神经系统模拟器。第1部分。简单加法器

您好，极客时间！我想分享我的工作，以创建一个系统，使您可以对神经系统的反射和认知过程进行建模。

该系统部分地体现在在Unity3D游戏引擎上创建的简单程序中。这是神经系统的一种模拟器，因此，它不仅可以模仿简单的反射，而且可以展示神经系统中的各种现象，例如成瘾，敏化和条件反射的形成。还可以模仿临时和长期记忆及其巩固，情绪和情绪行为。而且，既有简单的情感，例如饥饿和饱食，也有更复杂的情感，例如好奇心，恐惧或感情。借助该系统，我们将有机会了解大脑各个区域的目的，如何识别视觉图像，如何对发生的事情进行训练和情感评估。

我打算在一系列文章和视频中讨论所有这一切。前三篇文章专门介绍基础知识，其中我将讨论系统的主要组成部分-神经元素。

该系统的主要元素是-神经元素。我故意避免使用“神经元”这个名称，因为神经元并不总是象征生物神经元，而是在某些情况下可能是生物神经元某些部分的类似物，在某些情况下可能是一组神经元的类似物。但是，神经元的基础当然是生物神经元。

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加法器可以表示如下，它类似于其中收集了所有介质的容器的容器。但是随着神经递质释放到生物神经系统中的突触间隙中，其连续浪费发生了。突触裂隙中的神经递质被一种特殊的酶破坏；它可以被突触吸收回去或超出突触裂隙。因此，在我们的血管中有一个开口，由于该开口，神经递质（c）的总质量不断减小。参数D表示总模量的下降速率。

如果神经递质的总质量超过某个阈值（g），则发生神经元的激活，但是如果神经递质的一部分小于阈值，则随着时间的流逝，其水平可能降至零，并且不会发生任何激活。

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接触突触（h）如果神经元未处于活跃状态或处于恢复期，则会激活它。可以说，如果有可能，来自接触突触的信号会激活神经元，否则将被忽略。

让我们看看神经元素如何在最简单的反射示例中起作用：膝盖反射。膝跳反射仅由三个神经元组成，受体神经元从肌腱受体接收信号，然后将信号传输到插入神经元，然后运动神经元将信号传输到伸肌。



因此反射将在程序中显示：



制动示例。与受体“ E”相关的神经元具有抑制作用：



反射竞争的一个例子（基于Sechenov I.M.的作品）。相互抑制两种不同的反射：



激发节奏的转变
神经系统的单脉冲很少见。在大多数情况下，来自受体的信号是一系列脉冲，根据这些脉冲的强度，我们可以谈谈对受体的影响程度。脉冲产生的次数越多，作用在接收器上的效果就越强；如果是压力接收器，则压力越大；如果是温度接收器，则温度越高。

神经系统中观察到的现象之一是兴奋性节律的转变-穿过神经中枢时神经冲动频率的变化。

借助于神经元，可以增加神经冲动的频率。在单次暴露于神经元的水平远高于其激活阈值的情况下，在加法器值降至低于阈值的水平之前，神经元设法工作了好几次。

如前所述，减少神经冲动的搏动频率是由于神经元的静止时间增加，而静止时神经元对外部信号无反应。

将冲动从稀有转换为更频繁的示例。在这种情况下，单次暴露于神经元的水平远高于其激活阈值，并且在加法器值降至低于阈值的水平之前，它设法工作了好几次：



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