ニューロンとは、神経細胞のことである。 図2.1 に典型的なニューロンの構造を示す。[3]
ニューロンは本体の細胞体の部分と、 複雑に枝分かれした樹状突起と呼ぶ部分、 同じく本体から1本だけ出ていて末端で多数に枝分かれする軸索と呼ぶ部分の 三つに分けられる。 軸索は細胞体本体からの信号を他のニューロンに 伝える出力用の繊維である。 樹状突起は他のニューロンからの信号を受けとる部分である。
枝分かれした軸索の末端は、 ボタン状の膨らみをつくって他の神経細胞の細胞体や樹状突起に付着している。 この付着した結合部分をシナプスという。 軸索は10ないし数百に分岐しており、 シナプスを介して数多くの細胞につながっている。 また、 １つの細胞が受けるシナプス結合の数は、 数百ないし数千、まれに数万に及ぶ。
通常、ニューロン内部の電位は外部に比べて低い。 しかし、 外部からの入力信号が到着すると、 ある条件のもとでニューロンが興奮し、 内部の電位が突然高くなる。 このときニューロンは発火したといい、 時間幅にして１ミリ秒、電圧にして0.1ボルトほどのパルスが軸索を伝わっていく。 これが他のニューロンに信号として伝わっていく。 樹状突起に他のニューロンからの電気パルスが一つ到達すると、 樹状突起の電位が少し変化する。 樹状突起には、多くのパルスが送られてくるので、 各場所で電圧が少しずつ変動する。 この変動分が本体まで伝わっていき、 そこで総和される。 総和がある閾値を超えたとき、 これが引きがねとなってニューロンが発火する。 また、閾値を超えなければ発火しない。[4]
このパルスによる変動には、正のものと負のものがあり、 それはニューロンの種類によって決まっている。 正であるニューロンを興奮性ニューロンといい、 ここを発したパルスは他のニューロンの樹状突起の電圧を少し上げ、 このニューロンを興奮させようとする。 一方、 負の効果を持つニューロンを抑制性ニューロンといい、 ここを発したパルスは他のニューロンの樹状突起の電圧を下げ、 このニューロンの興奮を抑えようとする。
ニューロンは、 他のニューロンからの信号を受け取り、 それを重みつきの総和 (重みには正負がある) という形で総和し、 その結果発火するかしないかを決める。 これをもとに、 ニューロンのモデル化を行なうことができる。 この際に重要なことは次の二つの側面である。
