Ученые из Нижегородского государственного университета разработали нейронную сеть, математически имитирующую взаимодействие живых нейронов со вспомогательными клетками мозга — астроцитами. Программа смогла смоделировать процесс передачи и воспроизведения визуальных сигналов в головном мозге.
Как отмечают авторы работы, в мозге человека, помимо нейронов, есть вспомогательные ткани (глия), клетки которых окружают и поддерживают нервные волокна. Один из типов клеток глии называется астроцитами — последние научные исследования показали, что они участвуют в синаптической (синaпс — специализированный контакт между нервными клетками, обеспечивающий передачу сигнала) передаче сигнала, а также защищают нейроны от перевозбуждения и очищают передаваемые внутри нервной системы сигналы от искажений.
Поэтому при создании нейросетей, имитирующих работу человеческого мозга, важно моделировать работу не только нейронов, но также астроцитов, отмечают авторы исследования. Под нейронной сетью подразумевается математическая модель, которая воспроизводит алгоритмы работы биологической нервной системы. Как и настоящие нервные системы, алгоритм выдает определенный ответ на поступившие извне сигналы.
За основу авторы разработки взяли спайковую нейронную сеть, в которой каждый отдельный элемент является моделью биологического нейрона. Такие искусственные нейроны обмениваются короткими импульсами (спайками) одинаковой амплитуды.
Разработка модели в лаборатории перспективных методов анализа многомерных данных ННГУ. Источник: Сергей Стасенко
Ученые внедрили в нейросеть данные о функциях астроцитов в синаптической передаче (контакт между нервными клетками). Далее они изучили механизм астроцитарной регуляции работы нейронов в ответ на сенсорные возбуждения.
Для этого авторы исследования очень быстро прогоняли через нейросеть однотонные черные изображения цифр от 0 до 9, закодированные в виде матрицы при помощи 0 и 1, где 0 означал пиксель без цвета, а 1 — пиксель черного цвета. Загруженные в нейросеть изображения стимулировали работу не только отдельных нейронов, но и множества искусственных клеток.
Ученые сравнили разработанную нейронную сеть с моделью, в которой не учитывались данные об астроцитарной регуляции. Оказалось, что именно астроциты отвечают за синхронизацию нейронов, что позволяет модели правильно закодировать полученную визуальную информацию и потом ее воспроизвести.
«Следовательно, полученные результаты помогут лучше понять, как кодируется информация в мозге. Также разработка нейронной сети с помехоустойчивостью и возможностью управления динамикой искусственных нейронов будет крайне полезна в области развития систем искусственного интеллекта и анализа данных», — отметил в беседе с RT руководитель проекта, кандидат физико-математических наук Сергей Стасенко.Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
