في العمل على محاكي الجهاز العصبي ، حتى الآن كنا نتعامل فقط مع جوانب مدروسة جيدًا لعمله. لكن تعقيد نمذجة الجهاز العصبي وسبب عدم إنشاء الذكاء الاصطناعي حتى الآن هو عدم وجود فهم كامل لكيفية عمل الخلية العصبية. يتم وصف العديد من العمليات التي تحدث في الخلية العصبية والجهاز العصبي ككل بالتفصيل ، ولكن لا توجد خوارزمية واضحة لعملهم يمكن نقلها إلى نموذج أو برنامج كمبيوتر.ساعدت الفكرة البسيطة لخوارزمية الخلايا العصبية في حل هذه المشكلة.المحتويات1. جهاز محاكاة الجهاز العصبي. الجزء 1. بسيط adder2. جهاز محاكاة الجهاز العصبي. الجزء 2. تعديل العصبية3. محاكاة الجهاز العصبي. الجزء 3. العنصر العصبي النقابي4. الذاكرة ، وتوحيد الذاكرة وخلايا عصبية الجدة5. النمذجة العاطفية أو الشعور الإلكتروني للجدة6. المخيخ مذهلة7. هيكل وبدء إعدادات الدماغيعجبني تشبيه رسم نظرية عمل الدماغ مع تجميع ألغاز من كتاب جيف هوكينز حول الذكاء. عند تجميع هذا اللغز ، نفتقر إلى بعض العناصر وبعض العناصر من لغز آخر ، ولكن لدينا مجموعة كبيرة من البيانات حول الجهاز العصبي والدماغ ، مما يعني أن لدينا لغزًا تقريبًا ، لذا يمكننا تخيل الصورة بأكملها تقريبًا ، واستخدام خيالنا يحدد العناصر المفقودة.هدفي هو إنشاء نموذج منطقي للجهاز العصبي ، يمكننا أن نقول إنشاء رسم تخطيطي لما هو مصور على لغز غير مكتمل ، علاوة على ذلك ، يجب أن يتوافق مع جميع العناصر المتاحة في اللغز ولا يتعارض معها وأن يكون مكتملًا منطقياً. من أجل سد الثغرات ، تم إنشاء بعض الأسس النظرية ، والتي قد تبدو مثيرة للجدل للبعض. ولكن بالنسبة للنموذج في هذه المرحلة ، فإن الشيء الرئيسي هو أنه يسمح لك بمحاكاة الظواهر الداخلية والخارجية المرصودة التي تحدث في الجهاز العصبي. في إطار النموذج الذي تم الحصول عليه ، يمكن تفسير العديد من الظواهر ، مثل دمج الذاكرة والذاكرة ، والعواطف ، وتخصص الخلايا العصبية ، وأكثر من ذلك بكثير.في الجزء الثاني ، اكتشفنا أن هناك ثلاثة أنواع من النشاط الانعكاسي أنشأها الأكاديمي I.P. بافلوف. إذا كان كل شيء واضحًا جدًا مع الآليات البيولوجية للإدمان والتوعية ، فإن تكوين ردود الفعل المشروطة ليس بهذه البساطة كما يبدو. والحقيقة هي أن المظاهر الخارجية لهذه الآلية تمت دراستها ووصفها على نطاق واسع ، ولا يوجد تفسير لكيفية حدوث ذلك على المستوى الخلوي.
على سبيل المثال ، نحن نعلم أنه عندما يتم الجمع بين نشاط مركزين عصبيين مع الوقت ، يتم تشكيل قوس منعكس بينهما. على سبيل المثال بعد ذلك ، عند تنشيط مركز عصب واحد ، سيكون هناك نقل الإثارة إلى مركز عصب آخر. إذا قسمنا بشكل مجازي مثل هذا القوس الانعكاسي إلى أجزاء ، واعتبرنا هذه الأجزاء كعناصر فردية. يمكن القول أنه عندما يتم تشكيل قوس منعكس من منعكس شرطي ، يحدث التبديل الاتجاهي في كل جزء. يختار كل جزء اتجاهًا محددًا يكون فيه ، يحدث انتقال الإثارة العصبية عند تنشيطه. بالطبع ، تجدر الإشارة إلى أن هذا الاتجاه غير محدد بوضوح للجزء ، ولكن يمكن ربطه بقيم معينة.يمكنك حتى التحدث عن تعزيز الإرسال في اتجاه معين وضعف في اتجاهات أخرى.
