الخلايا العصبية ونمذجتها

لقد كتبت مؤخرًا مقالة حول كيفية عمل الذاكرة في الدماغ . قالت بعض التعليقات إنني لم أفصح بشكل كافٍ عن موضوع ملامح الخلايا العصبية البيولوجية. وقررت إصلاح خطأي.

هذه المقالة هي قائمة بالآليات الرئيسية التي تميز الخلايا العصبية البيولوجية عن نموذج بسيط بأوزان الرابطة وعتبة التنشيط. سأخبرك بكيفية تصحيح النموذج إذا كنت بحاجة إلى أخذ هذه الميزات في الاعتبار.

نبدأ هنا بهذه الصورة البسيطة:

1. لدينا عصبونات مختلفة

المشكلة: هناك العديد من أنواع الناقلات العصبية في الدماغ ، وكل خلية عصبية لديها مجموعة خاصة بها من المستقبلات.


الحل: تلوين كرات الخلايا العصبية ، وبالتالي تسليط الضوء على تلك التي تستجيب لناقل عصبي معين. إذا كنت بحاجة إلى العديد من الناقلات العصبية لخلايا عصبية واحدة - قم بطلائها بعدة ألوان. إذا كان كل ناقل عصبي بطريقته الخاصة يؤثر على شحنة العصبون ، فقم بإنشاء وظيفة لشحنة العصبون لكل ناقل عصبي. وصف الخلايا العصبية بتكوين هذه الوظائف.

2. تسرب الشحنة من الخلايا العصبية

المشكلة: لا يقوم العصبون الحقيقي بتخزين جميع الجسيمات المشحونة لفترة زمنية غير محدودة ، ولكنه يخرج تدريجياً.

الحل: تعيين وظيفة إفراز الخلايا العصبية من وقت لآخر. إذا لزم الأمر ، يمكنك الحصول على واحدة لكل خلية عصبية. ولكن بشكل عام ، تتسرب الشحنة بسبب الاختلاف المحتمل ، بحيث يكون هناك موقف مثل مكثف التفريغ الذاتي - سيكون لدينا شيء مثل:$$$U(t) = U_0*e^{-t/RC}$، حيث U هو الفرق المحتمل بين العصبون والبيئة ، t هو الوقت ، R هي مقاومة الغشاء ، C هي قدرة نظام البيئة العصبية - الغشائية. بالمناسبة ، لقد تم ذلك بالفعل .

3. يمكن تنشيط الخلايا العصبية دون إشارة من الخلايا العصبية الأخرى

المشكلة: بما أن العصبون الحقيقي ليس قلقاً بشأن مصدر هذه الناقلات العصبية ، فيمكنه تنشيط نفسه ببساطة عن طريق إخراج الناقلات العصبية إلى الدماغ.

الحل: أضف شيئًا ، عندما يتم تنشيطه ، سيزيد من شحن جميع الخلايا العصبية. لونها في لون الناقل العصبي المطلوب. قم بالتنشيط عندما تحتاج إلى محاكاة مصدر خارجي للناقل العصبي.

4. هناك الخلايا العصبية التي ليس لديها التشعبات

المشكلة: بعض الخلايا العصبية لا تتلقى إشارة إدخال من الآخرين على الإطلاق ، وتنشط فقط من مستوى الناقلات العصبية.

الحل: انظر الفقرة أعلاه.

5. تكوين الخلايا العصبية

المشكلة: تنمو الخلايا العصبية والوصلات الجديدة في الدماغ. ويموتون ، بالمناسبة ، أيضًا.

الحل: أضف خلايا عصبية واتصالات جديدة ديناميكيًا إذا كنت بحاجة إلى محاكاة تكوين الخلايا العصبية. لمحاكاة العملية العكسية - احذف.

6. اتصالات بين الخلايا العصبية - ليست ثابتة

المشكلة: عندما يتم تنشيط الخلايا العصبية ، يتم تعزيز أو إضعاف الروابط بينهما. يعتمد ذلك على ترتيب التنشيط. إذا كان اتجاه التنشيط مباشرًا ، أي أولاً ، يتم تنشيط العصبون الذي يخرج منه السهم ، ثم الذي يدخل إليه - يتم تعزيز الاتصال. إذا كان العكس يضعف.

