Симулятор нервной системы. часть 1. простой сумматор

      Комментарии к записи Симулятор нервной системы. часть 1. простой сумматор отключены

Симулятор нервной системы. часть 1. простой сумматор

Здравствуй, я желаю поделиться [пост на geektimes.ru, NNN] собственный работой над созданием совокупности разрешающей моделировать рефлекторные и когнитивные процессы, протекающие в нервной совокупности.
Частично совокупность воплощена в простенькой программе, созданной на игровом движке Unity3D. Это собственного рода симулятор нервной совокупности, благодаря которому вероятно имитировать не только простые рефлексы, но и демонстрировать разные явления в нервной совокупности, такие как привыкание, образование и сенсибилизация условных рефлексов. И вероятно эмулировать временную и долгосрочную память и её консолидацию, эмоции и эмоциональное поведение.

Причем как простые чувства, например, насыщение и голод, так и более сложные, такие как любопытство, ужас либо привязанность. Благодаря совокупности у нас покажется возможность разобраться в предопределении разных областей мозга, в том, как происходит распознавание зрительных образов, как происходит эмоциональная оценка и обучение происходящего.

Я собираюсь рассказать обо всем этом в серии статей и роликов. Первые три статьи посвящены базам, в которых я поведаю о основных составляющих совокупности – нейроэлементах.

Главными элементами совокупности являются – нейроэлементы. Я намеренно избегаю заглавия «нейрон» вследствие того что нейроэлемент не всегда символизирует биологический нейрон, быть может являться в некоторых случаях аналогом некоей части биологического нейрона, а в некоторых и группой нейронов. Но базой для нейроэлемента есть, конечно же, биологический нейрон.

В совокупности возможно выделить три базах вида нейроэлементов: несложный сумматор, модулируемый нейроэлемент и ассоциативный нейроэлемент. Нейроэлементы поделены по сложности, любой следующий нейроэлемент владеет дополнительным рядом особенностей. Такое разделение разрешает лучше осознать принципы работы совокупности и в несложных примерах использовать более простые нейроэлементы.

Самый простой нейроэлемент в совокупности – это несложный сумматор. Это некоторый элемент, что может иметь выходы и входы. Причем в совокупности существует пара типов связей, во-первых, это сигналы от рецепторов, существует блок рецепторов-кнопок, каковые трудятся в настоящем времени.

Во-вторых, нейроэлементы связанны между собой при помощи синапсов.

Синапсы бывают трех типов: синапсы прямого действия (ионотропные), синапсы модулирующего действия (метаботропные) и контактные синапсы (эфапсы). Все эти типы синапсов имеют аналоги в биологической нервной совокупности.

Синапсы прямого действия (а) характеризуются собственной силой (F), которая представлена в совокупности как настоящее число. Символ этого числа показывает на то, какое синапс оказывает воздействие тормозящее либо побудительное.

Все сигналы обрабатываются в настоящем времени, и смогут поступать в нейроэлемент независимо друг от друга, как это происходит в биологическом нейроне. В первую очередь, сигналы синапсов прямого действия поступают в сумматор (б).

Сумматор возможно представить следующим образом, он подобен сосуду, в который планирует все порции медиатора. Но при выделении нейромедиатора в синаптическую щель в биологической нервной совокупности, происходит его постоянная трата. Нейромедиатор в синаптической щели разрушается особым ферментом, он может поглотиться обратно синапсом либо выйти за пределы синаптической щели.

Исходя из этого в отечественном сосуде имеется отверстие, благодаря которому происходить постоянное уменьшение неспециализированной массы нейромедиатора (в). Параметр D характеризующий скорость понижения модуля неспециализированной суммы.

В случае если неспециализированная масса нейромедиатора превысит определённый порог (г), то происходит активация нейроэлемента, но в случае если порции нейромедиатора окажется меньше порога, то со временем его уровень может упасть до никакой активации и нуля не случится.

Для синапсов прямого действия существуют два типа нейромедиаторов: побудительные и тормозящие. В совокупности это определяется знаком силы синапса. И воздействие разных по символу синапсов взаимно нейтрализуются.

Общая сумма возможно отрицательной, тогда будет происходить её увеличение до нуля с установленной скоростью.