عندما يتم تعزيز المنعكس من خلال التكرار المتكرر ، يمكننا التحدث عن تحسين وتقوية الإرسال في الاتجاه لكل قطعة. يؤدي هذا المفهوم إلى استنتاج مفاده أنه إذا قسمنا القشرة بأكملها إلى شرائح متشابهة ، فسوف نلاحظ اتجاهًا معينًا في كل اتجاه بدقة وقوة مختلفة. سيتم تجفيف كل جزء بواسطة جزء من بعض القوس المنعكس من المنعكس المشروط أو غير المشروط. من المفترض أنه يمكن تحسين أو تغيير هذا التوجه في عملية التعلم.
إذا انتقلنا إلى النموذج العصبي ، فإنه لا يوفر توجيهًا في الاتجاه. لدينا غشاء وتغصنات تستقبل الإشارات ومحوارًا ، يتم من خلالها إرسال الإشارة إلى خلايا أخرى بعد جمع الزمكان ، أي أن الإشارة تنتقل في اتجاه واحد على طول المحور العصبي إلى نهايته. ولكن في الوقت نفسه ، ما زلنا نلاحظ تشكيل توزيع موجه للإثارة في الدماغ ، مع تشكيل ردود الفعل المشروطة.نموذج العصبون, . . -, , .. . -, - -. -, . , — , . , . , , . .
إذا لم نعتبر خلية واحدة كوحدة وظيفية للتبديل الاتجاهي ، ولكن منطقة صغيرة من الخلايا ، فيمكننا أن نرى أن الخلايا وعملياتها متشابكة للغاية ، وفي اتجاهات مختلفة. يوفر ذلك عنصرًا للاتصال الاتجاهي مع العديد من المدخلات والمخرجات في اتجاهات مختلفة.
يرجع شكل العصبون إلى التغيرات التطورية. تم تشكيل شكل الخلية في الجهاز العصبي حيث تم تنفيذ أبسط وظيفة للنشاط العصبي. عندما تطلب تطور الحياة على الأرض إضافة تكوين ردود الفعل على مجموعة وظائف الجهاز العصبي ، فإن التطور لم يتبع مسار إعادة هيكلة الخلية ، ولكن الزيادة في عددها والتداخل الكثيف لعملياتها.وبالتالي ، يتم توزيع خاصية التبديل الاتجاهي في مجموعات من الخلايا العصبية ، في تغيير في قوة المشابك العصبية. العنصر العصبي النقابي هو وحدة وظيفية في النمذجة ، وبالتالي فهو تناظري في علم الأحياء لأنه مجموعة من الخلايا العصبية التي سيتم التعبير عن ظاهرة التحول الاتجاهي لها.اكتشفنا أن اتجاه انتشار الإثارة مهم بالنسبة لنا ، ولكن كيف يتم تحديد هذا الاتجاه لكل عنصر وظيفي. من المعروف أن الإثارة تميل إلى الانتشار إلى مصدر آخر من الإثارة ، وتركيز أقوى وأوسع من الإثارة يجذب الأضعف (استنتاج بافلوف الأول). على سبيل المثال إذا حصل عنصر وظيفي على الإثارة ، فعليه بطريقة ما تحديد الاتجاه الذي سيتم تشكيله لاحقًا والاحتفاظ به في هيكله.في عملي على النمذجة ، بدأت من فكرة التفاعل الكهرومغناطيسي للخلايا العصبية ، وأعطت هذه الفكرة إجابات للعديد من الألغاز حول الدماغ ، وأعطت نظرية ونموذجًا يشرح العديد من جوانب الجهاز العصبي.
الدافع العصبي في الجهاز العصبي بأكمله له نفس الشكل ، وبالقياس معه ، يمتلك العنصر العصبي النقابي خاصية الشحنة التي تميز التغيير في الشحنة الإجمالية على سطح أغشية الوحدة الوظيفية. على سبيل المثال يتم إعطاء قانون معين لتغيير خاصية معينة تسمى تهمة.
