1.3. Нейронные сети . нелокальные нейронные сети и локальные.

Привет, Вы узнаете о том , что такое нейронные сети, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое нейронные сети, нелокальные нейронные сети, локальные нейронные сети , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Нейробионика.

Различают два крайних типа нейронных сетей:
нелокальные нейронные сети и локальные. В нелокальных сетях
нейрон выступает как структурная единица переработки
информации. Локальные цепи принципиально
отличаются от нелокальных тем, что в них единицей обработки
информации является не весь нейрон, а отдельный участок
его сомы, дендрита или аксона [5, 102]. Локальной
называется цепь, образованная локальными участками одного
или нескольких соседних нейронов, так что изменения
в каждом из участков не затрагивают весь нейрон как
целое.
Информационные свойства отдельного нейрона или его
части существенно зависят от процессов, происходящих
в дендритных и аксонных образованиях, и свойств его
мембраны. Мембрана дендритов нейронов многих типов
может быть возбудимой, способной проводить активное
возбуждение. Морфологические данные говорят о наличии
геометрически неоднородных участков в системах
ветвлений дендритов и аксонов: расширений, узлов ветвления. шипиков, касательных контактов [5—7]. Такие
неоднородности участвуют в процессах переработки информации
нейроном, являются элементарными звеньями нейрона,
преобразующими информацию. Вблизи неоднородностей
меняется скорость проведения возбуждения, амплитуда
активного и пассивного процессов, форма импульса
возбуждения [4, 26, 35]. В зависимости от вида неоднородности
выходной сигнал будет представлять собой результат той
или иной операции [26, 35, 46].
Информационные свойства локальных цепей
определяются структурно-функциональными особенностями
входящих в состав цепи участков нейронов, а также
определяются характером латеральных возбуждающих и
тормозных взаимодействий между нейронами сети.

1.3.1. Локальные цепи
Можно условно выделить локальные дендритные,
локальные аксонные и смешанные локальные цепи. Локальные
дендритные цепи — это такие образования, в которых
имеются дендро-дендритные контакты как в структуре одного
нейрона, так и между дендритами соседних нейронов.
Локальные аксонные цепи
образуют аксо-аксональные
касательные контакты и анастомозные
соединения аксонов разных
нейронов. Смешанными
локальными цепями назовем структуры
из аксонных и дендритных
ветвлений, в которых имеются
контакты разных типов: дендро-ден-
ритные, аксо-аксональные, ак-
со-дендритные, дендро-сомати-
ческие и т. д. (рис. 1.8). Ден-
дриты и аксоны могут иметь
структурно-функциональные
неоднородности, способствующие
расширению набора операций,
выполняемых в локальных
цепях.

Рис. 1.8. Дендро-дендритные локальные цепи [102]

Простейшим случаем локальных цепей являются
локальные аксонные цепи с аксо-аксональными синапсами,
когда под влиянием импульса, проходящего по аксону
одного нейрона, срабатывает одна из аксонных термина-
леи другого — невозбужденного нейрона, не влияя на
аксонные ветви этого нейрона. Сома нейрона выполняет
в этом случае функцию питания ветвей, а информационные
процессы в ветвях развиваются независимо.
Более сложные локальные цепи образуются в
результате дендро-дендритных контактов разных нейронов.
В этом случае происходит локальная обработка
информации во множестве точек локального взаимодействия денд-
ритов. Следует учитывать, что при локальном
взаимодействии на близких расстояниях генерация импульса не
обязательна. Достаточно, чтобы один синапс оказал влияние
в близком соседстве от другого и его эффективность
изменилась за счет электротонического эффекта, связанного
с входом кальция в рассматриваемый локальный участок
мембраны.
Возможность образования отдельными участками
мембраны нейрона независимых параллельно работающих
локальных цепей означает, что единицей обработки
является не нейрон как целое, а его отдельные локусы. В связи
с этим функция нелокальных сетей является вторичной
по отношению к информации, предварительно
обработанной в локальных нейронных цепях. При помощи аксонных
систем сигналы нейронной сети передаются затем на
значительные расстояния.
1.3.2. Организация нейронных сетей мозга
Под нейронной сетью понимается нелокальная нейронная
сеть из нервных клеток, между которыми заданы
перекрестные (латеральные) возбуждающие и тормозные
взаимодействия, в результате которых нейронные сети
оказываются приспособленными для выполнения
разнообразных информационных преобразований.
Выделяют несколько типов тормозных латеральных
взаимодействий между нейронами сети: непосредственное
латеральное торможение соседних нейронов через
тормозные коллатерали; коллатеральное торможение через
вставочный тормозный нейрон; возвратное торможение,
заключающееся в том, что выходной сигнал нейрона
возвращается к нему через тормозную коллатераль аксона и приводит

к торможению активности нейрона. Возвратное
торможение может осуществляться по типу непосредственного или
коллатерального торможения. Пресинаптическое
заключается во влиянии синаптическпх контактов одного
нейрона на синаптические контакты другого, уменьшающем
активность этих контактов. Об этом говорит сайт https://intellect.icu .
Торможение между нейронами может осуществляться
как через химические, так и через электрические синапсы.
Бывает изотропное латеральное торможение,
равномерно распределенное между нейронами, и анизотропное
латеральное торможение, когда в одном направлении
торможение больше или меньше, чем в других.
Рассмотрим организацию нейронных сетей различных
отделов мозга.
Новая кора. Основной структурно-функциональной
единицей (элементарной нейронной сетью) новой коры
служит колонка — вертикально расположенная группа
клеток, связанных между собой преимущественно
вертикальными связями. Кортикальная колонка нейронов
образует модуль обработки информации, выделяющий один
определенный признак сигнала. Расположение нейронов
в виде множества колонок позволяет выделять несколько
переменных в локальном участке топографического
коркового представительства. Таким образом, с помощью
вертикальных колонок в трехмерную структуру новой
коры встраивается аппарат многомерного отображения
внешней среды.
Так, форма кожной поверхности тела представлена
в виде карты на постцентральной соматосенсорной коре.
Каждый участок кожи представлен группой локальных
колонок, каждая из которых содержит нейроны,
отвечающие на данную модальность стимула в данном участке
кожи. Другим примером колончатой организации коры
мозга является представительство вибрисс крысы в коре.
Каждая вибрисса представлена колонкой клеток, которые
возбуждаются только при движении данной вибриссы [85].
Различают следующие типы корковых колонок: 1)ми-
кроколонки — в них представлены градации
выделяемого признака; 2) гиперколонки, каждая из которых
содержит набор микроколонок (в гиперколонке представлен
набор градаций данного признака); 3) макроколонки,
каждая из которых содержит набор гиперколонок (в
каждой макроколонке представлен набор признаков в данном
топографически локальном участке коры больших полуша-

рий, представляющем участок рецептивной поверхности).
Гиперколонка представляет собой корковую часть
локального анализатора определенного свойства.
Макроколонка представляет набор таких локальных анализаторов.
Тангенциальные волокна серого вещества,
распространяющиеся на 1—2 мм, по-видимому, создают латеральное
торможение между гиперколонками, выделяющими одни
и те же свойства в разных макроколонках. Следовательно,
обработка информации о разных свойствах сигнала в
разных точках пространства происходит в параллельных
каналах.
Вверх от IV слоя идут нейроны отображения сигнала,
нейроны V и VI слоев являются исполнительными
элементами. Нейрон — элемент микроколонки является
нейроном-детектором. Совокупность детекторов одного
класса в гиперколонке одного топографического локуса
образует квазирецептивную поверхность.
Зрительная кора. Зрительная кора приматов
образована вертикальными колонками нейронов. В этих колонках
представлены доминантные глаза, а также колонки
нейронов, чувствительных к разной ориентации участка
линии, находящегося в пределах топографически
локального участка проекции сетчатки. Отрезок прямой линии
в поле зрения возбуждает группу макроколонок, в
которой, в свою очередь, возбуждаются гиперколонки
определенного класса, а именно гиперколонки, выделяющие
ориентацию линии. В этих гиперколонках будут
возбуждены только те микроколонки, оптимальная
чувствительность к ориентации линии у которых совпадает с
ориентацией линии [62, 104, 105, 110].
Простые клетки зрительной коры.
В соответствии с функциональными свойствами в
зрительной коре кошки выделяют два основных класса нейронов:
клетки с простыми рецептивными полями (простые) и
клетки со сложными рецептивными полями (сложные)
[68, 69]. Область рецептивного поля, в которой
стационарный стимул вызывает разряд, называется полем
разряда. Поле разряда образует только часть рецептивного
поля. Другие участки рецептивного поля оказывают
усиливающее или ослабляющее действие. Простые клетки
оптимально отвечают при определенной ориентации линии
в их рецептивном поле [51]. К возбуждающему
рецептивному полю клеток примыкают тормозные зоны.
Простые клетки бывают двух типов. Одни построены

из концентрических нейронов наружного коленчатого
тела с возбуждающими центрами, другие из нейронов с
тормозящими центрами. Тормозные зоны построены из тех же
элементов, что и возбуждающие. Таким образом, одни
клетки отвечают на светлые линии при темном фоне,
другие — на темные линии при светлом фоне. Клетки
наружного коленчатого тела в отличие от простых клеток коры
имеют концентрические, а не сильно сжатые
эллиптические рецептивные поля. Возбуждающее и тормозное поля
простой рецептивной клетки не совпадают по центру.
Оптимальная ориентация рецептивного поля
перпендикулярна линии, соединяющей центры возбуждающего и
тормозного полей [69].
Сложные клетки зрительной коры.
В отличие от простых клеток сложные клетки зрительной
коры характеризуются большими рецептивными полями.
Линия оптимальной ориентации, расположенная в
рецептивном поле такой клетки, вызывает ответ на включение
и выключение. Сложная клетка отвечает серией разрядов
при движении линии в ее рецептивном поле [65].
Рецептивное поле сложных клеток построено из клеток
латерального коленчатого тела с возбуждающими и тормозными
центрами. Это относится к возбуждающей и тормозной
зонам [69].
Сложные клетки, так же как и простые, имеют
смещенные по центру перекрывающиеся рецептивные поля.
Оптимальный наклон линии перпендикулярен линии,
соединяющей центры полей. Сложные клетки возбуждаются
как при действии светлых, так и темных полос. Кроме
того, реакция на свет и темноту сразу же компенсируется
сигналами противоположного знака. Таким образом,
основное различие между простыми и сложными клетками
обусловлено разным типом входов. Простые клетки имеют
входы либо от ОН-, либо от ОФФ-нейронов. Сложные
клетки получают сигналы и от ОН-, и от ОФФ-нейронов. При
действии как темных, так и светлых полос имеет место
сильное торможение по краям рецептивного поля [69].
Ретинотопическая проекция в
зрительной коре. В зрительной коре обезьяны
существует топографическая карта зрительного поля. Эта
карта характеризуется «фактором увеличения», который
показывает, какой размер участка представляет данную
область зрительного поля. Фактор увеличения измеряется
в мм/град. Представленный как функция эксцентриси-

тета фактор увеличения показывает, что область фовеа
представлена в зрительной коре большими участками,
чем периферические участки поля зрения.
Максимальное значение фактора увеличения равно 6 мм/град.
Острота зрения измеряется минимальным углом
различения точек на сетчатке. Для фовеа острота зрения
равна 0,67 мин. На зрительной коре этому разрешению
сигналов соответствует расстояние 67 мкм. При
измерении размеров рецептивного поля нейрона зрительной
коры оказалось, что гиперколонки (полный набор колонок
нейронов с разной оптимальной ориентацией)
расположены в зрительной коре на расстоянии 1—2 мм. Локальный
образ в зрительной коре возникает в пределах одной
гиперколонки. Различие двух стимулов на уровне коры
определяется размером рецептивного поля [52].
Развитие нейронов зрительной системы. Нейроны
латерального коленчатого тела релейного ядра зрительной
системы формируются в течение недели около 40-го дня
эмбрионального развития. Синаптический аппарат
начинает складываться 20 дней спустя. Быстрое увеличение
размеров и клеточных тел происходит в первый месяц пост-
натальной жизни. В условиях зрительной депривации
этот процесс нарушается. В позднем пренатальном и
раннем постнатальном периоде обнаруживают уже слоистую
структуру. Основными признаками незрелости нейронов
являются: наличие большого числа похожих на волоски
выростов на дендритах и утолщений в виде колбочек,
связанных с процессом роста [7, 56].
В конце первого месяца постнатальной жизни волоски
и утолщения на дендритах исчезают. Степень
морфологических изменений у разных типов нейронов различна.
Мультиполярные нейроны характеризуются
несколькими основными дендритами, берущими начало от сомы
нейрона. Такие нейроны встречаются во всех слоях с
первого до шестого. Однако имеет место градиент в степени их
зрелости. Так, когда первый слой содержит нейроны с
развитым дендритным деревом уже без волосков и
утолщений, дендриты мультиполярных нейронов пятого и
шестого слоев еще имеют волоски и утолщения, а их
дендритные ветви развиты слабо.
Биполярные нейроны имеют или два основных
дендрита, или три, в последнем случае у них форма
треугольника. Биполярные нейроны обладают большей степенью
зрелости, чем мультиполярные нейроны.