الحل: قم بتقليل أو زيادة وزن الاتصال ، اعتمادًا على ترتيب التنشيط. ونعم ، يمكن أن يكون الوزن صفرًا. هذا يعني أن الاتصال ضعيف جدًا لدرجة أن تنشيط أحد الخلايا العصبية لا يؤثر على الآخر. ولكن من المحتمل أن نتمكن من تحسين هذا الاتصال من خلال التنشيط المباشر من الخارج - وبالتالي ، لا يمكنك إزالته ببساطة.

7. ذاكرة طويلة المدى

المشكلة: يمكن للدماغ الحقيقي "إصلاح" حالة الاتصال ، وبالتالي يضمن توفر ذاكرة طويلة المدى. تسمى العملية بالتأخير المتأخر طويل المدى.

الحل: تذكر قيمة الوزن في وقت "تثبيت" الاتصال. إعادة قوة الاتصال بها بعد تقوية أو إضعاف الاتصال. إذا تم إصلاح الاتصال مرة أخرى - قم بتحديث القيمة المحفوظة.

8. نسيان المعلومات من الذاكرة طويلة المدى

المشكلة: الدماغ الحقيقي قادر على تحطيم حتى الاتصالات التي تلقتها الآلية السابقة.

الحل: تشغيل تدهور الاتصالات باستخدام آلية البند 6. (التنشيط في الاتجاه المعاكس لأمر الاتصال) وتسجيل النتيجة باستخدام البند 7.

9. المواد

المشكلة: في بعض الأحيان يأكل أصحاب العقول الحقيقية حبوبًا تنظم الناقلات العصبية الطبيعية أو هي نظيراتها الهيكلية. على سبيل المثال ، مضادات الاكتئاب SSRI - زيادة كمية السيروتونين التي تعمل على الخلايا العصبية ، والسيروكال - كتل مستقبلات الدوبامين.

الحل: لإضعاف أو تضخيم جميع الإشارات للخلايا العصبية من اللون المقابل. على سبيل المثال ، حظرنا الدوبامين - قللنا من شحن جميع الخلايا العصبية للدوبامين ، 90 في المائة. وأخذنا مثبطات امتصاص السيروتونين - وزدنا جميع روابط السيروتونين بنسبة 30 في المائة. وأخذنا نظيرًا بنيويًا للسيروتونين - وزدناها مرة أخرى ، ولكن بالفعل بمقدار 3 مرات.

10. أي مشكلة أخرى

هل العصبون يشحن غير خطي؟ أنشئ وظيفة واستخدمها لوصف الزيادة في الشحن. هل تريد وصف تأثير الكيانات الأخرى على الخلايا العصبية؟ أضفها إلى نموذجك. لن يتغير الجوهر - سيكون لديك دائمًا خلايا عصبية واتصالات بينها. يمكنك تخصيص سلوكهم حسب احتياجاتك.

هل تريد تقريبه من الواقع؟ ستساعد قائمة من 9 نقاط أعلاه. لست بحاجة لها ، لأن مهمتك هي التعرف على الصور؟ نسيان كل هذه الفروق الدقيقة. هل تريد ذاكرة مماثلة لذاكرة في الدماغ البيولوجي؟ ضع في اعتبارك النقاط من 5 إلى 8. ألا يكفي الدقة؟ تعمق في علم الأعصاب ، وانزل إلى مستوى آخر وصقل النموذج. نمذجة المشبك ، نمذجة سلوك المستقبلات. هناك مجال للمناورة.

لقد تم بالفعل تصميم الكثير من النماذج من قبل ، يمكنك استخدام هذه النتائج. استغرق الأمر شيئًا محددًا لم أكن أنا أو أي شخص آخر قد وصفه - افعل ذلك بنفسك.

ولكن ، إذا كنت لا تحتاج إلى مثل هذه الدقة - ننسى ذلك. لست بحاجة إلى الإفراط في الهندسة لمجرد أن لديك الآن مجموعة من المطارق اللامعة الجديدة. هذا هو نفس استخدام GR لمحاكاة سقوط الطوب من مبنى من تسعة طوابق. نعم ، ستعمل التأثيرات النسبية لهذه الحالة أيضًا. ولكن ستعقد مهمتك بشكل خطير ، وفي المقابل ستحصل على زيادة في الدقة بنسبة 0.0000001 ٪.

اجعلها بسيطة ومباشرة.

ملاحظة:
إذا كنت تريد إلقاء نظرة على مثال لاستخدام مثل هذا النموذج ، ففي هذه المقالة قمت بنمذجة الذاكرة في دماغ بيولوجي باستخدام بعض النقاط المذكورة أعلاه.