إذن القانون محدد في البرنامج ، المقياس الأفقي هو الوقت بمئات أجزاء الثانية ، الشحنة الرأسية بالوحدات النسبية. يختلف إلى حد ما عن جدول الارتفاع في هذا الجزء من الحد الأقصى لفترة أطول. هذا يرجع إلى حقيقة أن قيم السنبلة يتم تحديدها عند نقطة واحدة في الأنسجة العصبية أثناء مرور الإثارة ، والرسم البياني للشحنة هو انعكاس للشحنة على جميع سطح الخلية أو مجموعة من الخلايا. أيضا ، يتم أخذ حالة بقية الأنسجة العصبية كصفر على مقياس الشحن. وتجدر الإشارة إلى أن قانون تغيير الشحن يعكس أيضًا إمكانات التتبع ، والتي كان يُنظر إليها سابقًا على أنها نتيجة لتذبذب معين أو محاذاة الشحنات المفصولة بواسطة الغشاء ، ولكن هذا السلوك من الشحنة كان مهمًا جدًا للنموذج.
يوضح الشكل أعلاه رسمًا تخطيطيًا لعنصر عصبي ارتباطي. تدخل الإشارات من نقاط الاشتباك العصبي المباشر (X1 ، X2 ، X3 ... Xn) إلى المعلن (أ). وإذا تجاوزت الكمية الناتجة عتبة معينة (ب) ، فسيتم تنشيط عنصر عصبي. عند تنشيط عنصر عصبي ، ستبدأ شحنته في التغيير وفقًا للقانون المعمول به (ج). ستتوفر معلومات حول هذه التغييرات وموقع العنصر نفسه للنظام بأكمله. بعد ذلك ، عند نقطة معينة من الزمن ، تبدأ آلية تحديد متجه الاتجاه المفضل لانتشار الإثارة (g). يحدث هذا من خلال الحصول على متوسط موضع شحن معين لجميع العناصر العصبية النشطة ، أي مركز كتلة الشحنات ، تتميز بنقطة في الفضاء. تسمى هذه النقطة نقطة النمط ،لأنه لكل تركيبة من الخلايا النشطة وحالة شحناتها في لحظة محسوبة في الوقت المناسب لكل عنصر عصبي ، سيكون موضع هذه النقطة مختلفًا. ببساطة ، تؤثر شحنة العناصر العصبية على تحديد اتجاه الاتجاه للانتشار المفضل للإثارة ، فالشحنة الموجبة تجذب الإثارة ، والشحنة السلبية تتصدى.لتحديد متجه انتشار الإثارة المفضل ، تم اختيار قاعدة:
حيث r هي المتجه الذي تكون بدايته في مركز العنصر العصبي الذي يتم تحديد المتجه له ، والنهاية في وسط العنصر العصبي nth.تم اختيار قاعدة تغيير القانون والقانون تجريبيا ، وذلك لمحاكاة تشكيل ردود الفعل المشروطة. مزيد من التفاصيل في المقالة .
بعد تلقي متجه الاتجاه المفضل لانتشار الإثارة (T) ، يتم حساب المشابك (Y1 ، Y2 ، Y3 ... Yn). يتميز كل المشبك بموجه متشابك (S) ، يقع بدايته في مركز العنصر العصبي والنهاية متصلة بمركز العنصر العصبي المستهدف الذي تنتقل إليه الإشارة. المعلمة الرئيسية للمشابك هي قوتها F ، وقيمة القوة محدودة ضمن إطار معين ، على سبيل المثال ، يمكن أن يكون للمشابك الحثي قيم من 0 إلى 10.تخيل أن المتجه T يشكل مخروطًا حول نفسه يقع رأسه في وسط العنصر العصبي ، ويكون المستوى الأساسي متعامدًا مع المتجه T ، إذا وقع متجه المشبك في المنطقة التي يحدها هذا المخروط ، فستزداد قيمة المشبك بقيمة معينة. وبالتالي ، إذا كان ناقل المشبك خارج منطقة المخروط ، فإن قوة المشبك تنخفض ، لكن قيمة القوة لا تتجاوز الحد الأقصى والحد الأدنى المحدد.