Введение 3
1. Общие сведения 4
1.1. Структура Нейрона и нейронных сетей 4
1.2. Синапс 5
1.3. Возбуждение и торможение 8
1.4. Визуальная ассоциативная область коры головного мозга 9
2. Исследование визуальной области V4 13
2.1. Характеристика области 13
2.2. Архитектура кортикальных колонок 15
2.3. Алгоритм 17
3. Реализация 21
3.1. Выбор среды разработки 21
3.2. Вычисление данных 22
3.3. Архитектура проекта 22
4 .Результаты 24
Заключение 28
Список литературы 30
Список иллюстраций 33
Приложение 34
A. Создание списка данных 34
B. Создание списка параметров 34
C. Создание параметров для слоёв 35
D. Основная часть 36
E. Соединение слоёв 39
F. Построение 3Д модели 40
G. Теплокарта
На сегодняшней день, изучение головного мозга одна из наиболее интересных задач, ведь, несмотря на значительный прогресс в этом за последние годы, многое в его работе до сих пор остаётся загадкой. Особый интерес представляет у нас ассоциативные зоны, которые ответственные за то, как человек реагирует и взаимодействует с окружающей средой.
Целью данной работы является рассмотрение нейронов и их взаимодействие , сбор и анализ данных о визуальной коре головного мозга, исследование кортикальных колонок визуальной области V4 и создание программы, которая сможет:
1. Симулировать нейронную активность участка визуальной коры головного мозга,
2. Строить 3D модели кортикальной колонки визуальной коры головного мозга
3. Строить нейронные связей с помощью синапсов;
Степень научной разработанности исследований визуальной коры головного мозга человека или животных весьма невелика. Первые публикации датированы лишь с начала 1960ых годов[1]. На сегодняшний день, исследования визуальной коры идут полным ходом и привлекают к себе всё больше ученых. Именно поэтому на сегодняшний день остро стоит проблема в невероятно малом количестве или отсутствие вообще средств реализации и визуализации той работы, которая происходит у нас в коре головного мозга. Эту задачу помогает решить фреймворк NEST - симулятор нейронных сетей. С помощью него можно реализовать работу и взаимодействие нейронов внутри кортикальных колонок визуальной области V4.
Изначально были рассмотрены важные общие свойства нейронов и способы их взаимодействия друг с другом, а именно то, что нейрон состоит из тела клетки, аксона, дендрита, сомы и ядра; передаёт информацию с помощью химического и электрического синапс, который, в свою очередь, бывает возбуждающим и тормозящим. Это даёт основу для понимания как передаётся информация в организме и, что самое интересное, в головном мозге. На базе полученных знаний, изучены главные функции визуальной коры головного мозга. Рассмотрены важные области ассоциативной коры головного мозга, как и с кем они взаимодействует. Исследована архитектура кортикальных колонок, в которых взаимодействуют нейроны. И в последствие, разработана программа, которая может симулировать нейронную активность участка визуальной коры головного мозга, строить 3Д модели кортикальной колонки визуальной коры головного мозга и создавать нейронные связи с помощью синапсов.
Полученный результат работы программы можно применять для исследования взаимоотношений количественных и качественных характеристик работы нейронов в кортикальных колонках участка визуальной коры головного мозга V4. Полученная 3D модель помогает понять структуру и расположение нейронов в колонках. Все это может помочь в работе нейробиологов и при обучении студентов нейробиологических специальностей. Разработанную программу можно модернизировать для моделирования полного участка визуальной коры V4, для моделирования других участков визуальной коры головного мозга, изменяя исходные данные. Имея данные по всем участкам, необходимую вычислительную мощность и реализовав программные функции их разграничения и соединения, с помощью разработанной программы можно построить 3D модель всей визуальной коры головного мозга и отслеживать ее нейронную активность с течением времени.
На сегодняшний день еще нет ответа на вопрос: «А как же всё-таки устроена наша зрительная система?». Казалось бы, все разобрано по частям, но это не даёт ответа на него. Как и нет ответа на другой важный вопрос: «Как картинка, разобранная у нас в голове, собирается в одно изображение?».
