El pensamiento lógico. Parte 4: Actividad Antecedentes

Hemos llegado a un punto en el que volver a contar los conceptos básicos de la neurociencia y la teoría de redes neuronales que tienen que ir a la nueva que contiene el modelo propuesto. Para aquellos que sólo comenzó a leer esta serie, yo recomiendo empezar con la primera parte de .

Volvamos a la descripción del trabajo de las neuronas reales. Las señales de una neurona a través de sus axones aplican a las entradas de otras neuronas. En las emisiones químicas mediador se produce sinapsis, que, dependiendo del tipo de sinapsis es o bien la activación o efecto de inhibición en la señal de recepción de la neurona. Sensibilidad de la sinapsis, que puede variar, determinado por la contribución de esta sinapsis en la excitación general. Si el efecto neto supera un cierto umbral, entonces no hay despolarización de la membrana y la neurona genera un pico. Pico - un solo pulso, la duración y la amplitud de que no depende de si se ha generado la actividad sináptica
.

El modelo más simple, inspirado en la actividad de los impulsos de las neuronas - es un modelo de un sumador de umbral. Al mismo tiempo, basado en el hecho de que la espiga puede ser comparada con una señal binaria, se cree que las entradas y salida del sumador sólo toman los valores 0 y 1. Si las entradas del impulso neurona formal para presentar una imagen de un ciclo repetitivo en el tacto, la neurona como una función de ajustar sus pesas debe ya sea cada ciclo de reloj para emitir una señal de respuesta, o de permanecer en silencio. Esto es lógico - un patrón constante de entrada corresponde a unos resultados de salida constantes
.
Si intenta llevar el modelo a sumador realidad umbral, lo primero que tienes que hacer - es asumir que el patrón de entrada de la actividad puede no ser estrictamente sincrónico. Pulsos, es decir, las señales en diferentes entradas se pueden codificar, cada uno con su propia frecuencia. Con este supuesto, no podemos simplemente utilizar una imagen instantánea de las entradas. Necesidad de elegir un intervalo de tiempo de espectáculo y uso acumulado durante esta actividad de pintura intervalo. En diferentes frecuencias de las señales de entrada a ciertos intervalos de los pulsos de entrada formará exactitud suficiente para la activación de la neurona, y por el otro para dar la descarga, dejando un inactivo neurona. Por lo tanto, la respuesta de la neurona adquiere su propia frecuencia, que dependerá de la frecuencia de las señales de entrada y la correspondiente sensibilidad sinapsis.

Estas consideraciones nos llevan a la modelo neurona como un combinador lineal en el que el nivel de señal en las entradas de la neurona y su respuesta no se describen dos niveles y los valores reales que corresponden a la frecuencia de repetición de los picos. La transición a un combinador lineal permite simplificar enormemente el modelado y en parte a olvidarse de la naturaleza química original de la actividad neuronal.

Pero todo tiene su principio. Que la información entró en el cerebro, las neuronas son necesarias, la interacción con el mundo exterior. La sensibilidad de esta interacción es muy diferente de la sensibilidad sináptica. En las sinapsis, el número de las cuales una neurona se puede medir en decenas de miles, el mediador liberado de vesículas que tienen una capacidad constante. La cuantía mínima de la liberación de neurotransmisores - es la parte de la orden de 7000 moléculas. Las neuronas sensoriales están trabajando todos los otros volúmenes. Por lo tanto, visuales literalmente palos son activados por dos quanta de neuronas receptoras de luz del sistema olfativo puede detectar sólo unas pocas moléculas de sustancias olorosas. Esta alta sensibilidad se logra mediante amplificación de la señal interna.

Interacción neurona con el medio ambiente se debe a las moléculas de proteína - receptores que permiten resistencia química externa cambie de estado dentro de la célula. Una sustancia que interactúa con un tipo de receptor particular, se refiere a su ligando. Para ligandos de receptores sinápticos - estos son los neurotransmisores que permiten la comunicación de las neuronas
.
Receptores cercanos pueden conectarse, creando dímeros (figura de abajo), lo que, a su vez, se fusionan para formar un grupos receptivos.



La agrupación de receptores. A - receptor único y de su interacción con el receptor. B - molécula de monómero receptivo. B - dímero receptivo. T - asociación de dos monómeros en contacto (D) y la combinación (E) dímeros. (Radchenko, 2007) i>

Los receptores se dividen en ionotrópicos y metabotrópicos. Los receptores ionotrópicos crean canales de iones que se mueven los iones cargados través de la membrana, el cambio del potencial de membrana. Cuando el ligando interactúa con los receptores ionotrópicos, el último cambio de canal de iones de conductividad, abrirla o cerrarla. Es estos receptores se encuentran en las hendiduras sinápticas. Su trabajo conjunto determina a ser o no ser un repunte causado por la adición de señales externas.

