Программа спецпрактикума
Компьютерные модели

Введение. Этот раздел практикума направлен на создание у студентов навыков построения моделей когнитивных процессов и моделей целенаправленных действий на базе нейроподобных элементов, заданных программно в компьютере. Основной парадигмой психофизиологического исследования служит принцип 'человек-нейрон-модель'. Данные, собранные в психофизических и нейрофизиологических экспериментах, интегрируются в рамках компьютерной модели, построенной из нейроподобных элементов. Модель, выполняя функцию рабочей гипотезы, может использоваться для прогнозирования будущих экспериментов в натуре.

Векторное кодирование в нейронных сетях.

Отдельным сигналам внешней среды в нейронных сетях соответствуют возбуждения ансамблей нейронов. Каждый ансамбль нейронов генерирует вектор возбуждения. Далее этот вектор возбуждения ортогонализируется и нормируется. После нормировки вектор возбуждения воздействует на популяцию селективных детекторов, каждый из которых характеризуется специфическим вектором синаптических связей; эти векторы связей равны по длине. Каждый селективный детектор вычисляет скалярное произведение вектора возбуждения на свой вектор связи. Таким образом стимул отображается точкой на поверхности сферы в пространстве, размерность которого определяется числом независимых входов. Условный рефлекс определяется поступлением вектора возбуждения на командный нейрон через пластичные синапсы.
В результате обучения вектор синаптических связей становится равным вектору возбуждения условного стимула и командный нейрон отвечает на условный раздражитель.

Преимуществом компьютерной модели является то, что эти прогнозы могут быть представлены в форме количественных функциональных зависимостей.

Цель работы. Отработка навыков построения компьютерных моделей изучаемых психофизиологических явлений. Освоение и использование языка QBASIC для построения компьютерных моделей. Проведение экспериментов на компьютерной модели. Целенаправленное изменение этой модели в соответствии с данными, полученными в реальном эксперименте.

Практикум включает три этапа.

На первом этапе студенты работают с уже готовыми моделями.

Программа 'Нейроимитатор' в оболочке Windows позволяет создавать нейронные сети, оперируя базисными характеристиками нейрона (потенциал действия, рефрактерность, постсинаптический потенциал). Программа 'Цветовое кодирование' позволяет по аналогии строить компьютерные модели самых разных когнитивных процессов, используя машинный язык QBASIC.

На втором этапе создаются аналогичные модели, отличные от прототипов.

На третьем этапе проводится самостоятельное построение моделей на основе полученных ранее экспериментальных данных.

Критерием успешности овладения практикумом является применение моделирования в дипломном проекте.

Задачи:

I. Универсальная сферическая модель когнитивных и исполнительных механизмов.

1. Соотношение декартовых и сферических координат.
2. Психофизиологическая интерпретация координат сферической модели.

II. Векторный код в цветовом зрении.

1. Модель фоторецептора.
2. Модель ансамбля фоторецепторов.
3. Модель ансамбля горизонтальных клеток
4. Модель ансамбля биполярных клеток.
5. Модель ансамбля цветокодирующих нейронов таламуса.
6. Модель ансамбля цветоселективных детекторов зрительной коры.
7. Модель цветовой семантики.
8. Модель измерения цветовых различий.
9. Модель командного нейрона.
10. Модель пластичного синапса.
11. Модель формирования цветоселективного условного рефлекса.
12. Модель цветоселективного угасания ориентировочного рефлекса.

Контрольные вопросы

1. Реализация ортогонализации вектора возбуждения в модели.
2. Реализация нормировки вектора возбуждения в модели.
3. Реализация процесса выработки условного рефлекса в компьютерной модели.

 

Литература

• Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н., Черноризов А.М. Психофизиология цветового зрения. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. 206 с.
• Радер Дж., Миллсан К. Бейсик для персонального компьютера фирмы IBM. М.: Радио и связь, 1991. 412 с.
• Ратлифф Ф. Тормозное взаимодействие в элементах сетчатки // Теория связи в сенсорных системах / Под ред. Г.Д.Смирнова. М.: Мир, 1962. С. 338-354.
• Соколов Е.Н., Вайткявичус Г. Нейроинтеллект: от нейрона к нейрокомпьютеру. М.: Наука, 1989. 248 с.

Программу составил
Е.Н.Соколов,
доктор биологических наук