无论是运动神经系统，还是脑神经系统，神经元都是其基本单元，信息都是在神经元上产生并先在其自身的不同位置间相互扩散后，才向外扩散、传播的，因此，生物智能的基础和核心是神经元信息产生、发展、扩散以及信息处理问题，这使得研究神经元信息产生、发展、扩散的时空动态过程以及结合该过程的信息处理变得十分必要，也是建立新的智能理论和方法的基础与核心。本书基于作者主持的国家技术发明奖“纳米级精密定位及微操作机器人关键技术”、国家自然科学基金重点项目“基于SEM的纳米器件制造中多机器人操作机理与自主协调控制研究”等一系列项目成果，重点介绍了神经元模型与听觉信息处理的相关理论和技术。全书共10章，分为两部分，第一部分神经元模型，包括：第1章神经元离子通道中的门粒子动力学模型；第2章基于光学点扩散函数的离子通道等效模型；第3章钠、钾离子通道物理等效模型；第4章基于钠、钾离子通道等效模型的神经元膜电势时空动态模型；第5章神经元膜电势增量振荡特性；第6章神经元膜电势时空动态模型的应用。第二部分为听觉处理，包括第7章基于振动理论和听觉机理的耳蜗感知模型；第8章基于振动理论的神经元滤波模型；第9章基于耳蜗感知和神经元滤波的听觉信息处理方法；第10章基于CP-NF方法的听觉信息处理实验。

目录
序
前言
第1章 绪论1
1.1 神经元结构与工作机制2
1.1.1 神经元的工作机制4
1.1.2 神经元模型分类5
1.2 听觉信息处理17
1.2.1 外周听觉系统结构17
1.2.2 听觉学说与耳蜗模型19
1.2.3 听觉滤波器24
1.2.4 神经元滤波27
第一部分 神经元模型
第2章 神经元离子通道中的门粒子动力学模型31
2.1 膜电势产生机理简介31
2.2 随机振动系统与生物门粒子系统的物理等价性33
2.3 基于随机振动系统的门粒子动力学模型35
2.4 仿真实验37
2.4.1 模型的参数选择37
2.4.2 仿真实验结果38
2.4.3 仿真实验结果分析41
2.5 基于膜电势正反馈的门粒子动力学模型的修正方法42
2.5.1 修正方法42
2.5.2 仿真实验结果46
2.5.3 仿真实验结果分析52
第3章 基于光学点扩散函数的离子通道物理等效模型53
3.1 离子通道结构与分类以及离子渗透机理53
3.1.1 离子通道结构53
3.1.2 离子通道分类54
3.1.3 离子渗透机理54
3.2 光学设备记录方法研究膜电势时空（多维）动态过程54
3.3 基于光学的离子通道物理等效模型58
3.3.1 离子通道的两个假设58
3.3.2 离子通道物理等效模型61
3.3.3 两个容易混淆的概念62
3.4 离子通道等效透镜的点扩散函数的建立62
3.5 光学响应指数ξ的计算方法63
3.6 离子通道物理等效模型的参数选择与计算方法64
3.6.1 离子通道等效透镜的直径D0和焦距力的计算方法64
3.6.2 平行光源Op的波长λ的选择66
3.6.3 平行光源Op所产生的脉冲强度It的计算方法66
3.7 仿真实验67
3.7.1 仿真实验结果67
3.7.2 仿真实验结果分析75
第4章 钠、钾离子通道物理等效模型76
4.1 单个钠离子通道物理等效模型76
4.1.1 单个钠离子通道物理等效模型主要参数76
4.1.2 平均膜电势增量对比83
4.2 光学线性叠加原理84
4.3 多钠离子通道物理等效模型与仿真分析85
4.3.1 多钠离子通道物理等效模型85
4.3.2 仿真与结果分析87
4.4 单个钾离子通道物理等效模型90
4.4.1 单个钾离子通道物理等效模型主要参数90
4.4.2 平均膜电势增量对比99
4.5 多钾离子通道物理等效模型与仿真分析101
4.5.1 无相互作用的多钾离子通道物理等效模型101
4.5.2 相互作用的多钾离子通道物理等效模型105
4.5.3 两种形式的多钾离子通道物理等效模型的仿真结果分析108
第5章 基于钠、钾离子通道物理等效模型的神经元膜电势时空动态模型110
5.1 基于多钠、钾离子通道物理等效模型的神经元时空动态模型111
5.1.1 建立神经元膜电势时空动态模型111
