ної мережі шляхом розриву окремих зв'язків. Алгоритм такого пошуку, названий Optimal Brain Damage raquo ;, є прекрасною ілюстрацією цієї властивості нейронної мережі [1].
Інший не менш важлива властивість нейронної мережі полягає у здатності до навчання і до узагальнення отриманих знань. Мережа має риси так званого штучного інтелекту. Навчена на обмеженій множині навчальних вибірок, вона узагальнює накопичену інформацію і виробляє очікувану реакцію стосовно до даних, не пред'явленим в процесі навчання. Незважаючи на значну кількість вже відомих практичних додатків штучних нейронних мереж, можливості їх подальшого використання для обробки сигналів не вивчені остаточно, а це передбачає, що нейронні мережі ще протягом багатьох років будуть засобом розвитку інформаційної техніки.
Найбільш перспективним для технічної реалізації представляється моделювання на рівні опису інформаційних перетворень імпульсних потоків в нейроні, що не спускаючись на рівень реалізують їх фізико-хімічних процесів, але й не абстрагуючись від поняття нейрона як об'єкта, що здійснює нелінійні аналогові перетворення потоку імпульсів [2].
У розробці подібної моделі будуть використані методи системного аналізу при узагальненні експериментальних даних [3, 4] та класифікації біологічних нейронів [5]. Так як завдання пошуку оптимального рішення в ряді випадків є невичіслімой унаслідок емпіричного характеру даних або методів роботи з ними, експоненційної складності рішення задачі шляхом перебору і т.д., то необхідність скористатися біонічної методами побудови технічних систем стає більш очевидною.
Ймовірно більшість вже чули про проекти Blue Brain і Human Brain. Обидва проекти тісно пов'язані і перетинаються один з одним, навіть керівник у них спільний, Генрі Маркрам, що може створити деяку плутанину в тому, чим же вони відрізняються один від одного. Якщо коротко, то кінцевою метою обох проектів є розробка моделі роботи цілого мозку (всіх 86 млрд нейронів) і його подальше моделювання на суперкомп'ютері. Blue Brain Project це обчислювальна частина, а Human Brain це більше фундаментальна частина, де працюють над збором наукових даних про принципи роботи мозку і створенням єдиної моделі. Насправді вже був цілий ряд цікавих та інформативних робіт з нейробіології, що дуже радує. Але в них не розглядалися питання обчислювальної нейробіології, або по-іншому обчислювальної нейронауки, що включає в себе комп'ютерне моделювання електричної активності нейронів. Тому я вирішив заповнити цю прогалину.
Мета роботи: розробка комп'ютерної моделі біологічного нейрона.
Для досягнення даної мети необхідно вирішити наступні завдання:
визначити основні механізми роботи синапсу біологічного нейрона, до якої входять: відтворення порогових принципів обмеження потенціалу нейрона, а також гальмування і збудження з їх тимчасовими залежностями;
запропонувати систему рівнянь, що описують роботу моделі нейрона;
розробити комп'ютерну модель біологічного нейрона, яка описує основні процеси його роботи;
провести випробування роботи комп'ютерної моделі нейрона з різною структурою мембрани і розташуванням синапсів на ній.
синапс нейрон моделювання
1. ОСНОВНІ ОСОБЛИВОСТІ НЕЙРОНА
. 1 Будова нейрона
Відповідно до принципів функціонування біологічних нейронів створені різні математичні моделі, якими в більшій чи меншій мірі реалізуються властивості природної нервової клітини.
На малюнку 1.1 приведена схема будови типового нейрона. Пропонується виділити два типи відростків: численні тонкі, густо гілкуються дендрити (названі за їх схожість з кроною розлогого дерева) і більш товстий, що розщеплюється на кінці аксон.
Вхідні сигнали надходять через синапси в тіло клітини розміром від 3 до 100 мікрон, викликаючи її специфічне збудження, тоді як вихідний сигнал відводиться аксоном через його численні нервові закінчення, звані колатсралей. Колатсралей контактують з сомою і дендритами інших нейронів, утворюючи чергові синапси. Очевидно, що синапси, підключають до клітки виходи інших нейронів, можуть знаходитися як на дендритах, так і безпосередньо на тілі клітини.
Передача сигналів усередині нервової системи - це дуже складний електрохімічний процес. З великим спрощенням можна вважати, що передача нервового імпульсу між двома клітинами заснована на виділенні особливих хімічних субстанцій, званих нейромедиаторами, які формуються під впливом надходять від синапсів подразників. Ці субстанції впливають на клітинну мембрану, викликаючи зміну її енергетичного потенціалу, причому величина цієї зміни пропорційна кількості нейром...