تتميز منطقة المخروط حول المتجه T بالزاوية عند قمة المخروط المحدد ، وتسمى هذه الزاوية التركيز. كلما كان التركيز أصغر ، كلما تم تحديد اتجاه انتقال الإثارة بدقة أكبر في العنصر العصبي. كما ذكرنا سابقًا ، عندما يكرر الجسم نفس المنعكس المشروط ، يتم صقله. لذلك ، تم اختيار طريقة تغيير التركيز التالية للنموذج ، عند حساب المتجه T ، تتم مقارنته بقيمته السابقة ، وإذا تغير المتجه بشكل غير ملحوظ ، ينخفض التركيز بمقدار معين ، ولكن إذا تم تغيير المتجه بشدة ، فإن التركيز يعود إلى قيمته القصوى. وهذا يؤدي إلى انخفاض تدريجي في التركيز مع التكرار المتكرر لنفس الظروف.هذه نقطة مهمة جدًا ، هذه هي مدى تغير قوة نقاط الاشتباك العصبي مع كل عملية تنشيط. يتم تحديد ذلك من خلال معامل المرونة العصبية P. ستكونصيغة القيمة الجديدة لقوة المشبك هي:Fnew = Fold + I × P × (Fmax - Fmin) ؛Fmin ≥ Fnew ≥ Fmax ؛حيث P هي المرونة العصبية (0 ≥ P ≥ 1) ؛I هي معلمة تحدد ما إذا كان متجه المشبك ضمن منطقة زيادة قوة المشبك (I = 1) أو في منطقة تناقص قوة المشبك (I = -1) ؛أضعاف - قيمة قوة المشبك السابقة ؛Fmin - القيمة الدنيا لقوة المشبك ؛Fmax - القيمة القصوى لقوة المشبك.تميز المرونة العصبية في علم الأحياء كيف أن العصبون مرن للتغيرات في هيكله تحت تأثير الظروف الخارجية. تتميز مناطق مختلفة من الدماغ بدرجة اللدونة الخاصة بها ، ويمكن أن تختلف أيضًا اعتمادًا على بعض العوامل.
يسمح لنا هذا المثال بفهم كيفية تكوين ردود الفعل المشروطة على أساس العناصر العصبية الترابطية. تشكل العناصر العصبية البيضاء القوس المنعكس للانعكاس غير المشروط بالعنوان "R" والإجابة "1". هذه العناصر العصبية لا تغير قيم قوة المشابك. لا تشارك العناصر العصبية الزرقاء في البداية في أي أعمال منعكسة ، ويبدو أنها تملأ بقية مساحة الجهاز العصبي ، وهي مرتبطة عن طريق الخطأ من خلال المشابك العصبية. لذلك ، إذا قمنا بتفعيل عنصر عصبي واحد مرتبط بمستقبل "Q" ، فإن تركيزًا معينًا من الإثارة سيظهر له طبيعة عشوائية للتكاثر وبعد الذهاب في دورات مع نفسه ، فسوف يخرج بعد فترة ، دون إنشاء أي إجابة. إذا قمنا بدمج منعكس غير مشروط مع العنوان "R" وتفعيل مستقبل "Q" في نفس الفترة الزمنية تقريبًا ،ثم يتشكل قوس منعكس من المنعكس المشروط. وسيؤدي تنشيط مستقبل "Q" فقط إلى الإجابة "1".من أجل وضوح النموذج وتحسينه ، استخدمنا الإنشاء الديناميكي للعناصر العصبية ، والتي تحاكي المساحة المليئة بالجهاز العصبي بعناصر متصلة عشوائيًا. هنا ، لا يتم نمذجة بعض نمو الخلايا العصبية الجديدة ، أو الاتصالات الجديدة ، تحدث جميع التغييرات فقط في قوة المشابك العصبية ، ولا تظهر فقط العناصر العصبية التي لم تشارك سابقًا في أي فعل منعكس.
يوضح المثال التالي كيف تتصرف الإثارة عندما يتم تنشيط المراكز المختلفة في ظروف متساوية وبلدونة مطلقة (P = 1).
تغيير في اتجاه انتشار الإثارة تحت تأثير مركزين من الإثارة ، عندما تكون اللدونة مطلقة (P = 1):
وعند اللدونة المنخفضة (P = 0.1):
على هذا انتهينا من النظر في أساسيات نموذج الجهاز العصبي. في الجزء التالي ، سننظر في الأشياء التطبيقية ، وكيفية استخدام كل هذا لمحاكاة الذاكرة والعواطف وتخصص الخلايا العصبية.