14. Биологический нейрон. Математическая модель нейрона. Связь искусственных нейронных сетей (инс) с другими дисциплинами. Проблемы, решаемые в контексте инс.
1. Биологический нейрон. Мембрана и ее потенциал. Математическая модель нейрона. Центральная нервная система имеет клеточное строение. Единица строения – нервная клетка, нейрон. Нейрон – активная динамическая система.
Его свойства:
Участвует в обмене веществ и рассеивает энергию. Реагирует на входные сигналы и формирует выходные воздействия
Имеет множество синапсов–контактов для передачи информации.
Нейрон взаимодействует путем обмена электрохимическими сигналами двух видов: электротоническими (с затуханием) и нервными импульсами (спайками), распространяющимися без затухания.
Кол-во нейронов 10е+14 –10е+15.
Тело клетки(т) — сома: содержит ядро (я), митохондрии (обеспечивают клетку энергией), другие органеллы, поддерживающие жизнедеятельность клетки. Дендриты(д) – входные волокна, собирают информацию от других нейронов. Активность в дендритах меняется плавно. Длина их обычно не больше 1 мм. Мембрана – поддерживает постоянный состав цитоплазмы внутри клетки, обеспечивает проведение нервных импульсов. Цитоплазма — внутренняя среда клетки. Отличается концентрацией ионов K+, Na+, Ca++ и других веществ по сравнению с внеклеточной средой. Аксон(а), один или ни одного у каждой клетки, – длинное, иногда больше метра, выходное нервное волокно клетки. Импульс генерируется в аксонном холмике(а.х.). Аксон обеспечивает проведение импульса и передачу воздействия на другие нейроны или мышечные волокна(мв). Ближе к концу аксон часто ветвится. Синапс(с) – место контакта нервных волокон — передает возбуждение от клетки к клетке. Передача через синапс почти всегда однонаправленная. Различают пресинаптические и постсинаптические клетки — по направлению передачи импульса. Клеточная мембрана создает и поддерживает постоянную концентрацию веществ внутри клетки, механическую прочность клетки и транспортировку молекул и ионов в обоих направлениях. Для нервных волокон она обеспечивает проведение нервных импульсов по волокну.
Калиевые каналы
Пропускают только ионы K+ в обоих направлениях
Являются управляемыми
Могут открываться или закрываться в зависимости от разности потенциалов между цитоплазмой и внешней средой
Обладают инерционными свойствами
Натриевые каналы
Аналогичны калиевым
Пропускают только ионы Na+
Отличаются от калиевых каналов уровнем потенциала, открывающим канал, иинерционными характеристиками
Математическая
модель нейрона
Связь искусственных нейронных сетей (ИНС) с другими дисциплинами. Проблемы, решаемые в контексте ИНС. Связь ИНС с другими дисциплинами
Нейрофизиология
Психология
Физика (статистическая механика)
Теория управления
Теория вычислений
Проблемы искусственного интеллекта
Статистика/математика
Распознавание образов
Компьютерное зрение
Параллельные вычисления
Аппаратные средства (цифровые, аналоговые, оптические)
Проблемы, решаемые в контексте ИНС
Классификация образов
Кластеризация/категоризация
Аппроксимация функций
Предсказание/прогноз
Оптимизация
Память, адресуемая по содержанию
Управление