<  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11

Neuron, element sieci biologicznej

Procesy i zjawiska zachodzące na wszystkich poziomach skomplikowanej struktury jaką jest mózg poczynając od poziomu molekularnego, poprzez synapsę, neuron, struktury mózgowe wyspecjalizowane w różnych funkcjach, a kończąc na półkulach mózgowych i mózgu jako całości.

Zobacz szczegóły

Powstanie potencjału czynnościowego generowane jest zwykle w obszarze początkowym aksonu. Jest wynikiem zebrania pobudzających (depolaryzujących) i hamujących (hiperpolaryzujących) wpływów pochodzących z aktywacji synaps ulokowanych zarówno na dendrytach , jak i na ciele komórki nerwowej.

Neurony mają swój udział w integracji informacji, stanowiącej istotę procesów plastycznych, w tym uczenia się i pamięci.

Komórka nerwowa posiada zdolność nie tylko przewodzenia informacji lecz również jej przetwarzania, a zwłaszcza integracji przez pojedynczą komórkę.

Uporządkowane działanie licznych komórek w złożonym organizmie wielokomórkowym jest koordynowane przez zewnątrzkomórkowe substancje sygnałowe. Mogą one być wytwarzane autokrynnie, tj. przez te same komórki, na które oddziałują, parakrynnie, tzn. produkowane przez jedne komórki, wpływając na sąsiednie i endokrynnie, czyli wytwarzane przez swoiste narządy wydzielania wewnętrznego, działając nawet na duże odległości, dzięki przenoszeniu przez krew i płyny śródtkankowe. Wszystkie te sposoby integracji funkcjonowania odnoszą się także do komórek nerwowych.

Według Hebba i Konarskiego modyfikacja połączeń między neuronami wymaga współdziałania obu neuronów lub zespołu neuronów (ośrodków), których dotyczy ta zmiana. Występuje konieczność współdziałania pre i postsynaptycznego części złącza między komórkami nerwowymi (wsteczne przekaźniki).

neuroprzekaźnik --> receptor neuroprzekaźników

Miejsca, w których neurony komunikują się ze sobą, to synapsy. Każdy z ponad 100 mld neuronów mózgu ma przynajmniej 1000 takich kontaktów. Ze względu na sposób przekazywania informacji możemy wyróżnić 2 typy synaps: elektryczne i chemiczne.

Ponieważ synapsy elektryczne są symetryczne i informacja może przepływać dwukierunkowo, zatem zespół tworzących je neuronów może być zarówno pre- , jak i postsynaptyczny.

Synapsy elektryczne pełnią funkcję w synchronizacji sieci neuronowych, gdyż połączone w ten sposób neurony maja tendencję do równoczesnych wyładowań.

Drugi typ synaps to synapsy chemiczne. Informacja z neuronu do neuronu lub tkanki efektorowej (mięśnie, gruczoły, naczynia krwionośne) jest przekazywana poprzez substancję chemiczną zwaną neuroprzekaźnikiem lub neurotransmiterem.

Dla synaps chemicznych przepływ informacji jest jednokierunkowy.

Funkcjonowanie mózgu polega na pobudzaniu o określonym czasie odpowiednich grup komórek. Pobudzenie to jest przekazywane między neuronami przez synapsy - wyspecjalizowane struktury błonowej składającej się z zakończenia aksonu (tzw. presynaptycznej kolbki aksonalnej i części błony następnej komórki (tzw. błony postsynaptycznej)./

Biologiczny model sieci neuronowej

Najniższy człon "parter" tej budowy stanowi powierzchnia recepcyjna (obwodowa część analizatora), przystosowana do odbioru bodźców o ściśle określonej modalności. Na tym poziomie zachodzi transformacja energii swoistej bodźca na energię elektryczną (impuls elektryczny). Sensoryczne elementy receptora dokonują kodowania analogowego. Amplituda wytwarzanego przez nie potencjału ściśle odpowiada sile odebranego bodźca. Następny etap obejmuje kodowanie cyfrowe, w którego wyniku różnicują się częstotliwości impulsów, zachodzą zjawiska sumowania czasowego i przestrzennego jednych impulsów oraz hamowania innych. Zakodowany sygnał jest przesyłany następnie do wyższych pięter analizatora złożonego z tzw. jednostek aferentnych, czyli komórek nerwowych, które uczestniczą w odbieraniu informacji.

