Seminario Dottorato Reti Neurali settembre 2010

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Struttura di un neurone
Corpo cellulare (soma)
Dendriti
Assone
Il potenziale d’azione
1) Soglia
2) Forma stereotipata
3) Tempo refrattario assoluto
4) Tempo refrattario relativo
Struttura della cellula
Modello di membrana
Il modello di Hodgking Huxley
Come comunicano i neuroni?
• I neuroni comunicano attraverso sinapsi,
eccitatorie e inibitorie
A cosa serve il potenziale d’azione?
• La depolarizzazione
della cellula si
attenuerebbe lungo
l’assone dopo pochi
millimetri
• Il potenziale d’azione
innesca un processo di
rigenerazione del
segnale
Fibre mieliniche
• La rigenerazione del segnale avviene soltanto
nei nodi di Ranvier
• La velocità di propagazione è molto alta
Modello “integra e spara”
Poiché il potenziale d’azione ha una forma
stereotipata, viene simulato il solo comportamento
sotto-soglia
Dal modello “integra e spara” al
modello alla “frequenza media”
Modello “firing rate”
• Se i neuroni hanno attività scorrelata è
possibile sostituire agli spike la loro frequenza
media
Caratteristica
dinamica
Caratteristica
statica
(sigmoide)
Caratteristiche di una rete neurale
(Rumelhart “The Architecture of the Mind”, 1989)
• a set of processing units;
• a state of activation defined over the processing units;
• an output function for each unit that maps its state of
activation into an output;
• a pattern of connectivity among units;
• an activation rule for combining the inputs impinging on a
unit with its current state to produce a new level of activation
for the unit;
• a learning rule whereby patterns of connectivity are modified
by experience; and
• an environment within which each system must operate
Classificazione delle memorie
Memoria: ogni cambiamento del comportamento
indotto dall’esperienza
Il connessionismo e la regola di Hebb
“When two active brain processes have been
active together in immediate succession, one of
them, on recurring, tends to propagate its
excitement into the other” (W. James, 1890)
“When neuron A repeatedly participates in firing
neuron B, the strength of the action of A onto B
increases” (D. Hebb, 1949)
Apprendimento delle sinapsi
Memoria eteroassociativa
Memoria autoassociativa
Percettrone
Reti a correzione di errore
Reti del tipo WTA
Meccanismo competitivo
fra i neuroni
• Competizione debole:
migliora il contrasto
• Competizione forte: un
solo neurone rimane
attivo (the Winner
Takes All)
Rete auto-organizzata
Formazione di mappe
topologiche
La corteccia somatosensoriale
La corteccia
somatosensoriale:
l’omuncolo
(Penfield and
Bolbrey 1937)
La corteccia somatosensoriale nel
macaco
Organizzazione del cervello
I quattro lobi cerebrali con le
relative funzioni
La corteccia cerebrale:
suddivisione delle parti
Aree associative
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