При активации нейроэлемента, он входит в состояние активности, в котором он перестает отвечать на внешние сигналы и через определённую временную задержку активирует все собственные исходящие синапсы. Потом подобно биологическому нейрону, в нейроэлементе происходит временная задержка для восстановления, в это время времени нейроэлемент не отвечает на внешние раздражители.

Контактные синапсы (з) активируют нейроэлемент если он не будет в активном состоянии либо в периоде восстановления. Возможно заявить, что сигнал, от контактных синапсов, активирует нейроэлемент, в случае если это вероятно сейчас, в противном случае игнорируется.

Давайте разглядим, как трудятся нейроэлементы на примере самого несложного рефлекса: коленного рефлекса. Коленный рефлекс состоит всего из трех нейронов, рецепторный нейрон приобретают сигнал от рецепторов сухожилия, потом передает сигнал вставочному нейрону и после этого моторный нейрон передает сигнал на мышцу разгибатель.

Так рефлекс выглядит в программе:

Пример с торможением. Нейроэлемент, который связан с рецептором «E» оказывает тормозящее воздействие:

Пример борьбы рефлексов (по работам Сеченова И.М.). Обоюдное подавление двух разных рефлексов:

Изменение ритма возбуждения

Единичные импульсы для нервной совокупности это уникальность. Как правило сигналы от рецепторов являются рядом импульсов, причем по интенсивности этих импульсов возможно сказать о степени действия на рецептор. Чем чаще воспроизводятся импульсы, тем посильнее действие, оказываемое на рецептор, посильнее давление, в случае если это рецептор давления, выше температура, в случае если это рецептор температуры и т.д.

И одно из замечаемых явлений в нервной совокупности, это изменение ритма возбуждения – изменение частоты нервных импульсов при прохождении через нервный центр.

Посредством нейроэлемента вероятно расширить частоту нервных импульсов. При в то время, когда уровень разового действия на нейроэлемент существенно выше, чем его порог активации и нейроэлемент успевает пара раз сработать прежде, чем значение сумматора снизится до отметки ниже, чем порог.

Понижение частоты пульсации нервных импульсов осуществляется благодаря повышению времени отдыха нейроэлемента, как отмечалось ранее, на протяжении отдыха нейроэлемент не отвечает на внешние сигналы.

Пример преобразования импульсов из редких в более учащённые. В этом случае уровень разового действия на нейроэлемент существенно выше, чем его порог активации и он успевает пара раз сработать прежде, чем значение сумматора снизится до отметки ниже, чем порог:

Пример понижения частоты импульсов. Тут это осуществляется благодаря повышению времени отдыха нейроэлемента, как я уже отмечал, на протяжении отдыха нейроэлемент не отвечает на внешние сигналы:

Пространственная и временная суммация

Представленная модель нейроэлемента позволяется растолковать, как происходит временная и пространственная суммация в биологическом нейроне. Временная суммация проявляется в том, что последовательность подпороговых импульсов от оного синапса, в случае если эти импульсы происходят достаточно довольно часто, смогут привести к активация нейрона. Это происходит по причине того, что скорость уменьшения суммы действия может, выясняется меньше, чем скорость пополнения данной суммы.

В биологических нейронах существует явление, которое показывает на то, что суммация имеет не только временной, но и пространственный темперамент. Кроме того в случае если сумма подпороговых сигналов превышает порог, но эти сигналы поступают на синапсы расположенные на достаточном расстоянии друг от друга, то активации может не случиться.

Такое явление возможно смоделировать, применяя пара нейроэлементов, например, каждому отдельному нейроэлементу может соответствовать дендрит.

Оглавления частей

  1. Симулятор нервной совокупности. Часть 1. Несложный сумматор
  2. Симулятор нервной совокупности. Часть 2. Модулируемый нейроэлемент
  3. Симулятор нервной совокупности. Часть 3. Ассоциативный нейроэлемент
  4. Память, бабушкины и консолидация памяти нейроны
  5. Моделирование чувств либо электронное чувство новизны
  6. Необычный мозжечок
  7. стартовые настройки и Структура мозга

Сумматоры, принцип действия


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: