• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • W przetwarzaniu wzrokowym liczy się każdy neuron

    04.05.2010. 20:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Niemieccy naukowcy dopracowali i wykorzystali metodę obserwacji procesu, w którym poszczególne komórki nerwowe przetwarzają informacje wzrokowe w żywym mózgu. Nowa metoda mikroskopowa umożliwiła im badanie niewielkich synaps (wielkości jednego mikrometra) w pojedynczym neuronie i stwierdzenie, że każdy jeden neuron pełni istotną rolę w przetwarzaniu sensorycznym. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.

    Kiedy otwieramy oczy muszą zostać przetworzone ogromne ilości danych, abyśmy mogli widzieć. Na przykład oko człowieka składa się z 126 milionów komórek czuciowych, które najpierw muszą przetworzyć światło padające na siatkówkę oka na sygnały elektryczne. Niemniej mimo iż przetwarzanie informacji wzrokowej zaczyna się w tym punkcie, pełen obraz tego, na co patrzymy składany jest w korze wzrokowej w tylnej części mózgu właściwego.

    Celem zespołu naukowców z Technische Universität München (TUM) z Niemiec było poznanie roli neuronów kory wzrokowej w wykrywaniu ruchu i obserwowanie tego procesu w czasie rzeczywistym u żywej myszy.

    Wyniki wcześniejszych badań wykazały, że określone neurony w korze wzrokowej myszy rzeczywiście reagują, kiedy ustawi się przed zwierzęciem ruchomy drążek. Schemat reakcji tych neuronów "kierunkowych" również został udokumentowany. Ostatnie badania prowadzone przez zespół miały na celu bardziej szczegółowe przyjrzenie się sygnałowi wejściowemu, co jest nie lada wyczynem z uwagi na fakt, że każdy neuron składa się ze skomplikowanego drzewa małych rozgałęzionych anten (nazywanych dendrytami), w których wiele innych neuronów zakotwicza swoje synapsy (struktury umożliwiające neuronom przekazywanie sygnałów do innych komórek).

    "Dotychczas podobne eksperymenty były przeprowadzane wyłącznie na neuronach hodowanych na płytkach Petriego" - wyjaśnia dr Arthur Konnerth z TUM. "Nienaruszony mózg jest znacznie bardziej skomplikowany. Z uwagi na fakt, że cały czas nieznacznie się porusza, analiza poszczególnych synaptycznych miejsc wejścia sygnału na dendrytach była niezwykle trudna."

    Zespół wykorzystał sondę mikroskopową (a dokładniej dwufotonową mikroskopię fluorescencyjną) do obserwowania funkcjonowania pojedynczej komórki i jej malutkich dendrytów w tkance mózgowej. Naukowcy odkryli, że kiedy mysz patrzy na różne schematy ruchu drążka każdy neuron odbiera sygnały wejściowe z rozmaicie ukierunkowanych komórek nerwowych, ale wysyła tylko jeden typ sygnału wyjściowego. To sugeruje, że neuron ocenia wagę różnych sygnałów wejściowych i eliminuje zbędne informacje, pozostawiając najważniejsze dane potrzebne do klarownego zrozumienia ruchu.

    Dr Konnerth ma nadzieję wykorzystać wyniki tych badań w przyszłości do obserwacji pojedynczego neuronu w czasie procesu uczenia się. "Dzięki temu, że nasza metoda umożliwia obserwację na poziomie pojedynczej synapsy tego, w jaki sposób pojedynczy neuron w żywym mózgu jest połączony w sieć z innymi i w jaki sposób się zachowuje, powinniśmy być w stanie wnieść istotny wkład w poznanie procesu uczenia się" - mówi.

    "Co więcej, ścisła współpraca w ramach TUM z fizykami i inżynierami zapewnia nam możliwie najlepsze perspektywy na udoskonalenie rozdzielczości przestrzennej i czasowej obrazów" - dodaje dr Konnerth.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Sieć neuronowa (sztuczna sieć neuronowa) – ogólna nazwa struktur matematycznych i ich programowych lub sprzętowych modeli, realizujących obliczenia lub przetwarzanie sygnałów poprzez rzędy elementów, zwanych sztucznymi neuronami, wykonujących pewną podstawową operację na swoim wejściu. Oryginalną inspiracją takiej struktury była budowa naturalnych neuronów, łączących je synaps, oraz układów nerwowych, w szczególności mózgu. Sztuczny neuron - prosty system przetwarzający wartości sygnałów wprowadzanych na jego wejścia w pojedynczą wartość wyjściową, wysyłaną na jego jedynym wyjściu (dokładny sposób funkcjonowania określony jest przez przyjęty model neuronu). Jest to podstawowy element sieci neuronowych, jednej z metod sztucznej inteligencji, pierwowzorem zbudowania sztucznego neuronu był biologiczny neuron. Dendryt (dendritum) - element neuronu, rozgałęziona (zazwyczaj) struktura, przenosząca sygnały otrzymywane z innych neuronów przez synapsy do ciała komórki, której jest częścią. Występuje w tkance nerwowej. Słowo wywodzi się z greckiego słowa "déndron", czyli drzewo. Dendryty otrzymały taką nazwę, ponieważ przypominają gałęzie.

