Список иллюстраций 3
Обозначения и сокращения 4
Введение 5
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 8
1.1 Моделирование нейронных сетей 8
1.2 Анализаторы 9
1.3 Височная доля 10
1.4 Слуховая сенсорная система 11
1.5 Структура первичной слуховой коры 14
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 18
2.1 Постановка задачи 18
2.2 Используемые инструменты 18
2.3 Модель взаимодействия слоев зоны A1 19
2.4 Результаты моделирования 23
Заключение 32
Приложение
Моделирование процессов мозга - одна из самых важных научных проблем этого века. Основным направлением моделирования является исследование процессов генерации сигналов в отдельных клетках, способах передачи зрительной и звуковой информации.
Вычислительная нейронаука быстрорастущая научная область, посвященная исследованию нервной системы с помощью компьютерного моделирования. Слуховая область нейробиологии пытается объяснить, как мозг воспринимает акустическую среду. Изучение деятельности анализаторов имеет большое значение как теоретическое, так и практическое для физиологии, философии, психологии и медицины; это также важно для технического прогресса.
Исследование в данной работе сосредоточено на звуковых образах в височной доле, а конкретно в слуховом анализаторе. Активность нейронов в первичной слуховой коре является главной темой работы. Актуальность данного исследования определяется необходимостью разработки физической модели структуры слуховой коры височной доли при обработке звуковых стимулов, аналогичный биологическому. Данное исследование позволит приблизить роботизированные системы к человеческому мышлению. Модель поможет поспособствовать к лучшей адаптации искусственного интеллекта к социальной среде за счет того, что слуховое восприятие - один из факторов, оказывающий влияние на принятие того или иного решения.
В связи с ростом доступности вычислительных ресурсов, исследования с применением компьютерного моделирования становятся все более популярными. На сегодняшний день ведутся работы над проектами «Blue Brain Project» и «Human Brain Project», которые спонсируются Европейским Союзом. Оба проекта тесно связаны и пересекаются друг с другом. Целью обоих проектов является разработка модели работы целого мозга (всех 86 млрд. нейронов) и его последующее моделирование на суперкомпьютере.
BBP стартовал в июле 2005 года. Разработкой неокортекса человека. Ранее они занимались моделированием одной колонки новой коры крысы. BBP - это вычислительная часть [Ошибка! Источник ссылки не найден.].
HBP ставит своей задачей понимание работы головного мозга человека. HBP является фундаментальная частью. В ней работают над сбором научных данных о том, каковы принципы работы мозга, и решением задачи создания единой модели.
Целью данной дипломной работы является моделирование процесса обработки звуковых сигналов в первичной слуховой коре.
Объект исследования - первичная слуховая кора височной доли.
Предмет исследования - принцип обработки звукового сигнала в области первичной слуховой коры.
Для достижения цели поставленной в дипломной работе, необходимо решить следующие задачи:
1. Изучение теоретических сведений о анализе височной доли при звуковых стимулах.
2. Построение модели взаимодействия различных областей головного мозга в слуховой системе;
3. Исследование первичной слуховой коры головного мозга при анализе звуковых стимулов;
4. Изучение взаимодействия слоев и кортикальных колонок в первичной слуховой коре;
5. Разработка модели структуры первичной слуховой коры головного мозга при анализе звуковых стимулов;
6. Анализ возможностей фреймворка «Nest-initiative» для проведения симуляции работы аудиальной коры головного мозга;
7. Моделирование процесса обработки звуковых образов на симуляторе NEST.
Основу для моделирования анализатора составили результаты физиологических экспериментов, обобщение которых привило к построению представления о характере обработки сигналов биологическими структурами анализатора.
В данном проекте была проанализирована работа СА в височной доле. В частности:
• Изучена система слухового анализатора, дающая представление о том, как проходят нервные волокна, какие области они затрагивают.
• Изучена гистологическая структура первичной слуховой коры.
• Построена модель прохождения стимула по слоям AI.
• На основе полученной модели был смоделирован процесс обработки звуковой информации на симуляторе нейронных сетей NEST.
• Для тестирования модели передачи и обработки импульсов в А1, были сгенерированы стимулы и прослежены дальнейшие реакции нейронов слуховой коры.
• Изучены полученные данные о активности каждого слоя AI и подкорковых структур участвующих в процессе обработки аудио стимула.
Полученные результаты дают представление об стимуляции при работе первичной слуховой коры. Данные несут в себе вклад в развитие современных знаний о нейрофизиологических механизмах анализа звуковой информации в слуховой системе, важных для понимания принципов обработки простых акустических сигналов. Разработанная программа при объединении с другими участками мозга в дальнейшем даст возможность наделить искусственный интеллект функциями, присущими человеческому головному мозгу.
