Spela med glödande nervceller? En ny ram för interaktiva neuron simulering i hårdvara. (1 / 11 steg)

Steg 1: Introduktion

Observera: denna introduktion ger breda bakgrundskunskap för personer som är nya till neurovetenskap.

Har du någonsin undrat hur du ska kunna veta vad du ser när du tittar runt? Hur klarar din hjärna att konvertera visuell input från den text som du läser just nu till en så kallad högre ordning (mer abstrakt) så att du vet vad de orden betyder? Hur representeras denna kunskap i hjärnan? Det är bara några exempel frågor du kan be om du är intresserad av det mänskliga sinnet.

För att förstå människans funktion måste vi förstå hjärnan. Detta kan göras på flera sätt men det kommer i princip ner till två steg; 1. kartlägga hjärnans funktion och 2. simulering. Man undersöker hjärnan, e.g. åtgärder hjärnan svar på en visuell stimulans och än framkallar en computational modell som simulerar de hittade hjärna svar. Om simuleringen har liknande egenskaper som hittade hjärnan data man kan dra slutsatsen att hjärnan fungerar på liknande sätt som de utvecklat och testat computational modellerar. Sammanfattningsvis är simulering av hjärnan bearbetar högt värderas i hjärnforskning.

Hjärnan kan testas och simuleras på olika nivåer. på molekylär nivå, på cellnivå eller på systemnivå. Varje av nivåerna tros vara viktiga och bidra till särskilda egenskaper hos hjärnans funktion. Men vad hjärnan faktiskt består av? Svaret är mycket lång, men det viktigaste att tänka på är nervceller.

Nervceller ses som den grundläggande enheten i hjärnan uträkning. Idén med neuronala uträkningen är ganska intuitivt; varje neuron kan aktiveras, vi säger det "avfyrar" eller "spikar", eller vara i ett vilande tillstånd. Dessutom är nervceller anslutna till varandra med synapser som överför statligt av aktiveringen från en neuron till den andra. Om en förbinder vissa nervceller, har en ett neuronala nätverk. Vad händer om vi stimulera en neuron ett neuronala nätverk? Höger, det bränder. Vad mer? Bränning överförs till andra nervceller dock synapsförbindelser, "tända" den neuronala nätverken. Detta är den grundläggande idén bakom neuronala uträkningar. Det är naturligtvis mycket mer för att säga om detta, men jag begränsa mig till denna förklaring. Vad är viktigt att inse att här är att simulering av neuronala nätverk visar egenskaper som automatiskt mönster erkännande och buller resistance, egenskaper som finns i mänskligt beteende.

Okej då, låt oss sammanfatta. Vårt beteende är ett resultat av hjärnans funktion och hjärnans funktion i sin tur kan modelleras genom bränning nervceller. Men vänta, vad är egentligen en bränning neuron? Faktiskt "bränning" innebär att membranet potential av neuron, laddningen skillnaden mellan insidan och utsidan neuron, ändras. Hur? Av transport av joner genom membranet. Vi zooma in denna process på nästa sida.

Ordlista

• Neuron: grundläggande cell enheter av hjärnan, tros vara grundläggande av neuronala uträkning
• Synaps: anslutning mellan nervceller
• Membran: "vägg" av cellen
• Neuronala nätverk: en funktionell grupp av nervceller
• Potentiell handling: även kallad "bränning" eller "tillsatta" av en neuron, aktiveringen av en neuron
• Vilande potentiella: staten var neuron är redo att avfyras
• Ion gates: utfärda utegångsförbud för i membranet som låter särskilt ion arter passera membranet om öppnas
• Koncentrationsgradient: tvinga som tenderar att "push" joner till en lika fördelning på båda sidor av membranet
• Spänning lutning: tvinga som tenderar att "push" joner i riktning mot motsatt laddning (dvs positiv laddning attraheras av negativa och vice versa)