Нейронні мережі з Cobra SMARTsense

Додаткова інформація (1/2)

Додаткова інформація (2/2)

Перехідні (фазові) реакції: Фокус зорового сприйняття

Один тип нейронів реагує лише на зміну стимуляції, а не на постійну стимуляцію. Це так звані нейрони ON і OFF (увімкнення та вимкнення). Вони реагують лише на появу та/або зникнення стимулу активацією, яка зазвичай є короткою і тим інтенсивнішою, чим сильнішою є зміна стимулу. Ці два типи нейронів впливають на інші нейрони, наприклад, гангліонарні нейрони зорової сенсорної системи. Крім того, такі нейрони існують також у тактильній та нюховій сенсорних системах. Схема в цьому експерименті - приклад із зорової системи - може бути використана, щоб показати Взаємозв'язок гангліозних клітин сітківки з амакриновими клітинами. У сітківці фоторецептори контактують з біполярними клітинами, зазвичай кілька з яких з'єднані з однією гангліозною клітиною кожна. Крім того, фоторецепторні клітини з'єднані між собою за допомогою горизонтальних клітин, а гангліозні клітини - за допомогою амакринових клітин. Таким чином, кожна нервова клітина отримує сигнали від кількох сенсорних клітин, а кожна сенсорна клітина передає сигнали кільком нервовим клітинам. Рецепторні потенціали накопичуються на біполярних, горизонтальних і амакринних клітинах, тоді як потенціали дії формуються спочатку на гангліозних клітинах.

• Нейросимулятор 1, 2 і 3: Поріг спрацьовування регулятора: 0%.
• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 1 (стимул для ON): 100%
• Блок управління, регулятор інтенсивності стимуляції 2 (стимул для OFF): 100%

Нейронний генератор (внутрішній біологічний годинник))

Поведінка багатьох тварин і людей має ритмічні характеристики. Періодичність цієї ритмічності, яка бере свій початок у центральній нервовій системі, може тривати місяцями (наприклад, сезонний ритм), днями (наприклад, гормональний ритм), годинами (наприклад, цикл сон-неспання) або секундами (наприклад, ритмічні рухи багатьох тварин). У будь-якому випадку, нейронні осцилятори необхідні як таймери для такої поведінки. Приклад схеми показує, як можна змусити окремі нейрони коливатися,якщо їх згрупувати разом. Ритмічна поведінка цієї нейронної мережі базується на затримці в часі негативного зворотного зв'язку через вето-синапс.В результаті вхідний сигнал вимикається через рівні проміжки часу. Завдяки мембранній постійній часу нейронного модуля (зумовленій його ємнісними властивостями) не відбувається різкого спаду сигналу. З часовою затримкою, яка в основному визначається силою сигналу, невелике збудження у вето-синапсі знову призводить до настільки малого гальмування, що сигнал стимуляції може знову стати ефективним. Тобто гальмування у вето-синапсі стає настільки слабким після деякого часу збільшення сили гальмування, що більше не може пригнічувати збудливий синапс.

• Нейросимулятор 1, 2 і 3: Поріг спрацьовування регулятора: 0%.
• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 1 (стимул для ON): 100%

• Почніть вимірювання.

• Змініть поріг спрацьовування в порядку зростання. Натисніть і утримуйте кнопку стимулу 1 приблизно 5 секунд. Зачекайте, поки напруга досягне початкового значення, потім знову збільште поріг спрацьовування і т.д.

• Збережіть та оцініть результати.

Результати 2

Циклічне збудження (короткочасна пам'ять)

Таке самовідтворення збудження в групі нейронів є прикладом короткочасної пам'яті, оскільки стимул залишається в цій мережі на деякий час. Нейросимулятори 1 (ліворуч) і 2 (посередині) утворюють петлю позитивного зворотного зв'язку, тобто як тільки короткий стимул спрацьовує, сигнал передається далі. Третій нейросимулятор (праворуч) діє як гальмівний інтернейрон для нейросимулятора 2. За допомогою цієї установки можна досліджувати різні варіанти, змінюючи інтенсивність стимулу і пороги нейронів 1 або 2 та гальмівного інтернейрона.

