Mundarija: Kirish I. Bob. Neyron tarmoqlarni qo'llash

Neyron tarmoqlarining turlari

Umuman olganda, turli xil vazifalar uchun neyron tarmoqlarining har xil turlari va turlari qo'llaniladi, ular orasida:

1. 
   konvolyutsion neyron tarmoqlari,
   
2. 
   takrorlanadigan neyron tarmoqlari,
   
3. 
   hopfildning asab tarmog'i.
   

a) Konvolyutsion tarmoqlar sun'iy neyron tarmoqlarining eng mashhur turlari qatoriga kiradi. Vizual naqshlarni (video va tasvirlarni), tavsiyalar tizimlarini va tillarni qayta ishlashni tanib olishda ular ushbu usulni samarali isbotladilar.
Konvolyutsion neyron tarmoqlari juda miqyosli va har qanday katta o'lchamdagi naqshlarni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.
Ushbu tarmoqlarda uch o'lchovli neyronlardan foydalaniladi. Bir qatlam ichida neyronlarni faqat qabul qiluvchi qatlam deb ataladigan kichik maydon bog'laydi.
Qo'shni qatlamlardagi neyronlar fazoviy lokalizatsiya mexanizmi orqali bog'langan. Ushbu qatlamlarning ko'pchiligining ishi piksellar sonining ko'payishiga javob beradigan maxsus chiziqli bo'lmagan filtrlar bilan ta'minlanadi.
b) Takroriy neyron tarmoqlar bunday neyron tarmoqlari takrorlanuvchi deb ataladi, ularning neyronlari orasidagi bog'lanishlar indikativ tsiklni tashkil qiladi. Quyidagi xususiyatlarga ega:
Har bir ulanishning o'ziga xos og'irligi bor, u ham ustuvor ahamiyatga ega.
Tugunlar ikkita turga bo'linadi: qo'rg'oshinli tugunlar va yashirin tugunlar.
Qayta tiklanadigan asab tarmog'idagi ma'lumotlar nafaqat to'g'ri chiziq, qatlam-qavat, balki neyronlarning o'zi o'rtasida ham uzatiladi.
Qayta tiklanadigan neyron tarmog'ining muhim o'ziga xos xususiyati - bu mashina yaxshilangan ishlov berishni talab qiladigan ma'lumotlarning ayrim qismlarini o'rnatishi mumkin bo'lgan "diqqat doirasi" deb nomlanishi.

3. 
   Hopfield asab tarmog'I 1982 yilda amerikalik olim Jon Xopfild hozirda uning nomi bilan yuritiladigan yangi turdagi hisoblash tizimini tasvirlab berdi. Uning xarakterli xususiyatlari orasida:
   

Tarmoqdagi bloklar ularning holatini tavsiflash uchun faqat ikkita qiymatni olishi mumkin: 1 va -1. Har bir birlik birlik juftligi grafik tugunlarini ulash imkoniyati yoki imkonsizligini ko'rsatadi;
Sun'iy neyronlarni modellashtirish grafigidagi bitta tugunni yangilash asenkron yoki sinxron ravishda amalga oshiriladi. Birinchi holda, faqat bitta blok yangilanadi, uni tasodifiy tanlash mumkin. Ikkinchi holda, barcha bloklar bir vaqtning o'zida yangilanadi;
Tarmoq "energiya" deb nomlangan holat bilan tavsiflanadi. Tarmoq yangilanishlari har doim maksimal energiya qiymatlarida amalga oshiriladi;
Tarmoqni o'qitish qoidalari inson aqlining mexanizmlariga o'xshashdir. Eski ma'lumotlarni (mahalliy qoida) ishlatgan holda yoki eski namunalarga murojaat qilmasdan (qo'shimcha qoida) yangi ma'lumotlarni ulash mumkin.
Neyronning tuzilishi va vazifalari
Neyron. Nerv tizimining strukturaviy va funksional birligi nerv hujayrasi - neyrondir. Inson asab tizimida 100 milliarddan ortiq neyron borligi taxmin qilinadi. Odatiy neyron tanadan (ya'ni, yadro qismi) va jarayonlardan iborat bo'lib, bitta odatda tarmoqlanmaydigan jarayon, akson va bir nechta shoxlangan dendritlar. Akson impulslarni hujayra tanasidan mushaklar, bezlar yoki boshqa neyronlarga o'tkazadi, dendritlar esa ularni hujayra tanasiga olib boradi.
Neyronda, boshqa hujayralardagi kabi, yadro va bir qator mayda tuzilmalar - organellalar mavjud (yana q. HUYATA). Bularga endoplazmatik retikulum, ribosomalar, Nissl tanachalari (tigroid), mitoxondriyalar, Golji kompleksi, lizosomalar, filamentlar (neyrofilamentlar va mikronaychalar) kiradi.
Nerv impulsi. Agar neyronning stimulyatsiyasi ma'lum chegara qiymatidan oshsa, unda stimulyatsiya nuqtasida bir qator kimyoviy va elektr o'zgarishlar ro'y beradi, ular neyron bo'ylab tarqaladi. O'tkazilgan elektr o'zgarishlariga nerv impulslari deyiladi. Neyronning qarshiligi tufayli asta-sekin zaiflashadigan va faqat qisqa masofani bosib o'ta oladigan oddiy elektr zaryadidan farqli o'laroq, tarqalish jarayonida ancha sekinroq "ishlaydigan" nerv impulsi doimiy ravishda tiklanadi (qayta tiklanadi).
Ionlarning kontsentratsiyasi (elektr zaryadlangan atomlar) - asosan natriy va kaliy, shuningdek organik moddalar- neyron tashqarisi va uning ichida bir xil emas, shuning uchun tinch holatda bo'lgan nerv hujayrasi ichkaridan manfiy, tashqaridan esa ijobiy zaryadlanadi; natijada hujayra membranasida potentsial farq paydo bo'ladi ("dam olish potentsiali" taxminan -70 millivolt). Hujayra ichidagi manfiy zaryadni va shu bilan membranadagi potentsial farqni kamaytiradigan har qanday o'zgarish depolarizatsiya deb ataladi. Neyronni o'rab turgan plazma membranasi lipidlar (yog'lar), oqsillar va uglevodlardan tashkil topgan murakkab shakllanishdir. U ionlarni amalda o'tkazmaydi. Ammo membranadagi ba'zi oqsil molekulalari ma'lum ionlar o'tishi mumkin bo'lgan kanallarni hosil qiladi.
Biroq, ion kanallari deb ataladigan bu kanallar har doim ham ochiq emas, lekin eshiklar kabi, ular ochilishi va yopilishi mumkin. Neyron qo'zg'atilganda, natriy (Na +) kanallarining bir qismi stimulyatsiya nuqtasida ochiladi, buning natijasida natriy ionlari hujayra ichiga kiradi. Ushbu musbat zaryadlangan ionlarning oqimi kanal mintaqasida membrananing ichki yuzasining salbiy zaryadini kamaytiradi, bu depolarizatsiyaga olib keladi, bu kuchlanishning keskin o'zgarishi va zaryadsizlanish bilan birga keladi - deb ataladi. "harakat potentsiali", ya'ni. nerv impulsi. Keyin natriy kanallari yopiladi. Ko'pgina neyronlarda depolarizatsiya ham kaliy (K+) kanallarining ochilishiga olib keladi, bu esa kaliy ionlarining hujayradan chiqib ketishiga olib keladi. Ushbu musbat zaryadlangan ionlarning yo'qolishi membrananing ichki yuzasida manfiy zaryadni yana oshiradi. Keyin kaliy kanallari yopiladi. Boshqa membrana oqsillari ham ishlay boshlaydi - deb ataladi. Na + ning hujayradan va K + ning hujayra ichiga harakatini ta'minlaydigan kaliy-natriy nasoslari, kaliy kanallarining faolligi bilan bir qatorda stimulyatsiya nuqtasida dastlabki elektrokimyoviy holatni (dam olish potentsialini) tiklaydi. Rag'batlantirish nuqtasidagi elektrokimyoviy o'zgarishlar membrananing qo'shni nuqtasida depolarizatsiyaga olib keladi va undagi o'zgarishlarning bir xil siklini qo'zg'atadi. Bu jarayon doimo takrorlanadi va depolarizatsiya sodir bo'lgan har bir yangi nuqtada oldingi nuqtadagi kabi bir xil kattalikdagi impuls tug'iladi. Shunday qilib, yangilangan elektrokimyoviy tsikl bilan birgalikda nerv impulsi neyron bo'ylab nuqtadan nuqtaga tarqaladi. Nervlar, nerv tolalari va ganglionlar.
Nerv tolalar to'plami bo'lib, ularning har biri boshqalardan mustaqil ravishda ishlaydi. Nervdagi tolalar maxsus biriktiruvchi toʻqima bilan oʻralgan guruhlarga boʻlingan boʻlib, ularda nerv tolalarini taʼminlovchi tomirlar oʻtadi. ozuqa moddalari va kislorod va karbonat angidrid va parchalanish mahsulotlarini olib tashlash. Periferik retseptorlardan markaziy asab tizimiga (afferent) impulslar tarqaladigan nerv tolalari sezgir yoki sezgir deyiladi. Markaziy asab tizimidan mushaklar yoki bezlarga (efferent) impulslarni uzatuvchi tolalar motor yoki motor deb ataladi. Aksariyat nervlar aralash bo'lib, hissiy va harakatlantiruvchi tolalardan iborat. Ganglion (ganglion) periferik asab tizimidagi neyron tanachalarining to'plamidir. PNSdagi akson tolalari neyrilemma bilan o'ralgan - ipdagi boncuklar kabi akson bo'ylab joylashgan Schwann hujayralarining qobig'i. Ushbu aksonlarning sezilarli qismi miyelinning qo'shimcha qobig'i (oqsil-lipid kompleksi) bilan qoplangan; ular miyelinli (go'shtli) deb ataladi.