Poszczególne piętra łączą się między sobą za pośrednictwem dróg zbieżnych i rozbieżnych. Zasady konwergencji (zbiegania się aksonów kilku komórek piętra niższego wokół jednej komórki piętra wyższego) i dywergencji (jedna komórka piętra niższego wysyła swe wypustki nie do jednej lecz do kilku naraz komórek piętra wyższego) wyznaczają złożoną drogę analizy sygnału odbieranego sygnału przez receptor.

W ciągu życia osobniczego organizmu "obrasta" więc w kartotekę jednostek gnostycznych, w których sa załadowane krytyczne cechy bodźców adekwatnych, umożliwiających rozpoznawanie.

Nabywanie nowych jednostek gnostycznych (percepcyjnych) w trakcie życia osobniczego stanowi treść procesu uczenia się percepcyjnego , natomiast proces stopniowego nabywania wprawy w rozpoznawaniu określa się terminem "uczenie się uczenia".

Okolice gnostyczne znajdują się w stanie nieustannego rozwoju, zarówno ze względu na tworzenie się nowych jednostek gnostycznych w już wytworzonych polach gnostycznych, jak i ze względu na powstawanie nowych pól, reprezentujących nowe kategorie wzorców bodźcowych. Rozwój ten, najsilniej wyrażony jest we wczesnych okresach życia, później stopniowo słabnie, by zanikać zupełnie w starości.

Wyższe ośrodki mózgu stwarzają więc magazyn informacji stale uzupełnianej w procesie uczenia się i nabywania doświadczenia osobniczego.

Informacja ta - reprezentowana w mniej lub bardziej złożonych jednostkach gnostycznych jest wykorzystywana w procesach kojarzeniowych, regulujących zachowanie jednostki.

Praca umysłowa

Proces przetwarzania informacji według hipotezy Zarakowskiego.

1. Wyodrębnienie sygnału z chaotycznego szumu informacyjnego. 

Rolę tu odgrywają engramy, czyli pewne ślady wytworzone na podłożu poprzednich doświadczeń i doznań i od tej pory przechowywane w pamięci.

2. Rozpoznanie sygnałów za pomocą ich porównywania ze wzorcami, przechowywanymi w pamięci.

Jest to wstępny etap przetwarzania informacji. Na tym etapie odbywa się pewnego rodzaju klasyfikacja, zaszeregowanie sygnału do pewnej klasy ogólniejszej.

3.

a/ Zautomatyzowane procesy współdziałania pamięci (engramu) - obrazu z engramami celu i współdziałania tego ostatniego z zestawem przechowywanych w pamięci decyzji.

- engram obrazu
- engram celu
- zestaw przetwarzanych w pamięci decyzji

b/ droga poszukiwań (decyzja powstaje w wyniku jej twórczego ukształtowania).

Ad 3.a/

Decyzja powstaje na drodze wyboru między decyzjami już ukształtowanymi i przechowywanymi w pamięci. Zadanie sprowadza się więc do wyboru decyzji najlepiej odpowiadającej aktualnym warunkom, które powstały w danej chwili w otaczającym człowieka środowisku zewnętrznym. Decyzja odpowiadająca tym warunkom podlega następnym przekształceniom, w których wyniku wytwarza się wykonawcze ogniwo działania i powstają sygnały na wyjściu.

Ad 3.b/

Poszukiwanie odpowiedniej decyzji - jej wytwarzanie na drodze porównań oraz prób i błędów. Podstawę tego mechanizmu stanowi kształtowanie i hamowanie związków odruchowych typu skojarzeń według czasu, podobieństwa, przeciwieństwa i zgodności przestrzennej. Jednocześnie odbywa się przetwarzanie (transformacja) pojęć, cech itp. Mechanizm ten jest w zasadzie identyczny z mechanizmami powstawania związków czasowych (odruchów warunkowych).