5.1.2 开放钠、钾离子通道产生的电势增量扩散距离114
5.2 对比实验116
5.2.1 去极化空间分布对比116
5.2.2 空间总和作用对比118
5.2.3 膜电势产生、发展与消亡的时空动态过程对比119
5.2.4 时间总和对比122
5.3 平均膜电势增量对比实验125
5.3.1 平均膜电势增量计算方法125
5.3.2 对比与结果分析125
5.4 不同刺激电势下的膜电势时空动态过程仿真131
5.5 局部膜电位的时空动态过程仿真134
第6章 神经元膜电势增量振荡特性137
6.1 神经元膜电势振荡137
6.2 基于离子通道物理等效模型的神经元膜电势增量振荡模型139
6.2.1 离子通道物理等效模型的振荡139
6.2.2 建立神经元细胞膜上平均电势增量的振荡模型140
6.3 振荡模型的特性141
6.3.1 平衡点稳定性142
6.3.2 周期解的存在性144
6.3.3 近似周期解147
6.3.4 张弛振荡151
6.3.5 混沌153
6.4 实验验证155
6.4.1 实验参数选择156
6.4.2 单个脉冲振荡对比157
6.4.3 周期振荡对比158
第7章 神经元膜电势时空动态模型的应用160
7.1 神经元膜电势时空动态扩散过程模拟160
7.2 基于神经元膜电势增量振荡模型的信号滤波算法172
7.2.1 建立神经元滤波算法172
7.2.2 生命体征信号滤波178
7.2.3 加速度计、陀螺仪信号滤波182
7.2.4 实验结果分析184
第二部分 听觉信息处理
第8章 神经元信息传递与滤波处理模型及其特性187
8.1 振动理论与神经元信息处理187
8.2 神经元信息传递与滤波处理模型190
8.2.1 突触滤波机理与神经元滤波分析190
8.2.2 模型构建192
8.2.3 模型参数分析197
8.3 模型特性198
8.3.1 信息传递特性198
8.3.2 系统响应特性201
8.3.3 客观性能评价202
8.3.4 实时性206
第9章 基于耳蜗感知和神经元滤波的听觉信息处理方法209
9.1 听觉与耳蜗感知机理209
9.1.1 听觉机理209
9.1.2 耳蜗感知机理209
9.1.3 听神经频率保持机理211
9.2 耳蜗感知模型212
9.2.1 耳蜗感知模型建立212
9.2.2 基底膜等效振动系统214
9.2.3 耳蜗微观力学特性215
9.2.4 耳蜗感知模型数学描述218
9.3 CP-NF听觉信息处理方法219
9.3.1 研究目标219
9.3.2 耳蜗感知信息与神经元滤波响应的相关性条件221
9.3.3 CP-NF方法数学描述223
第10章 CP-NF听觉信息处理方法特性225
10.1 CP-NF听觉信息处理方法参数225
10.1.1 稳定参数条件225
10.1.2 基于基底膜频域响应曲线非对称性的参数选择226
10.1.3 基于基底膜频率分析特性的参数229
10.1.4 基于基底膜频域响应误差修正的参数预处理232
10.1.5 参数确定流程235
10.2 听觉响应一致性236
10.2.1 非线性放大特性237
10.2.2 频域响应特性239
10.2.3 时域响应特性241
10.3 性能评估243
10.3.1 听觉响应一致性比较243
10.3.2 实现复杂度比较245
第11章 CP-NF听觉信息处理方法的应用247
11.1 声音激励响应247
11.1.1 纯音激励248
11.1.2 复合音激励249
11.2 CP-NF听觉滤波器组251
11.2.1 CP-NF听觉滤波器组构建251
11.2.2 CP-NF听觉滤波器组特性252
11.2.3 不同听觉滤波器组对比254
11.3 语音响应257
11.3.1 基音258
11.3.2 语谱图259
11.3.3 共振峰提取260
11.4 声音增强261
11.4.1 低信噪比环境下的声音增强实验261
11.4.2 不同噪声环境下的语音增强265
参考文献274
附录A Fn的详细计算过程289
附录B 对式（7-23）和式（7-24）所描述的重要特性的数学归纳法证明292