ВВЕДЕНИЕ 3
1. Постановка задачи 6
2. Основные теоретические результаты 7
2.1 Биологический нейрон 7
2.2. Свойства сенсорных систем 8
2.2.2. Механизмы переработки информации в СС 8
2.3. Слуховая сенсорная система 9
2.4 Базальные ганглии и эмоции 10
3. Реализация взаимодействия слуховой коры с базальными ганглиями 15
3.1 Описание работы 15
3.2 Подготовительные работы 18
3.3 Моделирование схемы взаимодействия слуховой коры с базальными
ганглиями и таламусом 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
Список литературы 28
Приложение 30
Эмоции оказывают очень серьезное влияние на человеческие мыслительные процессы. Соответственно, их воспроизведение внутри вычислительных систем даст большой толчок в развитии интеллектуальных агентов, которые направлены на социальное взаимодействие и помощь в повседневной жизни. В результате они смогут адекватно социально взаимодействовать в обществе, будут способны помогать, испытывать сложные социальные эмоции, такие как эмпатия, сострадание и любовь [1].
Ученые совсем недавно стали уделять должное внимание эмоциональным вычислениям и воспроизведению эмоций внутри вычислительных систем [2].
Они ведут активную работу в плане постижения различных сложных механизмов эмоциональных состояний.
Актуальность темы подчеркивает американский исследователь, когнитивист в области искусственного интеллекта Марвин Мински, в одном из его последних работ - «The Emotion Machine» [3]. В «The Emotion Machine» он говорит, о том, что все явления, которые часто приписываются только людям и рассматриваются исключительно как человеческие, совершенно необязательно должны быть свойственны только человеку - они могут быть свойственны и разумным машинам.
На данный момент одними из главных задач для создания искусственного интеллекта является моделирование органов чувств (зрения, слуха), с помощью которых интеллектуальный агент может воспринимать информацию непосредственно из внешнего мира. А так же моделирование исполнительных механизмов (эффектов), позволяющих выводить информацию, возникающую в процессе мышления, во внешний мир и осуществлять те или иные действия.
Эти задачи имеют большое значение в создании искусственного интеллекта, который включает в себя взаимодействие интеллекта с органами чувств и с исполнительными механизмами, аналогичными тем, которыми располагает человек.
Объектом дипломной работы является воссоздания естественных эмоциональных состояний и процессов при воздействии на мозг аудиальных входных стимулов. Исходными данными для реализации являются результаты развития когнитивных наук, таких как психология и когнитивная нейробиология.
Цель дипломной работы заключается в том, чтобы реализовать интеграцию слуховой коры с базальными ганглиями, отвечающими за эмоции. Эмоциональная оценка будет реализована через поощрение дофаминовой подсистемы. Далее, на основе сделанной интеграции реализовать кластеры.
Для организации внутренних соединений в пределах базальных ганглиев будем использовать уже имеющуюся схему (рис. 11) предложенным Albin и его коллегами(1989) [4].
Для достижения цели поставленной в дипломной работе, необходимо решить следующие задачи:
- изучить биологический нейрон;
- изучить сенсорные системы;
- изучить слуховую сенсорную систему, включая первичную слуховую кору и вторичную (ассоциативную);
- изучить базальные ганглии;
- выявить связи слуховой коры с базальными ганглиями;
- реализовать схему взаимодействия слуховой коры с базальными ганглиями по схеме предложенной Albin и усовершенствованной схеме основанной на результатах современных исследований в нейробиологии;
- изучить фреймворк «Nest-initiative»;
- реализовать интеграцию слуховой коры с базальными ганглиями.
В процессе выполнения дипломной работы был проведен анализ научной литературы в области нейробиологии и психологии. В результате исследований была найдена связь слуховой коры с эмоциональной оценкой - базальные ганглии. За основу схемы дофаминовых путей в контурах базальной ганглий была взята упрощенная схема, предложенная Albin и его коллегами в 1989. Прямой и обратный были смоделированы за счет повышения и понижения активности на Striatum, активируя и дезактивируя SNc. Далее была построена схема взаимодействия слуховой коры с базальными ганглиями и таламусом.
На основе полученной схемы была организована практическая часть, где реализовывалась интеграция слуховой коры с базальными ганглиями, отвечающими за эмоции с помощью симулятора NEST. По приблизительным данным, в реальной биологической модели первичной слуховой коры существует 20000 кортикальных колонок. Для реализации интеграции взяли 40 кортикальных колонок первичной слуховой коры, т.к. вычислительная мощность компьютера была недостаточной для выполнения больших вычислений. Слуховая кора стимулировала субталамическое ядро (STN), Striatum и таламус. Striatum, в свою очередь, под влиянием SNc, выделяющего дофамин, влиял на выбор прямого или непрямого пути.
В ходе работы было выявлено, что во время работы непрямого пути, когда дофамин не выделяется GPi/SNr подавляют таламус и он молчит.
Во время выделения дофамина в Striatum активируется прямой путь, который блокирует работу SNr/GPi, таламус спайкует, т.к. никем не ингибируется. После того как выделение дофамина завершается, то вновь активируется непрямой путь. В результате таламус вновь молчит, что обосновывает смещение интервалов.
Таким образом, полученные результаты показывают работоспособность модели, показывая ее приближение к реальным результатам работы слуховой коры биологического мозга с дофамином.
В процессе выполнения дипломной работы были решены следующие задачи:
- изучен биологический нейрон;
- исследованы и проанализированы сенсорные системы;
- изучена слуховая сенсорная система, включая первичную слуховую кору;
- исследованы и изучены базальные ганглии;
- выявлены связи слуховой коры с базальными ганглиями;
- реализована схема взаимодействия слуховой коры с базальными ганглиями по схеме предложенной Albin;
- изучен фреймворк «Nest-initiative»;
- реализована интеграция слуховой коры с базальными ганглиями и Thalamus.
Реализация нейронной сети на вычислительной архитектуре, приведет к возможности реализовать систему эмоциональной оценки аудиальных входных стимулов так, как, это устроено у человека. Таким образом, реализовав вычислительные эмоции, получим большой толчок в развитии интеллектуальных агентов, которые направлены на социальное взаимодействие и помощь в повседневной жизни. В результате они смогут адекватно социально взаимодействовать в обществе.