Una naturaleza algo diferente de los receptores metabotrópicos. Ellos se encuentran fuera de las sinapsis y crean canales iónicos. Al interactuar con su ligando empiezan trabajar mediadores intracelulares que proporcionan la amplificación de la señal original en los cientos de miles de veces, lo que en última instancia conduce a la activación de la neurona. Esto significa que incluso una pequeña proporción de una sustancia que es un ligando para los receptores metabotrópicos, puede causar un aumento de la neurona correspondiente. Este mecanismo utiliza las neuronas sensoriales, que les permite responder a los efectos de terceros insignificantes. Pero además de los receptores metabotrópicos de percepción y sensoriales son responsables de una proporción significativa de la actividad cerebral en absoluto.

Incentivo típico para neurona - es este patrón de señales de entrada, lo que coincide con la imagen de la sensibilidad de sus sinapsis. Cuanto más cerca de la característica de entrada del estímulo, los picos de frecuencia más alta generado neurona. Esta reacción se denomina actividad inducida. Ocurre en todas las neuronas que una vez que respondieron a la imagen actual. Pero debido a la actividad es sólo una pequeña parte de la actividad general del cerebro. Pero la actividad principal recae en la denominada actividad de fondo (figura siguiente).



La respuesta de la neurona a una actividad de estímulo y el fondo (espontánea) i>

Actividad de fondo se compone de salir de vez en cuando los picos individuales. Tales adherencias se llaman espontánea como aparecen independientemente de la presencia o ausencia de la actividad inducida. Si se protege al cerebro de la información externa, la actividad espontánea en las áreas sensoriales no debilitará, sino por el contrario, sólo se intensificará. Para una sola neurona su actividad espontánea se ve serie de picos aleatorios. Pero para que las neuronas de la corteza uno que la actividad consiste en el ritmo general de que crea oscilaciones eléctricas totales significativos. Son estas fluctuaciones pueden ser fijos uniendo electrodos en el cuero cabelludo, que de hecho se llama electroencefalografía.

Para diferentes áreas de la corteza y los diversos derechos de los estados inherentes a su frecuencia y niveles de tales ritmos. El ritmo más fuerte desde un área separada de la corteza se puede remontar en la piel, que se encuentra directamente encima de esta zona. Por lo tanto, para grabar los ritmos cerebrales utilizando un conjunto de electrodos, distribuidos uniformemente sobre la superficie de la cabeza. El resultado se ve como un conjunto de gráficos, cada uno de los cuales está grabado en su electrodo (figura siguiente).



Ejemplo electroencefalograma. El fuerte aumento de la amplitud corresponde a la aparición de un ataque de epilepsia i>

Si la llamada actividad - una consecuencia del trabajo de los receptores ionotrópicos, la actividad espontánea - el resultado de la activación de los receptores metabotrópicos. Cuando los pulsos son una actividad regular o espontánea, extendiéndose a lo largo del axón, la neurona alcanza el receptor, que causan la liberación de neurotransmisores en la hendidura sináptica. Este mediador determina la contribución de la sinapsis en el proceso causado por la actividad de la neurona. Luego está su recaptación, y sinapsis se restaura a su estado original. Pero parte del mediador es expulsado fuera de la hendidura sináptica y se extiende por el espacio formado por los cuerpos de las neuronas y sus cuerpos que rodean las células gliales. Este fenómeno se llama efectos colaterales de la propagación Inglés - desbordamiento, el desbordamiento. Situado cerca de la otra sinapsis se forman las denominadas trampas sinápticas. Estas trampas de freno y mediadores que activan crear un patrón de interferencia. Esto significa que cada combinación de impulsos provoca mediador antinodo en una determinada posición única de la membrana. AN Radchenko mostró que las agrupaciones receptivas metabotrópicos están situados en lugares tan anti-nodos son capaces de cambiar sus propiedades y responden posteriormente a la repetición de un mismo patrón de impulsos del medio ambiente (Radchenko, 2007).