Нейроны с дендритом, напоминающим аксон,
характеризуются тонкими цилиндрическими дендритами, длина
которых увеличивается в процессе развития. Нейроны
с веерообразными дендритами приобретают черты
взрослого состояния еще в эмбриональной стадии.
Общая схема созревания нейронов наружного
коленчатого тела включает: 1) появление участков роста в виде
колбочек (ранний пренатальный период); 2) появление
тонких волосков на дендритах (поздний пренатальный
период); 3) редукция участков роста и исчезновение волосков
(несколько дней постнатального периода).
Эффективность зрительной системы обезьяны,
проявляющаяся сразу же после ее рождения, является
следствием пренатальной дифференциации нейронов
наружного коленчатого тела. Позже следует лишь созревание
с формированием шипиков и дистальных участков
дендритных ветвей. Полное созревание дендритной системы
завершается через четыре недели после рождения [56].
Нейроны зрительной коры формируются под
влиянием факторов внешней среды [57, 81, 110]. При этом
нейроны IV слоя коры, получающие афференты от наружного
коленчатого тела, настроены селективно на определенный
наклон линии генетически [111]. Что касается нейронов
верхних слоев коры, образующих колонку, то они
приобретают селективность в зависимости от того, какие
нейроны IV слоя возбуждаются внешними сигналами. Так,
в «вертикальной среде» они образуют связи с детекторами
вертикальных линий IV слоя, а в «горизонтальной среде» —
с детекторами горизонтальных линий IV слоя. В
результате в ограниченной среде формируются только такие
колонки, которые имеют характеристики возбуждающихся
нейронов IV слоя [104, 105].
Исследования поглощения диоксиглюкозы нейронами
зрительной коры в условиях стимуляции глаза кошки
вертикальными или горизонтальными решетками
показали, что клетки, обладающие общей ориентационной
избирательностью, образуют на поверхности коры
параллельные полосы, ортогональные представительству
вертикального меридиана. Нейроны, характеризующиеся общей
селективной ориентацией, образуют колонку. Аналогичным
образом организована система представительства
доминантного глаза [104].
Если котята воспитывались в «горизонтальной» или
«вертикальной» среде, то поглощение глюкозы было раз-

личным при вертикальной и горизонтальной стимуляции.
При совпадении ориентации линий в опыте животного
с ориентацией тест-стимула обнаруживались более
широкие полосы, образованные нейронами одной ориентации.
При несовпадении полосы были узкими и были
образованы почти исключительно нейронами IV слоя коры, куда
поступают афференты от наружного коленчатого тела
1112]. Таким образом, нейроны IV слоя обладают ориента-
ционной селективностью, которая определяется
генетически и не зависит от зрительного опыта. Нейроны же
более высоких слоев коры приобретают ориентационную
избирательность под влиянием зрительной стимуляции,
которая исчезает в критический период развития [110].

Анализ данных, представленных в статье про нейронные сети, подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения инновационного развития и улучшения качества жизни в различных сферах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое нейронные сети, нелокальные нейронные сети, локальные нейронные сети и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Нейробионика