1.1.1-rasm. Neyron
Nerv sistemasi asosini nerv hujayralari tashkil qiladi. Har bir hujayra oʻzidan chiqqan kalta shoxchalar (dendrit), bitta uzun tola (akson) bilan birga neyron deb ataladi. Nerv sistemasi, asosan, neyronlar toʻplamidan iborat. Nerv sistemasi filogenez va ontogenezda gavdaning tashqi qavati — ektodermadan rivojlanadi. Organizmlarning tarixiy rivojlanish jarayonida Nerv sistemasining tuzilishi murakkablashib, nerv hujayralarining hajmi va turlari osha borgan, neyronlar strukturasi va ayrim nerv hujayralari oʻrtasidagi oʻzaro munosabatlar, shu bilan birga Nerv sistemasining funksiyasi ham shakllangan. Nerv sistemasiga xos ikkinchi toʻqi-ma — neyrogliya paydo boʻlgan (u tayanch va trofik funksiyalarni bajaradi).
Nerv sistemasi ning rivojlanishi davrida markaziy nerv sistemasi va periferik nerv sistemasi vujudga keladi.
Nerv sistemasi shartli ravishda ikki qismga boʻlinadi. Ulardan biri organizmning odam ixtiyoriga boʻysinmaydigan aʼzolariga borib, ularni nerv bilan taʼminlaydigan vegetativ nerv sistemasidkr. Ikkinchi qism odam ixtiyoriga boʻysinib, skelet muskullariga va harakatda ishtirok etadigan ayrim aʼzolarga boradi.

1.1.2-rasm. Uyqu
Uyqu — odam va hayvonlarda davriy yuz beradigan fiziologik holat. Bunda fiziologik jarayonlar bir qadar sekinlashadi va organizmning , chunonchi, markaziy nerv sistemasining ish qobiliyati tiklanishi uchun eng yaxshi sharoitlar yaratiladi. U. har bir insonning zarur hayotiy ehtiyojidir. Inson butun hayotining uchdan biri har kechakunduzda davriy kuzatiladigan U. holatida oʻtadi.
U. vaqtida muskullar tonusi susayadi (uyqudagi odamning koʻp muskullari boʻshashgan boʻladi), sezuvchanlikning barcha turlari — koʻrish, eshitish, taʼm bilish, hid sezish, teri sezuvchanligi keskin susayadi. Shartsiz va shartli reflekslar tormozlanadi. Qattiq U.da nafas uygʻoqlikdagiga nisbatan ancha chuqur, yurak urishi sekin, arterial qon bosimi, toʻqimalarga qon kelishi, moddalar almashinuvi, gavda temperaturasi past boʻladi. Bularning barchasi U. holatida miya bilan bir qatorda hujayralar va toʻqimalar hayot faoliyatini taʼminlovchi hamma ichki aʼzolarning ham "dam" olishidan dalolat beradi.
Ammo U. hakidagi zamonaviy tasavvurlarga koʻra, U. faqat dam olish emas, balki kun boʻyi olingan turli axborotni qayta ishlash va ertasi kun yana qabul qilish qobiliyatiga erishish uchun qaratilgan jarayondir.
Odam astasekin uxlaganda nafas olish va yurak ritmi pasayadi, koʻz sekin yumula boshlaydi. Tez uxlab qolganda esa bu harakatlar, odatda, tezlashadi.
Astasekin uxlab qolish tungi U.ning 75—80%ini, tez U.ga ketish esa 20— 25%ini tashkil etadi. Tez va sekin uxlab qolishning navbatlanishi, odatda, sogʻlom odamlar uchun xosdir va bunda odam oʻzini uyquga qongan hamda bardam his etadi. Tez va sekin uxlash muddatining oʻzgarishi, sekin uxlashning yetarli darajada chuqur boʻlmasligi, tez uxlash davrida teztez uygonib turish odam nerv sistemasining turli buzilishlariga olib keladi, uning ruxiy va emotsional holatiga taʼsir koʻrsatadi.
Normal (fiziologik) U.ning davriy kechakunduzlik va davriy faslli (qayvonlarning yozgi va kishki U.si) turlari va bir necha xil patologik (narkotik, letargik va boshqalar), shuningdek, maxsus taʼsirlar oqibatida yuzaga keladigan gipnotik U. farq qilinadi.
Uyquning koʻpincha kuzatiladigan buzilishlariga uyquchanlik (gipersomniya) va uyqusizlik kiradi.