目前,智能化已经成为机器人技术发展的主要趋势,因此人工智能研究在机器人发展中有着极为重要的地位,人工智能的发展也成为影响机器人智能化的关键。但目前人工智能研究存在宏观与微观隔离,全局与局部割裂,理论和实际脱节等问题。造成人工智能上述问题的一个主要原因是所采用的研究人工智能的方法脱离了智能由低级(运动)向高级(思维、情绪、心理等)的进化、发展过程,忽略了智能的微观产生机理及其向宏观扩散、传播的过程。因此,由低级智能入手,由简单到复杂,由微观向宏观,由低级智能向高级智能过渡,同时考虑高级智能的逻辑推理、判断、决策以及反射行为机制,建立新的智能理论和方法,是解决机器人智能化目前所面临的问题的有效手段。而要想实现这一目标,需要研究和分析运动神经系统与脑神经系统之间共性特征,以及信息由运动神经系统产生、发展并向脑神经系统扩散、传播的时空动态机理以及脑神经系统的信息向运动神经系统扩散、传播的时空动态特性。　　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。然而,目前已有的神经元模型存在不能描述神经元信息产生、发展、扩散时空动态过程、不能有效整合信息产生的微观机理与神经元信息的宏观现象以及应用性(特别是在信息处理方面的应用)不高等问题,因而很难用于研究神经元信息产生、发展、扩散的时空动态过程以及神经元信息处理。　　针对新的人工智能理论对研究神经元信息产生、发展、扩散的时空动态过程的强烈需求,以及当前神经元模型所存在的问题,结合神经元信息从微观到宏观的时空动态发展过程:刺激→门粒子随机运动→钠离子通道由关闭到开放→细胞膜电势去极化→钾离子通道由关闭到开放→细胞膜电势再极化→膜电势恢复至初始水平→神经元完成一次信息振荡与传播。具体开展如下研究:　　分析了神经元离子通道中门粒子的物理量与随机振动系统中的主要物理量之间的相同性,并基于门粒子的随机运动特性与随机振动系统的振动特性之间的相似性,利用随机振动系统,结合温度、时间、膜电势及其正反馈作用、门粒子塑性对门粒子运动的影响,建立了门粒子动力学模型与离子通道开放概率计算方法,通过离子通道开放概率仿真实验结果与离子通道开放概率电生理实验统计结果对比,验证了门粒子动力学模型是正确的、有效的,从而为建立离子通道光学物理模型提供基础。　　基于光学理论以及光电(电光)效应、热透镜效应、浓度折射效应等物理现象,提出离子浓度差的平行光源假说和离子通道的等效透镜假说。在两个假说的基础上,结合离子通道的物理参数以及门粒子动力学模型计算所得的离子通道开放概率,建立离子通道光学模型。在此基础上,并分别利用生物神经元细胞膜以及离子通道的物理特性,结合光学系统的各个物理量,针对所建立的离子通道光学模型中每个参数进行分析,获得这些参数的严格物理意义与其计算公式,并通过与生物实验结果对比,验证了这些计算公式的正确性和有效性。　　在所建立的离子通道光学模型基础上,结合钠、钾离子通道各自的物理参数,分别建立了单个钠、钾离子通道光学模型,并分别针对钠、钾离子通道的物理特性,获得了单个钠、钾离子通道光学模型中各个物理量的计算公式。在此基础上,分析了多点源溶液扩散与多光源光斑扩散叠加的相同性,利用该相同性以及光学线性叠加原理,结合细胞膜上钠、钾离子通道分布密度,建立了多钠、钾离子通道光学模型,并通过仿真实验与电生理实验、光学设备记录影像对比,验证了所建立的多钠、钾离子通道光学模型的正确性和有效性。　　分析了开放钠、钾离子通道产生的增量对神经元膜电势的延时作用,获得了该延时作用的计算方法,在此基础上,结合多钠、钾离子通道物理等效模型,建立了神经元膜电势时空动态模型。为了验证所建立模型的正确性和有效性,进行了所建模型仿真结果与光学设备记录结果、白鼠背根神经元膜片钳实验结果对比实验,实验结果证明了所建立神经元时空动态模型是正确的和有效的,此外,利用所建立的神经元时空动态模型进行了神经元局部膜电势产生、发展过程的仿真实验,并对实验结果进行了分析,并获得了局部膜电位的产生、发展、扩散的原因与机理。　　通过单个钠、钾离子通道物理等效模型获得光扩散振荡模型,在此基础上,分别根据钠、钾离子通道开放引起的膜电势增量计算方程建立相应的膜电势增量振荡模型,进而根据钠、钾离子通道对膜电势的作用,结合多钠、钾离子通道物理等效模型,建立神经元膜电势增量振荡模型,并针对生物神经元膜电势的单脉冲、周期、混沌以及张弛振荡等输出形式,对所建立的神经元膜电势增量振荡模型进行了稳定性、周期解存在性、近似周期解、张弛振荡以及混沌特性分析,通过与水蛭游泳运动神经元膜片钳实验结果对比验证了所建立的神经元膜电势增量振荡模型的正确性和有效性。　　为了验证所建立的神经元膜电势时空动态模型在实际工程对象中的可应用性,一方面,利用该模型,进行了面积为80μm2神经元胞体(含6400个离子通道)膜电势时空动态模拟的应用实验,并首次获得了高时空分辨率整个胞体膜电势时空动态过程模拟结果,从模拟结果看,该模型能描述神经元膜电势产生、发展、扩散的时空动态过程中的细节特征。另一方面,利用该模型,并结合神经元突触塑性(抑制与刺激),获得一种神经元快速滤波算法,并进行了微小型多任务系统在线多种信号实时快速滤波应用实验,结果显示该神经元滤波算法能实时、高效的处理这些信号。