Ознакомьтесь с Условиями пребывания на сайте Форнит Игнорирование означет безусловное согласие. СОГЛАСЕН
 
 
Если в статье оказались ошибки...
 

Этот материал взят из источника в свободном доступе интернета. Вся грамматика источника сохранена.

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ СИГНАЛОВ

Относится к   «Обзор книг и статей по исследованиям психических явлений»

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ СИГНАЛОВ

K. Smirnov, Y. Smirnov

Russia, Saint-Petersburg, Center of biomedical researches “Dynamics” Smirnoff@ks1794.spb.edu

NEURODYNAMICAL PRINCIPLES OF SHAPING OF BIOPHYSICAL SIGNALS

In the report are stated neurodynamically principles of shaping of biophysical signals from receptors up to neural networks. For processing signals in hardware systems the new method of processing of a biophysical information - method neurodynamically of coding is offered basic in essence. The report is illustrated by the functional schemes and temporary diagrams, illustrating their work.

 

Смирнов К.Ю., Смирнов Ю.А.

Россия, Санкт-Петербург, Центр биомедицинских исследований “Динамика” Smirnoff@ks1794.spb.edu

НЕЙРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ

БИОФИЗИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

В докладе излагаются нейродинамические принципы формирования биофизических сигналов от рецепторных нейронов до нейронных сетей. Для обработки сигналов в реальных системах предложен принципиально новый метод обработки биофизической информации – метод нейродинамического кодирования. Доклад иллюстрируется функциональными схемами и временными диаграммами, поясняющими их работу.

Сигналы биоэлектрической активности характеризуют процессы, происходящие в различных системах организма и проявляется в изменениях ритмов сердца, мозга и любых других органов. Изменения динамических параметров биоэлектрических сигналов отражают реакцию организма на воздействия различных факторов внешней и внутренней среды. Влияние центральной и вегетативной нервных систем, а также рефлекторного и гуморального звеньев происходит на все органы человека и проявляется в изменении частотно-временных характеристик биоритмов организма, которые могут быть зарегистрированы в виде биоэлектрических сигналов в различных диапазонах частот.

Каждая рецепторная клетка организма реагирует на воздействия внешней и внутренней среды, к которым она чувствительна, в пределах ограниченной зоны, называемой рецептивным полем. Если мы проследим за работой одного зрительного анализатора сетчатки, то увидим, что он возбуждается только тогда, когда свет, проходящий через хрусталик, падает на рецептивное поле данного рецептора. Кожный рецептор воспринимает только то, что происходит в его рецептивном поле – в ограниченном участке, расположенном над ним на поверхности кожи. Конфигурация рецептивного поля отдельного рецепторного нейрона, реагирующего на тактильные раздражители, определяется конвергенцией нервных волокон от кожных рецепторов. Любые тактильные стимулы, попадающие в это поле, воспринимаются как исходящие из одного места. Стимулы, действующие в пределах более мелких участков, вообще не дифференцируются.

wpe209.jpg (7655 bytes)

1 – Многовходовый рецепторный нейрон

2 – Многоканальный промежуточный нейрон

3 – Многоуровневая нейронная сеть - ЦНС

С радиофизической точки зрения рецепторные нейроны представляют собой устройства, преобразующие аналоговые электрические сигналы, приходящие от рецепторов в последовательности бинарных импульсов.

Рецепторные нейроны представляют собой динамические детекторы т.к. реагируют только на изменение параметров поступающих на их вход сигналов.

Функциональная схема рецепторного нейрона представляет собой адаптивный дискретно-временной преобразователь аналоговых сигналов. Рис.2.

Рис.1. Передача сигналов

в нервной системе человека

Рис.2. Функциональная схема рецепторного нейрона

Блок 1 представляет собой интегратор, в котором производится суммирование входных сигналов, поступающих от совокупности однородных рецепторов. Аналоговый сигнал на выходе интегратора характеризует суммарный сигнал рецептивного поля.

Блок 2 представляет собой генератор тактовых импульсов, частота следования которых определяется спайковой активностью самого нейрона. Частота спайковой активности нейрона зависит от периода его относительной рефрактерности, который в свою очередь, зависит от амплитуды суммарного сигнала рецептивного поля. Рис. 3.

Рис.3 Изменение тактовой частоты в зависимости от сигнала рецептивного поля.

Блок 3 – компаратор, в котором производится сравнение сигналов, поступающих из интегратора 1 и аппроксиматора 4 в моменты времени определяемые периодом следования импульсов генератора тактовой частоты 2.

На выходе компаратора 3 формируется бинарный код, определяемый знаком разности, между аппроксимирующей функцией формируемой в аппроксиматоре 4 и аналоговым сигналом, поступающим из интегратора 1.

