Тема: Моделирование эмоциональных состояний мозга на основе норадреналиновой подсистемы импульсной нейронной сети

Эмоции - это отражение внутреннего состояния человека, его реакции на какое-либо важно событие в его жизни. Так во время преодоления трудностей человек испытывает стресс, готовящий человеческий организм к нагрузкам. Именно поэтому эмоции - важный механизм адаптации к новым воздействиям извне, механизм помогавший человеку на протяжении веков. С помощью эмоций люди могу лучше понимать друг друга, адаптироваться под воздействия окружающей среду, производить само регуляцию своего восприятия внешних факторов.
Интересно заметить, что эмоции испытывают как люди, так и животные. Если начать гладить кошку по голове, то скорее всего она замурлыкает - это тоже реакция на внешний раздражитель. Если же кошка увидит дичь, то в доли секунды её тело придёт в состояние готовности - уши подогнуты, хвост прижат, задние лапы согнуты для готовности к прыжку. В то время как человек стоящим рядом будет только пытаться понять, что же происходит.
Эмоции заложены в нас эволюцией, они как модели поведения, которые выбираются в зависимости от ситуации, так, например, если человека поощрить у него поднимется настроение. Все эти реакции на событие - психология человека.
С другой стороны, координацию работы человеческого тела осуществляет мозг, который используя центральную нервную систему рассылает команды- сигналы всему телу.
Мама гладит ребёнка, принёсшего пятёрку, по голове . Рецепторы расположенные в коже ребёнка на голове отправляют сигналы в мозг, в мозге происходит обработка сигналов исходящих от рецепторов, сопоставление с контекстом и, принятие решения и рассылка команд. В зависимости от решения, принятого мозгом организм начинает выполнять те или иные действия, будь то улыбка, смех и различные другие проявления радости.
Но что управляет самим мозгом?
Мозг является ответственным за решения? Но как происходит подбор решений? Возможно что в ходе эволюции все решения были уже заложены в мозг и сейчас он просто отдаёт команды в зависимости от имеющейся у него базы? Или он работает по строгому алгоритму?
Если мозг работает как алгоритм, то какие переменные он использует? И как запустить проверку, что мы всё сделали правильно?
Если человек сможет моделировать эмоциональное состояние мозга, то сможет предсказать дальнейшее развитие действий другого человека. Модели работы мозга можно использовать для обучения, тестирования, использовать как базу для чего-нибудь нового. Например, для эмоциональной модели поведения робота.
Представьте себе, что робот сможет отвечать эмоционально. Реагировать на что-то не просто подбирая шаблонно ответ, а так же совершать ряд действий для поддержания полноты общения.
Люди поддерживают свою речь рядом невербальных жестов, которые дополняют картину разговора. Так можно сказать приятные вещи собеседнику, но если вы при комплименте сделаете ухмылку, то человек подумает, что вы его оскорбили.
Чтобы смоделировать работу всего мозга, потребуется понять, как он работает. Что отвечает за тот или иной исход его работы, что подаётся на вход, что получаем на выход. Потребуется разработать алгоритм.
Мозг - орган, отвечающий за принятие решений, но как и любой другой орган, он зависит от питательных веществ, поступающих в наш организм. Учёные разрабатывают успокоительные, которые заставляют нас чувствовать себя более расслабленно или наоборот, почувствовать радость и счастье.
Но ведь при принятии препарата не происходит события, которое на эмоциональном уровне заставляет нас чувствовать радость. Смена самочувствия происходит на физиологическом уровне человека.
Для упрощения модели мозговой деятельности, возьмём за основу работы Хьюго Левхейма, который предположил, что эмоции рождаются в результате работы трёх нейромедиаторов - серотонин, дофамин, норадреналин. (Куб Левхейма) Другими словами он провёл связь между психическим состоянием и состоянием физическим.
Тогда для реализации всей системы нужно рассмотреть работу каждого из 3х нейромедиаторов, понять какие события заставляют их приниматься за работу, а какие наоборот, заставляют перестать работать. Так же запрограммировать работу этой системы в виртуальной среде.
Для работы в виртуальной среде можно использовать симулятор Nest. Для работы с ним потребуется навык работы с Python.
В данный момент в Nest реализована функция для dopamine. Nest написан языке C. Для разработки расширения предполагается использовать VisualStudio или Eclipse.
В данной работе автор собирается рассмотреть норадреналин, который отвечает за гнев в стрессовой ситуации.

Купить

В ходе работы было получено доказательство того, что для модуляции работы нейронной сети с помощью Nest, а именно функции работы норадреналина, можно использовать дофаминовую функцию.
Для того чтобы избежать путанницы, было встроено расширение для Nest в точности копирующую дофаминовую функцию (Приложение 8.3).
Результаты работы функции представлены в приложении 8.4, 8.5, 8.6. На графиках изображена зависимость потенциала на мембране нейрона от времени.
8.4 представляет собой входной сигнал из Motor Cortex. Motor Cortex - область головного мозга, отвечающая за обработку сигнала от внешних раздражителей. Например прикосновение.
Далее сигнал поступает в Locus coeruleus (Приложение 8.5), область ответственную за стресс, также “пятно” является производителем норадреналина. Отсюда сигнал поступает во многие области головного мозга.
Одна из областей, которая получается сигнал от Locus Coeruleus - Prefrontal Q)itex(l филожение 8.6). Prefrontal Cortex ответственна за формирование ответов, основываясь на личности человека.
Как видно на графиках (Приложение 8.4 - 8.6), мы воспроизвели реакцию на внешний раздражитель, затрагивающую 3 области головного мозга. Этого мало для реализации модели, но достаточно для проверки работоспособности функции.
В дальнейшем планируется воспроизвести работу большей части норадреналиновой системы. Норадреналиновая система является ответственной за реакцию на стресс - важная эмоция, которая помогает людям адаптироваться к внешним раздражителям.
В дальнейшем, на основе этой работы, планируется разработка модели поведения крысы. Если это удастся, то можно переходить к реализации модели поведения человека. Программа, моделирующая поведения человека, описывающая внутренние био-процессы, будет полезна во многих отраслях, начиная от психологических исследований, заканчивая фармакологией
Купить