Przekształcanie informacji

Przekształcanie informacji odbywa się w następujący sposób. Rozpoznane sygnały indukują modele-obrazy, których treść jest bogatsza niż treść bezpośrednio przekazywanych sygnałów, ponieważ powstają one w wyniku dekodowania odbywającego się z udziałem pamięci. Obrazy te posiadające pewne właściwości wstępują w pewnego rodzaju współdziałanie z pozostającym w pamięci modelem celu, który cechuje również określone właściwości. W wyniku tego współdziałania powstają wtórne modele-obrazy (pojęcia, sądy). Pod wpływem celu rozpoczyna się porównywanie tych modeli według dwóch podstawowych typów przekształceń na danym etapie - indukcyjnym i dedukcyjnym.

Jeżeli zestawienie i konfrontacja odbywa się według typu indukcyjnego, z początku powstaje model przyszłości, hipoteza, która indukuje modele wtórne. Dopiero konfrontacja tych modeli prowadzi do wyrobienia decyzji. Jeżeli natomiast zastawienie i konfrontacja odbywa się według dedukcyjnego typu, decyzja kształtuje się od razu w postaci modelu umysłowego. Decyzja ta może być od razu realizowana w postaci przekazywanych sygnałów lub działań wykonawczych.

Uogólnione reguły

Regułę można uważać jako uporządkowaną parę łańcuchów symboli z wyróżnioną lewą i prawą stroną. Zespół reguł tworzy bazę wiedzy.

Procedury porównywania z siecią

Porównanie słowa z siecią.

Procedura realizująca porównanie słowa z siecią spełnia zadania:

IF słowo jest w sieci to JEST SŁOWO else { najwyższa zgodność }
IF słowo jest łańcuchem początkowym słów sieci
  to WYMIEŃ TE SŁOWA

else

Wybierz słowo sieci o najwyższej zgodności w następujących operacjach porównania ze wszystkimi słowami sieci { najbardziej czasochłonna }

1. Słowa posiadają identyczne łańcuchy ze słowem porównywanym
2. Uwzględnienie znaków wtrąconych
3. Uwzględnienie znaków pominiętych
4. Uwzględnienie znaków zmienionych

Wymień słowa o najwyższej zgodności z operacji 1,2,3,4.

Ponieważ w sieci nie ma bezpośredniego powiązania elementów sieci z łączem znakowym (nie ma stosików znakowych) operacje  1...4 są czasochłonne.

Porównanie zdań z siecią

IF jest zdanie w sieci to JEST ZDANIE else
IF zdanie jest podzbiorem zdań sieci (podciągiem) to
  WYBIERZ TE ZDANIA 

else

Wybierz słowa sieci o najwyższej zgodności w następujących operacjach porównania:

W zdaniu można odnaleźć te same słowa co w zdaniu porównywanym (ułożone w dowolnej kompozycji w zdaniu) - niezależnie od położenia słowa w zdaniu (test na podobieństwo słów)
WYMIEŃ TE SŁOWA 

else

Wybierz słowa o największej zgodności w następujących operacjach porównywania w zdaniach: w zdaniach można odnaleźć te same słowa co w zdaniu porównywanym (ułożone w dowolnej kompozycji z zdaniu) - niezależnie od położenia słowa w zdaniu (test na podobieństwo słów).
Wybierz te słowa.

Znak "?" w zdaniu oznacza dowolne słowo pasujące do otoczenia słów w zdaniu.
Znak "*" w zdaniu oznacza dowolny ciąg słów pasujący ze słowami współtowarzyszącymi.

 Przykład:

SORA INTELIG SYSTEM

DIAL>Jarek idzie do domu
DIAL>Jarek ? do domu
DIAL> ? = idzie

DIAL>Jarek * domu
DIAL> * = idzie do

DIAL>_

Powiązanie symboli końcowych z początkowymi:

SORA INTELIG SYSTEM

DIAL>"Jarek" czasownik "do" "domu"  
DIAL> czasownik = "idzie"
DIAL> "Jarek" czasownik "domu"
DIAL> czasownik = "idzie do"

DIAL>_

Porównanie łańcuchów węzłów w sieci

Poprzez łańcuch rozumiemy ciąg węzłów w sieci tego samego rodzaju.

1. Dla słowa punktem zaczepienia jest pierwszy znak słowa. Pojawienie się znaku na łączu determinuje wybór słowa.
2. Dla zdania punktem zaczepienia jest słowo (pojęcie), którego definicją będzie to zdanie.