Los diferentes estados de clúster receptivo metabotrópicos (Radchenko, 2007) i>

Radchenko describió varias condiciones que caracterizan a grupos receptivos metabotrópicos y comparó estos estados con diferentes etapas de almacenamiento (imagen de arriba). La capacidad de los receptores de influir en el estado de las células depende de la posición de las puntas abiertas. Cuanto mayor es la distancia entre ellos, más el extremo exterior de la superficie de proyección, y penetrar en el ambiente interno de la célula. En consecuencia, cuanto mayor es la distancia corresponde a la alta sensibilidad del receptor. Cuando se reduce la distancia de los extremos sumergidos en los receptores de membrana, y los receptores pierden su capacidad de influir en el estado de la neurona. La distancia puede ser controlada por el potencial de membrana de la neurona. La despolarización de las porciones de extremo empuja hacia fuera de la membrana y en la célula, respectivamente, y la hiperpolarización opuestamente los dibuja en la membrana.

Originalmente grupos receptivas metabotrópicos tienen características de histéresis. Histéresis implica que el comportamiento del sistema está determinada por su prehistoria (tabla a continuación). En cuanto a la definición de estado saturado sostenible, el sistema vuelve después de los esfuerzos de eliminación, y permanece en esta posición. Para sacarlo de esa posición ahora debe adjuntar la fuerza opuesta a la que después de pasar un cierto umbral llevar el sistema a otro estado estable, tiene la misma propiedad "pegarse».



La histéresis i>

Histéresis da receptores desencadenan propiedades. En respuesta a un antinodo de receptores de neurotransmisores puede ser "pegajosa" en el estado expulsado de la membrana, y en un estado sumergido en ella. El primer estado indica que la neurona se vuelve sensible a cierta actividad imagen del medio ambiente y puede responder a su propio pico de repetición y el segundo, por el contrario, hace que sea insensible. Pero es a corto plazo atascado, como un cambio definitivo en el potencial de membrana puede restablecer el clúster a su estado original.

Radchenko contrastó este comportamiento grupos receptivos con corto plazo (a corto plazo) de memoria. Es decir que en un momento dado determina nuestro pensamiento - es, por una parte, el patrón de actividad neuronal, y por otro lado, una fijación rastros de esta actividad, que permite recuperar rápidamente fotos recientes tales. La fragilidad de estas pistas proporciona la RAM. Podemos volver rápidamente a la idea, que era una segunda o hace un minuto, pero pierden esta ligereza, cuando pasan horas o días.

Bajo la influencia de los mediadores y un fuerte cambio en el potencial de membrana receptores pueden perder propiedades de histéresis y la transición a un régimen estable que fija permanentemente el estado adquirido de la agrupación, que se puede comparar con la memoria a largo plazo. Por lo tanto, dependiendo de la posición de bloqueo condición de empuje empotrado o clúster o en respuesta a la actividad de una cierta imagen o viceversa - se convierte en estable a la misma insensible. Estos estados estables se pueden almacenar durante mucho tiempo, podemos decir siempre, aunque bajo ciertas condiciones, se pueden sobrescribir.

Además, en nuestro modelo, suponemos que las neuronas del cerebro tienen tres formas de almacenamiento de información. Una forma - un cambio en la sensibilidad de las sinapsis, que determina la imagen típica de una neurona. La segunda forma - un seguro de gatillo corto plazo sobre los clusters receptivas metabotrópicos pintura actividad ambiental. Y el tercero - una solución a largo plazo, debido a la transición grupos receptivos en un estado estacionario, parte registró brevemente imágenes
.
La sensibilidad de la sinapsis de las neuronas sólo describe su forma característica (si ignoramos las neuronas con varias secciones de sinapsis). En esta superficie extrasynaptic de la neurona que contiene cientos de miles de cúmulos receptivas metabotrópicos pueden almacenar un número comparable de recuerdos, indicando en todo caso, se muestra la imagen característica.

Tenga en cuenta que la actividad de impulso de las neuronas consta de dos componentes. Uno de los componentes - esta es la imagen evocada actividad, lo que sugiere que algunas neuronas han aprendido sus incentivos característicos. El segundo componente - una imagen condicionalmente actividad espontánea, que es relativamente independiente de la primera, y que crea un fondo general del cerebro. Este fondo es menos acentuada que la causada por la actividad, pero más colosal para como distribuidos en todo el espacio de la corteza.

No tengo miedo de decir lo que la actividad de fondo - uno de los mayores misterios del cerebro. En la siguiente sección vamos a tratar de darle la respuesta a este misterio.

Continuación

Referencias

Si hay demasiado corto, no es clara o vaga indicado, puede darse de baja en los comentarios. Ya tengo el ojo tan zamylen que me resulta difícil ponerse en el lugar del que primero ve estas cosas. Al mismo tiempo, si no es difícil para seleccionar el nivel de familiaridad con el tema general.

Partes anteriores:
Parte 1. Neurona
Parte 2. Factores
Parte 3: Perceptrón, red de convolución

Alex Redozubov (2014)

Fuente: habrahabr.ru/post/214525/