• Нейросимулятор 1, 2 і 3: Поріг спрацьовування регулятора: 0%.

• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 1: 50%

• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 2: 100%
• Активуйте в measureAPP режим "Додаткова вісь Y".

1.1 Судомне збудження

• Почніть вимірювання і натисніть кнопку стимулу 1 приблизно на 1 секунду.
• Зупиніть вимірювання, як тільки напруга досягне вихідного значення.
• Варіант: Повторіть вимірювання і припиніть судомне збудження, натиснувши кнопку стимулу 2. Збережіть та оцініть результати.

1.2 Демпфірування (затухання)

• Почніть вимірювання і натисніть кнопку стимуляції 1 менш ніж на 1 секунду (дуже коротке натискання, як на гарячу поверхню плити).
• Зупиніть вимірювання, як тільки напруга досягне початкового значення, збережіть та оцініть результати.

2. Зміна циклічного збудження: Зміна тривалості стимулу

• Почніть вимірювання.
• Натисніть кнопку стимулу 1 менш ніж на одну секунду (дуже коротке натискання, як на гарячій поверхні плити).
• Зупиніть вимірювання, як тільки напруга досягне початкового значення. Збережіть результати.
• Повторіть вимірювання кілька разів. Мінімально змінюйте інтенсивність стимулу для кожного вимірювання: Мінімально поверніть регулятор інтенсивності стимулу 1, можливий рух в обох напрямках. Метою є отримання діаграм вимірювань з судомним збудженням і з демпфуванням.
• Щоразу зберігайте та оцінюйте результати. Перед кожним вимірюванням зупиняйте судомне збудження, натискаючи кнопку стимулу 2.

3. Зміна циклічного збудження: Демпфірування

• Почніть вимірювання.
• Натисніть кнопку стимуляції 1 приблизно на одну секунду.
• Натисніть кнопку стимуляції 2.
• Зупиніть вимірювання, як тільки напруга досягне початкового значення. Збережіть результат.

Кора головного мозку та сенсорне навчання

Цей експеримент показує, що пірамідальна клітина кори головного мозку може реагувати на певний стимул лише в тому випадку, якщо вона навчилася робити це завдяки попередньому співвіднесенню сенсорного сигналу з неспецифічним сигналом тривоги. Таким чином, тільки важливі сигнали зберігаються і обробляються, що дозволяє уникнути перевантаження кори головного мозку.Фотосенсор забезпечує специфічний сигнал органу чуття, , який збуджуєдіенцефальну клітину таламуса, яка, в свою чергу, збуджує геббіанський синапс пірамідної клітини кори головного мозку. Пірамідальна клітина кори також збуджується неспецифічним стимулом (канал 1). У той же час зірчаста клітинапригнічує пірамідну клітину. Ці три типи клітин утворюють тріаду. У корі головного мозку ссавців відбувається обробка сенсорних сигналів та їх зв'язування з руховими програмами. Крім того, тут відбувається зберігання досвіду. На ранній стадії розвитку кора головного мозку перебуває в дифузному, несформованому стані, в якому обробка сигналів не функціонує з тією точністю, як у дорослому організмі. Ця здатність лише повільно набувається через активну взаємодію з навколишнім середовищем. Обробка стимулів також є результатом пластичної адаптації. У цьому процесі завжди необхідний збіг між різними стимулами, щоб досягти пірамідної клітини кори головного мозку і стабілізувати там геббіанські синапси шляхом тривалого потенціювання.

• Нейросимулятор 1, 2 і 3: Поріг спрацьовування регулятора: 50%.

• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 1: 100%

Спрямована селективність через одностороннє інгібування (гальмування)

Приклади: Багато нервових клітин у сенсорних системах є селективними за напрямком. Наприклад, певні гангліозні клітини сітківки реагують лише тоді, коли світловий стимул рухається в певному напрямку, але не тоді, коли він рухається в протилежному напрямку. Подібна поведінка також відома для відчуття дотику. Цей нейронний ланцюг можна змоделювати за допомогою схеми з одностороннім гальмуванням між двома стимульними каналами, які активуються один за одним. Органи чуття локальної проекції, наприклад, сітківка ока або поверхня тіла з її тактильними рецепторами, в основному здатні кодувати рухи (зміни положення в часі). Відповідно, в цих сенсорних каналах знаходяться нейрони, які вибірково реагують на рух стимулу (див. також реакція увімкнення-вимкнення). Деякі з цих клітин не просто реагують на кожен рух, а реагують лише на певні напрямки руху, тоді як інші напрямки залишаються нереагуючими. Інтенсивність їхньої відповіді зазвичай залежить від швидкості руху, напрямку руху і - зазвичай меншою мірою - від інтенсивності стимулу, що переміщується. Такі клітини вже є в сітківці більшості хребетних тварин, але лише у деяких з них на більш високому рівні обробки (наприклад, у антропоїдів).

• Нейросимулятор 1, 2 і 3: Поріг спрацьовування регулятора: 0%.

• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 1 і 2: 50% кожна

• Активуйте тільки акустичний контролер гангліозної клітини (нейросимулятор 4).
• Потім збільште поріг чутливості гангліозної клітини, випромінюючи стимул тільки з каналу 1 так, щоб не було чутно потенціалу дії (акустичний контролер гангліозної клітини). Перевірте, чи чутний потенціал дії при активації каналу 2. Акустичний сигнал не повинен бути чутним.
• Частина 1: Початок вимірювання. Натисніть кнопку стимуляції 1 і відразу після цього (майже одночасно) кнопку стимуляції 2. Завершіть вимірювання. Збережіть та оцініть результати.
• Частина 2: Початок вимірювання. Натиснітькнопку стимуляції 2і відразу після цього (майже одночасно) кнопку стимуляції 1.Завершення вимірювання. Збережіть та оцініть результати.

Самокалібрування парних сенсорних каналів

Приклад: ембріональне формування осесиметричних видів не є досконалим, що призводить до незначних порушень симетрії. Нерівності сенсорних епітеліїв, наприклад, в органі рівноваги, можуть бути компенсовані нервовою системою: Принцип Хебба пропонує можливість регулювання вихідних сигналів таким чином, щоб вони були симетричними, коли органи чуття асиметричні.

Експериментальна установка: є два сенсорних нейрони і два інтернейрони (дві пари сенсорний нейрон - інтернейрон). Асиметричні сигнали надсилаються зі стимульного каналу 2 та стимульного каналу 3 на синапси Хебба двох сенсорних нейронів (тут: інтенсивність стимулу 50% та 100% відповідно). Сигнал, що надходить з 1-го сигнального каналу операційного блоку, надсилається до двох інтернейронів, які передають сигнал через свій еферентний аксон до своєї пари сенсорних нейронів, де сигнал посилюється за рахунок розгалуження. Обидва сенсорні нейрони пригнічують власні інтернейрони.

Структура 6.2

• Нейросимулятор 1, 2 і 3, 4: Поріг спрацьовування регулятора: 0%.
• Блок керування, регулятор інтенсивності стимуляції 1: 33%
• Блок управління, регулятор інтенсивності стимуляції 2: 50%
• Блок управління, регулятор інтенсивності стимуляції 3: 100%

Самокалібрування парних сенсорних каналів

• Почніть вимірювання.
• Натисніть кнопку стимуляції 1, зачекайте 1-2 секунди, утримуйте кнопку натиснутою і одночасно натисніть кнопки стимуляції 2 і 3.
• Тримайте три кнопки стимуляції натиснутими одночасно протягом більш тривалого часу (наприклад, 30 секунд).
• Завершіть вимірювання, коли напруга досягне початкового значення.
• Збережіть та оцініть результати.