Сигналы от совокупности рецепторных нейронов, представляющие собой последовательности бинарных импульсов, поступают на вход промежуточного нейрона, который представляет собой многовходовое приемо-передающее устройство с единственным выходом. Рис. 2.5.

Рис. 4. Многоканальный промежуточный нейрон

Рис.5. Функциональная схема промежуточного нейрона

В многомодальном интеграторе 1 производится суммирование бинарных последовательностей импульсов, поступающих от рецептивных полей совокупностей нейронов различных модальностей. В физиологии сенсорных систем (..) под модальностями понимаются каналы восприятия информации различными органами чувств, так называемые сенсорные каналы: зрение, слух, обоняние, осязание, вкус и др., а также каналы восприятия информации поступающей из внутренней среды организма.

Таким образом, бинарный код на выходе компаратора 3 представляет собой последовательность бинарных импульсов, частота следования которых определяется модальностью сенсорного канала.

На выходе промежуточных нейронов различных модальностей формируются последовательности бинарных импульсов, периоды следования которых определяются модальностями сенсорных каналов.

Рис. 6. Принципы обработки сигналов в промежуточных нейронах сенсорных каналов различной модальности

Основная особенность работы промежуточных нейронов сенсорных каналов различной модальности состоит в том, что частота тактовых импульсов в генераторах 2 каналов 1,2,3 различна и определяется номером канала. Таким образом, последовательности бинарных импульсов на выходах промежуточных нейронов каналов 1,2,3 будут следовать с различной частотой.

Как было показано, последовательности бинарных импульсов на выходах промежуточных нейронов сенсорных каналов формируются с частотой строго определенной для каждого канала. Эти последовательности поступают на вход центральной нервной системы, в которой формируются нейродинамические коды всех сенсорных каналов.

Нейродинамические коды отдельных каналов представляют собой комбинации бинарных импульсов с конечным и строго определенным числом элементов. Нейродинамические коды формируются в различных временных интервалах, определяемых модальностью канала. Фундаментальным свойством нейродинамических кодов является то, что их количество равно числу элементов кода, а число элементов кода равно числу каналов. Реализация всей совокупности нейродинамических кодов – “нейродинамическая матрица” заканчивается, когда формируется полнозначная комбинация элементов нейродинамического кода сенсорного канала, имеющего наибольший период.

Фундаментальное свойство такой модели состоит в том, что каждой элемент этой модели функционирует как модель в целом, и количество вложенностей равно числу элементов кода и равно количеству сенсорных каналов.



Обсуждение Еще не было обсуждений.


Дата публикации: 2004-02-04
Последнее редактирование: 2018-04-19

Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

Об авторе:
Этот материал взят из источника в свободном доступе интернета. Вся грамматика источника сохранена.



Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

В предметном указателе: Депрессия у женщин Клиника, этиология, диагностика, принципы терапии | Некоторые общие принципы построения адаптивных систем управления | Основные принципы популяризации научных знаний | Принципы организации памяти мозга | Визуализация механизма формирования речи у детей | Методика формирования поведенческих навыков | Механизмы восприятия и формирования боли | Механизмы формирования эмоций | Отчет по проекту Механизмы формирования толерантности к старению в условиях современной России | Мозг мужчин и женщин отличается ориентацией нейронных связей | Анохин Константин - Новое поколение оптических методов исследования динамики нейронных сетей мозга | Моделирование нейронных сетей мозга | От живой клетки до искусственных нейронных сетей | Пластичность нейронных сетей в цнс виноградной улитки | Нейронная бухгалтерия, или Как мозг определяет важность сенсорного сигнала | Визуализация сигналов в мозгу | Детекторы побудительной значимости речевого сигнала | Кодирование сигналов | Детектирование сигналов | Специальная теория относительности неприменима к сверхсветовым сигналам (ppv) | Динамические диаграммы Минковского: обмен сверхсветовыми сигналами (ppv) | Динамические диаграммы Минковского на примере обмена световыми сигналами (ppv)
Последняя из новостей: Схемотехника адаптивных систем - Путь решения проблемы сознания.

Создан синаптический коммутатор с автономной памятью и низким потреблением
Ученые Северо-Западного университета, Бостонского колледжа и Массачусетского технологического института создали новый синаптический транзистор, который имитирует работу синапсов в человеческом мозге.

Тематическая статья: Целевая мотивация

Рецензия: Статья П.К.Анохина ФИЛОСОФСКИЙ СМЫСЛ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО И ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
 посетителейзаходов
сегодня:00
вчера:11
Всего:68988068

Авторские права сайта Fornit