小脑



小脑有什么惊喜?大脑部门让我们有机会享受音乐的美丽和辉煌,令人难以置信的准确性和舞蹈动作的优雅。

内容
1.神经系统模拟器。第1部分。简单的加法器
。2 .神经系统的模拟器。第2部分。调制的神经元
。3。神经系统模拟器。第3部分。联想神经元
4.记忆,记忆巩固和祖母的神经元
5.情绪建模或新奇的电子感觉
6.小脑令人惊奇
7.结构和开始的大脑设置

整个大脑和神经系统使用相同的离散信号,短脉冲,短振幅相同的信号来工作,控制各种有机物的方法是改变每单位时间的脉冲数,即信号频率。而且,对接收器的影响程度是由脉冲频率的变化精确确定的。

我们的运动系统有可能采取非常精确的动作,使我们的肢体平稳运动或精确运动。为此,将需要高度控制灵活性的肌肉分为运动单元。运动单位是运动神经元和相关的肌肉纤维。并且运动中参与的运动单位越多,肌肉收缩所产生的努力就越大。同样,各种运动单元的肌纤维缠绕在一起,以分配负荷和作用场。因此,不仅可以通过运动单元的激活频率来控制肌肉,而且可以在活动中控制它们的总数。



想象一个简单的反射,其标题的激活导致肌肉的完全收缩。在这种反射下,几乎将同时激活所有电机单元。但是在生活的过程中,可能需要例如使肌肉平滑收缩或使肌肉有计划地放松,或者仅需要使肌肉平滑地放松,但随后需要快速放松。



在模拟的示例中,考虑到每个动作指标是一条肌肉的运动单位这一事实,几次反射导致了假设肌肉的激活具有不同的性质。在该示例中,存在一个主反射,其激活导致同时启动所有电机单元。在这种反射的基础上,通过上部结构创建了反射,该反射确保了马达单元的顺序打开或关闭,这增加了一些时间因素。

在发育过程中,动物学会了控制自己的身体,并且训练不仅以建立关联,链接某些事件的形式进行,而且还以非常准确的方式及时地调整了这些事件的比率。当然,激励沿着反射弧的传播给出了时间因子,但是反射形成的机制不允许使该因子足够精确。神经系统应具有一种机制,可以记住动作之间的时间间隔,此外还应具有足够的灵活性,以便进行再训练。

在发展大脑理论和研究神经系统时,我对小脑感到非常惊讶,小脑的功能与其他大脑结构大不相同。首先,这是小脑的大小与规定的功能之比。小脑约占整个大脑的14%(对于动物而言,该比例将上升),并且,如您所知,它可以协调我们的身体,还可以执行一些自主功能。在这种情况下,小脑受损会导致协调失调,表现为难以保持平衡,动作准确,笔迹不均匀,说话缓慢等。对于动物的成功而言,这些功能非常重要,但例如,小脑的大小要比维尼克(Wernicke)和布罗卡(Broca)区域的总和还要大,尽管这些区域负责人类的语音,即它们以较小的尺寸执行更复杂的功能。

其次,在小脑中有不同寻常的神经元形式-浦肯野细胞。这些细胞的树突在细胞核的一侧强烈分支,并在同一平面上分支。细胞的这种形状一定是由于某种原因,通常是神经元的树突生长而没有在平面中严格定向的。



第三,小脑皮层的结构与新皮层的结构明显不同。在小脑皮质中,仅区分三层:分子层,浦肯野细胞层和颗粒层。如果在进化过程中新皮层增加了它的层数,那么这在小脑中就不会发生。通常,进化不会触及行之有效的方法,并且无法充分发挥其功能。考虑到小脑在进化上出现得较早,因此可以说其皮层的结构在其功能下通过进化而得到了完善。



小脑皮层结构的特征之一是平行纤维的存在-这些是相互平行且垂直于浦肯野细胞树突生长平面传播的谷物细胞(粒状细胞)的轴突。浦肯野细胞的形状可能是由于这样的事实,即它增加了浦肯野细胞在皮质生长和发育过程中平行纤维和树突之间接触的可能性。浦肯野细胞是用于生长平行纤维的“捕集细胞”。

已知动作电位以短脉冲的形式并以有限的速度(约1 m / s)沿神经组织传播。这表明平行纤维和浦肯野细胞的复合体是一种计时器,由粒状细胞的激活触发,并且通过沿平行纤维传播的动作电位对浦肯野细胞的顺序激活来计算时间间隔。



基于此假设,开发了一个模型,该模型可以大大简化小脑的结构。浦肯野细胞通常在小脑核中具有抑制作用,在皮层本身中有许多抑制性细胞以及类脂纤维,但是为了简化的目的,我们不会考虑所有因素。该模型的目的是形成对小脑手术原理的理解。

想象一个简单的反射,一个刺激就会发生作用。而且我们需要训练神经网络,以便对给定的刺激没有单一的反应,而是一系列具有一定节奏的答案。使用通常的关联方法,这几乎是不可能实现的。您需要某种可以统计事件之间时间的工具。这样的工具是定时附件,它是生物小脑的类似物。



定时加载项基于串联连接的一系列神经元。启动此链的信号通过辅助制动电路,该电路仅传递单个信号,这是必需的,因此链的各个元素之间没有相互作用和竞争。导致学习的所有变化都发生在可塑性神经元的突触中,每个可塑性神经元在回路中都有其自己的元素,这类似于浦肯野细胞和平行纤维的复合物。

当可塑性神经元的活动与代表反射弧的一部分的神经元相吻合时,就会发生强度增强和连接它们的突触增强。在没有巧合的情况下,强度会降低。这些变化的速度取决于可塑性神经元的神经可塑性。最初,塑性神经元突触的强度不足以激活该代表,仅在几次连续的巧合之后,突触的作用才足以激活。再重复几次后,这种情况将得到加强。当然,我们可以通过更改可塑性神经元的可塑性度量来控制学习速度。

现在,如果我们重复反射,以必要的节奏激活刺激,然后在单次激活刺激一段时间后,我们将以学习的节奏获得答案。



在以上示例中,记忆了节奏。当然,可以设置任何节奏。该示例方案基于早期版本中描述的神经元。

我们可以得出结论,小脑的功能是在各种运动动作中在记忆中保留短时间间隔。

从定时附加组件的工作示例可以看出,它只能与一个电机单元一起工作,每个电机单元都需要自己的组件。每个电机单元都有自己的Purkinje细胞链,不仅可以“跳动”节奏,还可以学习由于每个电机单元的及时协调而产生的运动特性(平滑度,清晰度)。



活动与任务相关的人的小脑体积增加,需要在运动中将确切的时间间隔(时间)存储在记忆中。首先是音乐家,舞者和运动员。

可以注意到,在存储器中记录时间间隔需要大量的单元;这导致小脑的较大相对大小。但是,通过演进选择的方案首先旨在可靠性和灵活性。

当创建大脑的基本模型时,无需考虑进化选择的所有方案,并且可以使用像浦肯野细胞和平行纤维的整个复合体一样工作的神经元。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397707/


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