但是,随着该领域研究的发展,研究者们目前趋向于认为KDD和数据挖掘具有相同的含义,即认为数据挖掘就是从大型数据库的数据中提取人们感兴趣的知识。
数据挖掘的困难主要存在于三个方面:首先,巨量数据集的性质往往非常复杂,非线性、时序性与噪音普遍存在;其次,数据分析的目标具有多样性,而复杂目标无论在表述还是在处理上均与领域知识有关;第三,在复杂目标下,对巨量数据集的分析,目前还没有现成的且满足可计算条件的一般性理论与方法。在早期工作中,研究者们主要是将符号型机器学习方法与数据库技术相结合,但由于真实世界的数据关系相当复杂,非线性程度相当高,而且普遍存在着噪音数据,因此这些方法在很多场合都不适用。如果能将神经计算技术用于数据挖掘,将可望借助神经网络的非线性处理能力和容噪能力,较好地解决这一问题。
4 结束语
经过半个多世纪的研究,神经计算目前已成为一门日趋成熟,应用面日趋广泛的学科。本文对神经计算的研究现状和发展趋势进行了综述,主要介绍了神经网络VC维计算、基于神经网络的数据挖掘领域的相关研究成果。需要指出的是,除了上述内容之外,神经计算中还有很多值得深入研究的重要领域,例如:与符号学习相结合的混合学习方法的研究;脉冲神经网络(Pulsed Neural Networks)的研究;循环神经网络(Recurrent Neural Networks)的研究等;神经网络与遗传算法、人工生命的结合;支持向量机(Support Vector Machine)的研究;神经网络的并行、硬件实现;容错神经网络的研究。
参考文献:
[1] McCulloch W S, Pitts W. A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity, Bulletin of Mathematical Biophysics, 1943.
[2] N.维纳著,郝季仁译,控制论,科学出版,1985.
[3] Von Neumann J. The General and Logical Theory of Automata, Cerebral Mechanisms in Behavior; The Hixon Sympsium, 1951.
[4] Hebb D O. The Organization of Behavior, New York:Wiley, 1949.
[5] 陈世福,陈兆乾. 人工智能与知识工程[M]. 南京: 南京大学出版社,1998.
[6] Simon Haykin.神经网络原理[M].机械工业出版社(第二版),2004.