Wyjaśnienie:

O znaczeniu słowa (ciągu znaków) decyduje dobór znaków i szyk (porządek) znaków w słowie. Dla danego zbioru znaków porządek znaków zmienia znaczenie słowa.

O znaczeniu zdania decyduje z reguły dobór słów w zdaniu a szyk (porządek) słów decyduje o poprawności gramatycznej zdania.

Łańcuch słowa może się doczepiać tylko do łącza wejściowego, a punkt doczepienia do łącza jest zdeterminowany pierwszym znakiem słowa. Na łączu odbywa się selekcja wstępna słów. Wybieranie słów jest wybieraniem instrumentalnym.

Łańcuch zdania może doczepiać się do węzłów końcowych słów oraz do węzłów końcowych łańcucha zdaniowego. Słowo, do którego może doczepić się łańcuch zdaniowy może być słowem z tego zdania jak i słowem z poza tego zdania (definicja). Węzeł, do którego doczepić się może łańcuch zdaniowy może być węzłem pustym.

Powiązanie słowa ze zdania

Znaki pełnią rolę substancji z której zbudowane są obiekty. Słowa są najważniejszymi obiektami (atomami) niepodzielnymi. Słowa niezrozumiałe są zbiorami znaków, których nie rozumiemy. Słowa są podstawowymi elementami rozumienia rzeczywistości. Dane słowo może posiadać różne otoczenie złożone z innych słów. Słowo wraz z otoczeniem tworzy zdanie. Zdanie jest jednowymiarowym odzwierciedleniem rzeczywistości zbudowanej ze znaków. Płaszczyzna w takiej konstrukcji jest zbiorem zdań będącym tekstem. Przestrzenią trójwymiarową jest zbiór tekstów.

Zestawienie znaków w słowie wpływa na znaczenie słowa. W zestawieniu ważny jest dobór znaków jak też i ich kolejność w słowie. Obiekt jest pojęciem statycznym, a zdanie dynamicznym (opisującym). Różnica między zdaniem a słowem pojawia się w trakcie komunikacji. Zdanie jest niepodzielnym obiektem przesłanym między jedną stroną a drugą. W przypadku podziału zdania przy komunikacji zachodzi nieporozumienie. Zdania są obiektami złożonymi. Zdanie reprezentuje niepodzielną myśl. Myśli przebiegają na poziomie zdań. Dane zdanie reprezentuje myśl.

W zbiorze myśli obiektem atomowym jest zdanie. Zadanie nie można podzielić gdyż znika myśl.

Myśl (zdanie) jest najwyżej złożonym obiektem przekazywanym automatycznie (i dekodowanym automatycznie - odruchowo). Czas przekazu myśli (zdania) jest bardzo krótki. Zbiory myśli nazywamy chęciami. Dana chęć wywołuje zbiór myśli (zdań).

Podobieństwo

słowa - obiekty
zdanie - obraz (tło i obiekty)
tekst - film będący zbiorem obrazów

Pojęcia: Obiekty, Atomy, Zmienne

Obiekty są tworami złożonymi z atomów (słów niezdefiniowanych).
Atom po zdefiniowaniu staje się obiektem.
Zmienna jest to obiekt, który może być zastąpiony innym obiektem lub atomem lub inną zmienną.

Rodzaj wskazania: torujący, hamujący ...

Rodzaj wskazania zakodowany jest w polu spacji.

Wskazanie "TO"

Pobudzenie węzła przenosi się na następny węzeł lub alternatywę poprzez połączenie torujące.

pobudzenie "1" wywołuje pobudzenie"2","3","4".

Węzeł "NIE"

Nie ma wskazań typu "NIE" lecz rodzaj węzła typu "NIE".

Sieć sterująca samą sobą.
(Wzorowanie się jednego obszaru na podstawie drugiego)

Przeszukiwanie obszaru "A" sieci i znajdowanie kierunków przejścia dla drugiego obszaru sieci "B". Zasadniczym elementem obszaru przeszukiwanego jest punkt odniesienia (punkt startowy).

