Введение 4
Глава 1.Обзор предметной области 6
1.1 Нейрон 6
1.2 Синапс 11
1.3 Неокортекс человека 13
1.4 Модульная организация коры 15
1.5. Методы записи нейронной активности 17
Глава 2.Теоретические аспекты визуальной коры головного мозга 19
2.1 Зрительная кора головного мозга 19
2.2 Участок зрительной коры V2 28
2.3 Взаимодействия V1 и V2 на примере визуализации предмета 21
Глава 3. Методы реализации и практические результаты 24
3.1 Постановка задачи 24
3.2 Вычисление данных 24
3.3 Построение 3D модели 25
3.4 Построение нейронных связей с помощью синапсов 26
3.5 Реализация генератора подающего сигнал, моделирующий визуальный
стимул 27
3.6 Реализация детектора отслеживающего нейронную активность
передающуюся на таламус с течением времени 28
Заключение 30
Список использованных источников 32
Список использованных иллюстраций 34
Анализ активности нейронных клеток головного мозга является одной из ключевых проблем, стоящих перед современной нейробиологией. Исследование данного вопроса является необходимым для построения коннектома мозга и понимания принципов функционирования высшей нервной деятельности. Для дальнейшего прогресса в области когнитивных систем крайне важно понимание принципов работы мозга, изложенных на языке математических моделей. Построением подобных моделей занимается вычислительная нейробиология. В последние десятилетия, вместе с увеличением темпов развития науки и техники, было сделано большое количество открытий в области нейробиологии. Так, в 1986 году было закончено описание коннектома нематоды Caenorhab-ditis elegans. Данный модельный организм обладает относительно простой нервной системой, состоящей всего из 302 нейронов, что делает его наиболее подходящим для компьютерного моделирования. Также предпринимаются попытки воспроизведения высших психических функций человека путём полной симуляции структуры головного мозга на низком уровне. В 2005 году Федеральная Политехническая Школа Лозанны и корпорация IBM начали работу над проектом «Blue Brain». Данный проект ставит перед собой амбициозную задачу моделирования неокортекса человеческого мозга с использованием кластеров суперкомпьютеров «Blue Gene/L». К сожалению, на текущий момент конечная цель проекта далека от завершения ввиду недостаточности вычислительной мощности для построения полной модели.
Задачи дипломной работы :
1. Сбор и обзор данных о визуальной коре или по иному зрительной коре головного мозга.
2. Сбор и обзор информации о кортикальных колонках при масштабировании до визуальной коры V2.
3. Разработать программу, которая позволяет симулировать нейронную активность участка визуальной коры головного мозга.
В итоге выполнения дипломной работы, позже проведения топологического обзора и составления подробной схемы взаимодействия кортикальных колонок участка визуальной коры головного мозга V2, была написана программа, которая моделирует связи нейронов в кортикальной колонке участка V2 с подмогой симулятора нейронных сетей NEST (Neural Simulation Tool).
В процессе выполнения дипломной работы были решены следующие задачи:
1. Собрана и проанализирована информация о визуальной коре головного мозга.
2. Собрана и проанализирована информация о кортикальных колонках при масштабировании до визуальной коры V2.
3. Разработана программа, дозволяющая строить 3D модель конструкции нейронов и симулировать нейронную активность кортикальной колонки участка визуальной коры головного мозга V2.
Эта работа вносит взнос в решение загвоздки понимания связи между конструкцией и динамикой коры головного мозга млекопитающих.
Полученный итог дозволено использовать для изыскания взаимоотношений количественных и добротных колляций работы нейронов в кортикальных колонках участка визуальной коры головного мозга V2. Полученная 3D модель помогает осознать конструкцию и расположение нейронов в колонках. Все это может подмогнуть в работе нейробиологов и при обучении студентов нейробиологических специальностей.
Разработанную программу можно модернизировать для моделирования полного участка визуальной коры V2, для моделирования других участков визуальной коры головного мозга, изменяя начальные данные. Имея данные по каждом участкам, нужную вычислительную мощность и реализовав программные функции их разграничения и соединения, с поддержкой разработанной программы можно возвести 3D модель каждой визуальной коры головного мозга и отслеживать ее нейронную активность с течением времени. Также, отключив в программном коде создание синаптических связей в определенных случаях, можно моделировать нейронную активность визуальной коры с пораженными участками.
