Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
18 октября 2017, среда, 08:30
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

05 сентября 2017, 13:14

Нейронная сеть и зрительный поиск

Экспериментальные данные показывают, что в работе мозга существенную роль играет динамика электрической активности различных нейронных структур и их взаимодействие в процессе решения задач. Нейробиологи проявляют большой интерес к математическим моделям нейронной динамики, ожидая от них новых идей в объяснении механизмов памяти, внимания, распознавания и так далее. Построенная сотрудниками лаборатории нейронных сетей Института математических проблем биологии РАН модель осцилляторной нейронной сети дает понимание, как в мозге происходит одно из типичных когнитивных действий – процесс зрительного поиска и нахождения искомого объекта. Результат опубликован в журнале Neural Networks, кратко о ней рассказывает пресс-релиз института.

Модель предназначена для объяснения результатов психофизических экспериментов, связанных со зрительным поиском. Заведующий лабораторией нейронных сетей ИМПБ РАН Яков Казанович, прокомментировал полученный результат: «С помощью компьютерных вычислений было показано, что наша модель может воспроизводить данные о времени поиска для задач различной степени сложности, при этом имеет место линейная зависимость времени поиска от числа объектов на изображении, наблюдаемая в экспериментах».

Что известно из экспериментов?

В электрической активности мозга присутствуют разнообразные ритмические компоненты, в той или иной мере проявляющиеся в различных частотных диапазонах. При этом характер колебаний коррелирует с внешними воздействиями и психологическим состоянием исследуемого организма. Устойчивые паттерны ритмической активности были обнаружены в различных структурах мозга на уровне отдельных нейронов, нейронных популяций и структур мозга. Такие экспериментальные данные получены в первичных зонах зрительной и обонятельной коры, сенсомоторной коре, в таламусе, в гиппокампе и в других структурах.

Какова роль колебаний в обработке информации в мозге?

На этот вопрос пока нет определенного ответа. Одна из точек зрения состоит в том, что никакой специальной роли в обработке информации колебательная активность не играет. Она есть всего лишь следствие циклически протекающих процессов в мозге, связанных, например, с циркуляцией информации по кольцевым траекториям. Однако накапливающиеся экспериментальные и модельные данные дают все больше убедительных свидетельств того, что в основе механизмов когнитивных процессов лежит колебательная активность и ее синхронизация в различных структурах мозга. В связи с этим очень ценны математические модели, в которых показано, как экспериментальные данные могут быть объяснены исходя из осцилляторных принципов обработки информации.

Что такое зрительный поиск?

В экспериментах по зрительному поиску испытуемому предъявляется изображение на компьютерном дисплее, содержащее некоторое число объектов. Задача испытуемого состоит в том, чтобы определить, есть ли на изображении так называемый целевой объект, т.е. объект обладающий заранее заданными признаками. Например, в качестве изображения может использоваться набор букв T и L красного и зеленого цвета в разной ориентации, а целевым объектом является буква T красного цвета. При обнаружении целевого объекта испытуемый нажимает определенную клавишу на клавиатуре, а при отсутствии целевого объекта – другую клавишу. Экспериментаторы измеряют время реакции и изучают, как это время зависит от числа объектов на изображении и от степени заметности целевого объекта на фоне других объектов. Эксперименты показывают, что зависимость времени реакции от числа объектов имеет линейный характер, а трудность задачи зрительного поиска отражается в угле наклона линии по отношению к горизонтальной оси: чем труднее задача, тем больше угол наклона.

Что было известно?

Одна из правдоподобных моделей, позволяющих объяснить экспериментальные данные – это модель Управляемого Поиска (Guided Search), разработанная американским ученым Джереми Вольфом. Согласно этой модели процесс поиска идет путем случайного выбора на изображении одного из объектов в фокус внимания. После этого проверяется, является ли выбранный объект целевым. Если является, поиск заканчивается, если нет – выбирается новый объект и так до тех пор, пока либо не будет найден целевой объект, либо закончится отведенное на поиск время. Вероятность выбора целевого объекта в фокус внимания тем выше, чем он заметнее на фоне других объектов. Модель Вольфа чисто стохастическая. Она не объясняет нейронные механизмы, реализующие выбор объекта.

Каковы принципы функционирования модели?

В основе предложенной модели лежат два принципа. Во-первых, предполагается, что в системе внимания есть центральный управляющий элемент (ЦУЭ), который организует обработку зрительной информации, поступающей в первичные и последующие зоны зрительной коры подобно тому, как дирижер управляет игрой оркестра. Во-вторых, предположено, что включение в фокус внимания реализуется путем синхронизации активности ЦУЭ с активностью нейронного ансамбля, кодирующего определенный объект.

Как устроена модель?

Модель представляет собой нейронную сеть, элементами которой являются осцилляторы, представляющие сравнительно большие нейронные ансамбли. Один из осцилляторов играет роль ЦУЭ, а другие осцилляторы, называемые периферическими, представляют различные зрительные объекты. Периферические осцилляторы взаимодействуют с ЦУЭ с помощью прямых и обратных связей. Взаимодействие организовано таким образом, что периферические осцилляторы конкурируют за синхронизацию с ЦУЭ. Победитель этой конкуренции – это и есть нейронный представитель зрительного объекта, который в данный момент включен в фокус внимания. В терминах модели целевой объект отличается от других объектов тем, что соответствующий ему периферический осциллятор оказывает большее синхронизующее влияние на ЦУЭ и таким образом имеет большую вероятность быть включенным в фокус внимания.

Каковы результаты моделирования?

С помощью компьютерных вычислений было показано, что модель может воспроизводить данные о времени поиска для задач различной степени сложности, при этом имеет место линейная зависимость времени поиска от числа объектов на изображении, наблюдаемая в экспериментах.

В чем значимость полученных результатов?

Разработанная модель предлагает простое и неожиданное объяснение для весьма сложного когнитивного процесса. В данное время нет прямых экспериментальных данных, показывающих, что колебательная активность и ее синхронизация имеют отношение к решению задачи зрительного поиска, хотя связь внимания с синхронизацией активности различных нейронных структур продемонстрирована в значительном числе экспериментов. Модель демонстрирует, что осцилляторные процессы и различные режимы синхронизации обладают большими потенциальными возможностями по обработке информации. Это должно стимулировать нейробиологов в дальнейшем поиске экспериментальных подтверждений участия осцилляторных процессов в реализации когнитивных функций.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры Дмитрий Страшнов ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.