Відкрити головне меню

Нервове кодування — це переробка вхідної сенсорної інформації нейронами і нейронними мережами в нервовій системі. Основна мета вивчення нервового кодування полягає у характеризації залежності між стимулом і відповіддю індивідуальних нейронів або нейронних ансамблів, а також взаємозалежності у відповідях нейронів у нейронних ансамблях.[1] Вважається що нейрони кодують як цифрову так і аналогову інформацію.[2]

Зміст

ОглядРедагувати

Нейрони мають виняткову властивість швидко поширювати сигнали на великі відстані. Вони здійснюють це за допомогою генерації потенціалів дії (інша назва - спайки), які поширюються нервовими волокнами. Сенсорні нейрони змінюють свою активність, змінюючи часовий патерн послідовності потенціалів дії, у відповідь на присутність зовнішніх сенсорних стимулів, наприклад світла, звуку, смаку, запаху і дотику. Відомо що інформація про стимул кодується в патерні потенціалів дії і передається в мозок.

Хоч потенціали дії варіюють у часовій протяжності, амплітуді та формі, вони зазвичай розглядаються як ідентичні стереотипні події у вивченні нервового кодування. Якщо ігнорувати тривалість потенціалів дії (зазвичай вона становить 1 мс), послідовність потенціалів дії (ланцюг/серія спайків - англ. spike train) може бути охарактеризована серією подій типу «все-або-нічого» в часі.[3] Тривалість міжспайкових інтервалів (часове кодування) варіює скоріше випадковим чином.[4] Вивчення механізмів нервового кодування включає вимірювання і характеристику того як атрибути стимулу (наприклад інтенсивність світла чи звуку, у випадку рухів це може бути напрямок руху руки) відображаються у потенціалах дії нейрону. Для опису кодування потенціалами дії використовуються статистичні методи, методи теорії ймовірності та теорія випадкових процесів.

Кодування і декодуванняРедагувати

Зв'язок між стимулом і відповіддю може вивчатись з двох протилежних точок зору. Нервовим кодуванням називають відображення стимулу на відповідь. Тут фокусуються на розумінні того як нейрони відповідають на різноманітні стимули і побудувати моделі що стараються передбачити відповіді на інші стимули. Нервовим декодуванням[en] називають обернене відображення, з відповіді на стимул, і завданням є відтворити стимул, або деякі його аспекти з послідовностей потенціалів дії які ті викликають.


Схеми кодуванняРедагувати

Частотне кодуванняРедагувати

Частотне кодування - це схема кодування що припускає що більшість (якщо не вся) інформація про стимул міститься в частоті нервових імпульсів нейрону. Через те що послідовність імпульсів які генеруються у відповідь на даний стимул різниться в різних експериментах, нейронні відповіді зазвичай розглядаються статистично або пробабілістично. Їх можуть характеризувати за частотою імпульстів, а не за конкретною їх послідовністю. В більшості сенсорних систем, частота імпульсів збільшується (зазвичай нелінійно) зі збільшенням інтенсивності стимулу[5]. Будь-яка інформація, можливо закодована в часовій структурі послідовності імпульсів ігнорується.


Розріджене кодуванняРедагувати

Розріджене кодування - це коли кожен елемент кодується сильною активацією відносно малої множини нейронів. Для кожного елемента використовується інша підмножина доступних нейронів.


ПосиланняРедагувати

  1. Brown EN, Kass RE, and Mitra PP. 2004. Multiple neural spike train data analysis: state-of-the-art and future challenges. Nature Neuroscience 7:456-61
  2. Spike arrival times: A highly efficient coding scheme for neural networks Архівовано 15 February 2012[Дата не збігається] у Wayback Machine., SJ Thorpe — Parallel processing in neural systems, 1990
  3. Gerstner, W. and Kistler, W. 2002. Spiking Neuron Models: Single Neurons, Populations, Plasticity. Cambridge University Press, Cambridge
  4. Stein, R., Gossen, E. and Jones, K. 2005. Neuronal variability: noise or part of the signal? Nature Reviews Neuroscience 6:389-397
  5. Kandel, E., Schwartz, J. and Jessel, T.M. 1991. Principles of Neural Science. Elsevier, New York

Див. такожРедагувати