АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Принципы построения нейронных сетей

Нейронная сеть, описывающая поведение бабочки крапивницы (задача ШБО МГУ 1984 г)

«Известно, что бабочка крапивница предпочитает температуру 36°С. Если на улице холодно и солнце не светит, бабочка сидит с закрытыми крыльями. Если холодно, но светит солнце, бабочка открывает крылья. Но, как только температура достигнет 36°С, бабочка складывает крылья. Нарисуйте схему соединения нейронов, которая обеспечивала бы такое поведение бабочки».

Эта задача, как и другие задачи о нейронных схемах, не имеет однозначного ответа. Можно придумать много схем, удовлетворяющих ее условию. Придумаем одну из возможных.

Прежде всего надо решить, какие эф­фекторы и какие рецепторы мы будем использовать в схеме.

При выборе эффекторов можно принять, что крыльями бабочки управляют две группы мышц: «опускатели» и «подниматели» крыла (по аналогии с мышцами-антагонистами человека), каждой группой управляют свои мотонейроны. От рецепторов необходимо иметь сведения об освещенности и температуре. Пусть:

С – рецеп­торы света (возбуждается, когда светит солнце),

Т – тепловые рецепторы (воз­буждается при t° ≥ 36°С)

X – холодовые рецепторы (воз­буждается при t° < 36°С),

МНо – мотонейроны опускатели крыла,

МНп – мотонейроны подниматели крыла.

ВС – обозначение воз­буждающих синапсов,

ТС – обозначение тормоз­ных синапсов

(к оглавлению)

Наша задача – соеди­нить рецепторы с мотонейронами так, чтобы поведение сети соответствовало заданным условиям.

а) Крылья на свету раскрываются, по­этому соединим световой рецептор с МНо возбуждающим си­напсом.

б) Когда же температура поднимется вы­ше 36°С и заработает тепловой рецептор, крылья должны закрыться. Значит, надо соединить рецептор Т с МНп возбуж­дающей связью.

в) Мышцу-антагониста (опускателя крыла) надо при этом затормозить; для этого надо соединить тепловой рецептор с МНо тормозной связью. Но один и тот же нейрон, как говорилось выше, не может быть одновременно и возбуждающим и тормозным, поэтому для создания торможения надо поместить в линию, ведущую от Т к МНо, тормозной вставочный нейрон (вставочный нейрон еще назы­вают интернейроном).

Теперь, если будет и светло и тепло, МНо не будет работать, так как на него приходят равные по величине, но противоположные по знаку сигналы, которые не доведут его до порога.

г) Однако наша схема не полностью удовлетворяет условиям задачи: если на улице холодно и нет солнца, то, по условию, крылья должны быть закрыты, а из нашей схемы этого не следует. Теперь мы используем холодовой рецептор. Его надо соединить с МНП возбуждающей связью. Но в ситуации «хо­лодно и светло» эта связь не должна работать, иначе она помешает опустить крылья. Значит, в схему придется ввести еще один тормозной интернейрон, который будет выключать эту линию, когда светит солнце.

Теперь наша схема полностью удовлетворяет условиям за­дачи.

На примере этой задачи можно выделить типичные этапы решения задач на нейронные сети:

а) выбор необходимых рецепторов и эффекторов;

б) попытки соединить их друг с другом возбуждающими и тормозными связями в соответствии с условиями задачи;

в) введение в схему воз­буждающих и тормозных интернейронов, если прямое соединение рецепто­ров и эффекторов не приво­дит к успеху;

г) проверка полученной схемы на соответствие всем условиям задачи.

Другой вариант нейронной сети, управляющей крыльями ба­бочки крапивницы, также удовлетворя­ющий условиям задачи:

На рисунке приведено дру­гое решение той же самой задачи. В этом решении использован спонтанно-активный нейрон, т. е. нейрон, который все время возбуждается сам по себе без всяких воздействий извне. Такими свойствами обладают не только неко­торые нейроны, но и некоторые мышечные клетки. Например, сердца позвоночных животных периодически сокращаются потому, что в них имеются спонтанно-активные мышечные клетки. Этот спонтанно-активный нейрон (на рисунке он обозначен СА) будет все время возбуждать МНп и тем самым все время закрывать крылья. Крылья будут закрыты всегда, кроме ситуации, когда одновременно возбуждены рецепто­ры X и С; в этом случае они возбуждают интернейрон 2. Эта цифра обозначает порог данного интернейрона и тем самым указывает, что свет и холод поодиночке не способны его возбудить. Интернейрон 2 при возбуждении откроет крылья и через еще один вставочный тормозной ин­тернейрон затормозит спонтанно-активную клетку. В этой схеме мы обошлись вместо трех всего двумя типами рецепторов, но зато нам потребовались спонтанно-активный нейрон и интернейрон с порогом 2.

Задача для самостоятельного решения:

Если собака Бетти видит мясо в своей миске, она ест его. Если собака видит мясо, лежащее на столе, и хозяйки нет в кухне, она ест это мясо. Когда хозяйка в кухне, собака не трогает мясо, лежащее на столе. Придумайте нейронную сеть для такого поведения собаки.

Обо всем этом и многом другом вы можете прочитать в книге М.Б. Беркинблита «Нейронные сети».

(к оглавлению)
Центральная нервная система

Центральная нервная система (ЦНС) Хордовых развивается из впячивающейся внутрь складки эктодермы, лежа­щей непосредственно над эмбриональной хордой. При смыкании краев этой складки образуется полая спинная нервная трубка, проходящая по всей длине тела. В процессе дальнейшего развития нервная трубка дифференцируется, формируя расширенный передний конец - головной мозг и длинный цилин­дрический спинной мозг.

На всем своем протяжении центральная нервная система покрыта тремя мозговыми оболочками и заключена в защитную костную капсулу, состоя­щую из черепа и позвоночника. Снаружи мозг по­крыт прочной твердой мозговой оболочкой которая сращена с надкостницей черепа и позвоночника. Непосредственно к ткани мозга при­легает мягкая мозговая оболочка. Между твердой и мягкой оболочками находится паутинная оболочка образующая сеть из перекла­дин соединительной ткани, благодаря которым между мягкой и паутинной оболочками образуется подпаутинное пространство, заполненное спинномоз­говой (цереброспинальной) жидкостью. Большая часть спинномозговой жидкости содержится в цент­ральном канале спинного мозга, а в головном мозге она заполняет четыре расширенных участка - моз­говых желудочка. Спинномозговая жидкость омы­вает мозг снаружи и изнутри, и с ней соприкасаются кровеносные сосуды, обеспечивающие снабжение нервных тканей питательными веществами и кисло­родом и удаление продуктов обмена. В крыше мозга находятся переднее и заднее сосудис­тые сплетения, клетки которых выделяют спинно­мозговую жидкость и осуществляют связь между жидкостью, находящейся внутри мозга и снаружи.

Объем спинномозговой жидкости составляет около 100 мл. Помимо питательной и выделительной функций, она выполняет также опорную функцию и защищает нервные клетки от механических ударов о твердую костную поверхность. Ресничные клетки, выстилающие полость желудочков и центрального канала, поддерживают непрерывную циркуляцию спинномозговой жидкости.

В функции центральной нервной системы входят координация, интеграция и регуляция почти всех видов нервной активности; при этом ЦНС работает в тесном контакте с периферической нервной систе­мой. Высшие формы нервной деятельности, свой­ственные высокоорганизованным животным,- па­мять и интеллектуальные функции - связаны, воз­можно, с увеличенными размерами определенных участков головного мозга.

Дата добавления: 2015-09-18 | Просмотры: 1384 | Нарушение авторских прав