    Kolec dendrytyczny – wypustka pokrywająca dendryty niektórych neuronów, odbiera sygnały pobudzające od innych neuronów poprzez znajdującą się na jej szczycie synapsę. Dendryty pojedynczego neuronu mogą być pokryte tysiącami kolców dendrytycznych. Ponad 90% synaps pobudzających w układzie nerwowym jest położonych na kolcach dendrytycznych. Kolumna neuronalna (ang. cortical column) – struktura kory mózgowej składająca się z 10000 do 100000 neuronów. Składa się zazwyczaj z sześciu warstw, sygnały z każdej z warstw wysyłane są do określonych obszarów mózgu. Kolumny neuronalne mają wysokość odpowiadającą grubości kory mózgowej, która waha się od 2 mm do 5 mm w obszarze V1. Kolumnowa funkcjonalna organizacja kory, jak oryginalnie sformułował Vernon Mountcastle, stwierdza, że neurony których horyzontalna odległość jest większa niż pół milimetra nie mają wspólnych nakładających się odbiorczych pól sensorycznych. Reguła ta odzwierciedla charakterystykę lokalnych połączeń w korze mózgowej, połączenia prostopadłe do płaszczyzny kory mózgowej są znacznie częstsze niż lokalne połączenia równoległe do płaszczyzny kory mózgowej.

    DI-Box (ang. Direct Box, DI unit, DI box), (czyt. "Daj-boks" lub "Di-aj-boks") – Urządzenie stosowane w systemach audio, którego głównym zdaniem jest symetryzacja sygnału. Dzięki symetryzacji sygnału, staje się on bardziej odporny na zakłócenia, dzięki czemu można go przesyłać na duże odległości. Posiada on także funkcję separacji sygnałów wejścia od wyjścia. W praktyce zabezpiecza to przed powstawaniem tzw. pętli masy , czyli eliminuje przydźwięk sieciowy. Trzecią funkcją di-boksów jest tłumienie sygnału, co umożliwia dopasowanie sygnału do wejścia. Neuryt, akson (axon), włókno osiowe, włókno nerwowe, wypustki osiowe - element neuronu odpowiedzialny za przekazywanie informacji z ciała komórki do kolejnych neuronów lub komórek efektorowych (np. komórek mięśniowych bądź gruczołowych). Neuryt może być osłonięty osłonką włókien nerwowych. Jest z reguły dłuższy od dendrytów i, w odróżnieniu od nich, w komórce występuje pojedynczo (choć może być rozgałęziony).

    Komórki Purkiniego (ang. Purkinje cells) – typ neuronów GABA-ergicznych kory móżdżku. Obok komórek Betza należą do największych neuronów występujących w mózgu człowieka. Aksony komórek Purkiniego dochodzą do istoty białej móżdżku i ulegają przełączeniu na jądra móżdżku i jądra przedsionkowe. Neurony lustrzane – grupy komórek nerwowych (neuronów), które uaktywniają się podczas wykonywania pewnej czynności lub obserwowania jej u innych osobników. Neurony lustrzane odkryto w mózgu małp i człowieka. Podejrzewa się, że dzięki nim osobnik na widok pewnej czynności jest w stanie niemal natychmiast odgadnąć intencje innego osobnika nie tylko tego samego gatunku. U człowieka odpowiadają prawdopodobnie również za zdolność do rozpoznawania cudzych emocji i intencji wyrażanych niewerbalnie, czyli empatię oraz współczucie.

    Kora mózgu - struktura mózgu, w części kresomózgowia, zbudowana z istoty szarej, którą stanowią komórki neuronów. Jest największą częścią płaszcza, pokrywa obydwie półkule kresomózgowia. Tworzy ją około 10 mld komórek nerwowych ułożonych w sześciu warstwach o różnej grubości. Dominują w niej komórki piramidalne (najbardziej charakterystyczne dla kory), gwiaździste (głównie w czwartej warstwie) oraz wrzecionowate (w najgłębszej warstwie kory). Kora mózgu osiąga grubość do 4,5 mm. Jest bardzo silnie pofałdowana, dzięki czemu przy mniejszej objętości posiada większą powierzchnię czynną - 2 500 cm u człowieka , co odpowiada powierzchni kuli o średnicy 28 cm.

    Sygnał diagnostyczny jest to sygnał, którego przebieg zmian wartości wielkości fizycznej charakteryzuje się tym, że przenosi w przestrzeni i w czasie wiadomości o stanach badanego obiektu. Na ogół tylko niektóre cechy sygnału diagnostycznego zawierają wiadomości. Są to czynne tego sygnału zwane parametrami sygnału. Sygnał diagnostyczny jest to zmienna wyjściowa, której parametry muszą spełniać następujące warunki: czułość, jednoznaczność, stabilność jak największej wiadomosci.

    ZISC (ang. Zero Instruction Set Computer) – technologia oparta na pomysłach wziętych ze sztucznej sieci nerwowej. Pomysł został wynaleziony przez Guya Pailleta oraz został przez niego rozwinięty razem z dr. Pascalem Tannhofem z IBM. Pierwsza generacja chipu ZISC zawiera 36 niezależnych komórek, które mogą być uważane za neurony lub równoległe procesory. Każda z nich może porównać wektor wejściowy, którego rozmiar może osiągnąć do 64 bajtów z podobnym wektorem przechowywanym w komórkach pamięci. Jeśli wektor wejściowy odpowiada wektorowi w komórce pamięci to komórka ta „wypala”. Sygnał wyjściowy zawiera komórki, która miała dopasowanie, jak również znacznik który mówi, że nie wystąpiło dopasowanie. U kręgowców, neurony czuciowe to neurony, które wychodzą swoimi wypustkami z włókien mięśniowych i tworzą synapsy z rdzeniem kręgowym lub pniem mózgu. W łuku odruchowym bodźce są przekazywane neuronami czuciowymi do neuronów pośredniczących, skąd odpowiedź na nie jest przesyłana neuronem motorycznym do mięśnia.

    Dodano: 04.05.2010. 20:12  


    Najnowsze