Implementacja węzła

Łączenie się sieci ze światem zewnętrznym

 Elementy świata zewnętrznego: "słowo" lub "słowo" :w:k; gdzie "słowo" oznacza słowo w tekście, a w:k oznacza wiersz i kolumnę w tekście. "Słowo" - oznacza jeżeli "słowo" i oznacza szukanie w tekście od początku tekstu wyrazu "słowo". "Słowo" :w:k - oznacza jeżeli "słowo" w wierszu "w" i kolumnie "k".

Neuron

Neuron określany jest przez:

1/ położenie w sieci neuronów,
2/ stan wewnętrzny,
3/ układ połączeń z innymi neuronami,
4/ stan pobudzenia (aktywności),
5/ charakterystykę opisaną nieliniową i progową funkcją.

Neuron jest elementem sumującym wszystkie sygnały pobudzające i hamujące, które do niego dochodzą. W przypadku, gdy przeważają sygnały pobudzające, tzn. gdy przekroczona zostanie pewna wartość progowa, neuron wysyła sygnały do wszystkich swoich wyjść. Neurony są ułożone w warstwy, tworząc uporządkowane, wielowarstwowe struktury. Neuron może być połączony z wieloma innymi elementami danej warstwy, łącznie z samym sobą. Mogą to być połączenia w ramach danej warstwy, międzywarstwowe, w przód lub w tył. Siła (waga) połączeniowa może być dodatnia (połączenie pobudzające), ujemna (hamujące), lub zerowa - brak połączenia. W układzie nerwowym człowieka jest około 5*10e10 neuronów, które oddziałują na siebie poprzez około 10e14 połączeń. 

WŁASNOŚCI 1

Rozpoznanie
klasyfikacja
skojarzenia

Problem: Oblicz 4x5

Rozwiązanie problemu:

1. rozpoznanie problemu
2. wywołanie z pamięci właściwej, skojarzonej odpowiedzi wynikającej z faktu, że kiedyś w dzieciństwie uczyliśmy się na pamięć tabliczki mnożenia

WŁASNOŚCI 2

1. zdolność do tolerowania i poprawiania błędów
2. zdolność do rekonstrukcji, odtworzenia sygnału, na podstawie informacji częściowej (nawet małego jej fragmentu) i często dodatkowo obarczonej błędami

MODEL 1

Warstwa wejściowa - tablica receptorów
Pośrednie warstwy - warstwy kojarzeniowe (asocjacyjne)
Warstwa końcowa - złożona z elementów, z których każdy reagował tylko na jeden obraz wejściowy.

Poszczególne warstwy przekazują sygnał w sposób zawężający (sygnały wyjściowe określonej grupy elementów danej warstwy stanowią, sygnał wejściowy dla jednego z elementów warstwy następnej.

MODEL 2

Warstwa wejściowa - tablica receptorów - tablica komórek początkowych - łącze
Pośrednie warstwy - sieć połączeń komórek
Warstwa końcowa - komórki definiujące bloki tekstów.

Zadania:

1. Rozpoznawanie (jest słowo, jest zdanie)
2. Klasyfikacja (w jakim bloku tekstowym znajduje się dany problem)
3. Skojarzenia (odpowiedzi, szukanie postaci słów i zdań na podstawie częściowych członów)
4. Zdolność do tolerowania i poprawiania błędów (sprawdzanie wygenerowanych konstrukcji z częściowych członów z zewnętrznym uzupełnieniem tych członów)

Działanie inteligencji

1. Gromadzenie danych
2. Uczenie się. Przetwarzanie wprowadzonych danych na podstawie posiadanej już wiedzy (krystalizacja wiedzy)
3. Przyjmowanie problemu
4. Wyszukiwanie i przetwarzanie danych dla rozwiązania problemu
5. Przetwarzanie rozwiązania na program wykonawczy

Waldemar Wietrzykowski
Computational Neuroscience
Digital Intelligence Laboratory
email:

Zobacz też

• Baza wiedzy dla techniki kosmicznej
• Wprowadzenie do opisu języka SymP
• Zanim skonstruowano pierwszy komputer
• Konstrukcja pierwszego kalkulatora mechanicznego
• Maszyna Różnicowa: częśćI, część II
• Pierwszy komputer
• Czy komputer potrafi myśleć?
• Myślące maszyny
• Kręgi Vesyper™
• "Biologiczna Sieć Pakietowa"™
• Telepatia
• Publications / Download

Linki

<  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11

Copyright  © 2003 net3plus