Как читать график кривой настройки нейронов?

Я работаю над учебным пособием из раздела 2.4 «Как построить мозг» и наткнулся на этот график кривой настройки нейронов.

neuron_tuning_curves

Я понимаю, что ось Y — это скорость срабатывания нейрона, что каждая кривая — это реакция одного нейрона (здесь представлено 100 нейронов) и что этот график показывает множество «включенных» и «выключенных» нейронов, но что? представляет ось X? Это вход потенциала действия? Является ли X значением, которое представляет нейрон, возбуждаясь с такой частотой?

Пожалуйста, позвольте мне дать некоторый контекст вокруг учебника. Сначала вы создаете популяцию из 100 нейронов для представления входных данных, которые будут варьироваться от -1 до 1. Вы заметите, что это работает хорошо, но представление ухудшается, когда вы выходите за пределы этого диапазона, и вы не можете представлять ничего, кроме -2. до 2.

Затем вы используете новую популяцию нейронов, чтобы опираться на эти недавно полученные знания о том, как нейроны могут представлять функции, чтобы заставить их представлять двумерный вектор, подобный эксперименту с движением руки обезьяны, проведенному Георгополусом.

Здесь я мог бы сделать прыжок веры и просто считать само собой разумеющимся, что нейроны могут представлять функции и что чем больше у вас нейронов, тем более точное приближение к функции вы можете получить, но я чувствую, что понимание этих фундаментальных концепций важно.

Рискну предположить, что это нейроны, настроенные на определенное направление в пространстве, и что ось абсцисс представляет собой угол, кратный π радианы.
(особенно если есть Георгопулос и его коллеги - neurosci.umn.edu/faculty/georgopoulos.html - статьи, процитированные в фоновой работе)
@ChuckSherrington Вы говорите, что невозможно прочитать график настройки нейронов, не зная контекста, в котором активируются нейроны?
@ChuckSherrington Однако вы правы в том, что этот урок, которому я следую, ведет к моделированию работы Георгопулоса с моторными нейронами и предпочтительному направлению.
Да, иначе невозможно узнать, на что настраивается конкретная клетка (или группы клеток). См. en.wikipedia.org/wiki/Neural_coding#Position_coding для некоторых других примеров.
Для некоторых из более теоретических исследований этого типа феномена я бы также обязательно проверил работу Эмо Тодорова на home.cs.washington.edu/~todorov .
Спасибо @ChuckSherrington, я закончу учебник и попытаюсь ответить на свой вопрос после прочтения ресурсов, на которые вы ссылаетесь.
@ChuckSherrington, стремясь улучшить рейтинг этого форума в области 51 , я смиренно прошу вас присылать свои комментарии в качестве ответа, чтобы Seanny123 мог принять ваш ответ. Это правильно и полезно, в конце концов =)
@blz Я превратил комментарии в ответ. Возможно, это не совсем то, что ищет ОП, поскольку он хочет составить свой собственный ответ. Честно говоря, я бы не слишком беспокоился о проценте вопросов без ответов. Гораздо лучше иметь постоянное количество пользователей, добавляющих хороший контент, чем получать ответы на все вопросы. В конце концов, это наука, у нас нет ответов на все вопросы!

Ответы (4)

Из комментариев:

Рискну предположить, что это нейроны, настроенные на определенное направление в пространстве, и что ось абсцисс представляет собой угол, кратный π радианам, особенно потому, что они связаны с работой Георгопулоса и его коллег .

Поскольку мы знаем, что это позиционно настроенные нейроны, вы можете увидеть другие примеры на этой странице Википедии .

Типичный популяционный код включает нейроны с кривой настройки Гаусса, средние значения которой изменяются линейно в зависимости от интенсивности стимула, а это означает, что нейрон наиболее сильно (с точки зрения импульсов в секунду) реагирует на стимул, близкий к среднему.

Итак, как упоминалось выше, независимой переменной здесь является «интенсивность» стимула (в данном случае абстрагируемая количеством направления), а частота стрельбы является зависимой переменной, следовательно, их положением на осях на графике.

Для некоторых из более теоретических исследований этого типа феномена я бы определенно проверил работу Эмо Тодорова среди многих других.

Мой ответ заключается в том, что вы уже начали понимать настройку нейронов.

Но дело не в том, что нейроны могут представлять функции. Дело в том, что нейроны обычно содержат информацию об определенных экспериментальных условиях.

Скорее нейроны могут представлять функции, но в большинстве случаев они имеют тенденцию представлять что-то более близкое к высказываниям.

Основополагающая работа Georgopoulos et al. речь шла о кодировании населения. Несомненно, нейроны были настроены косинусно, но некоторые нейроны явно представляют определенные позиции движения более точно, чем другие. Я предпочитаю думать о нейроне как о представлении убеждения, что животное движется в определенном направлении. Здесь ваш «х» будет углом достижения.

введите описание изображения здесь

Та же самая интуиция может быть применена к настройке ориентации V1, как это было обнаружено Хьюбелем и Визелем. Здесь ваш «x» будет ориентацией света.

http://michaeldmann.net/pix_7/complex2.gif

Это не значит, что частоту стрельбы нельзя использовать для представления функции. Просто по моему опыту правильнее сказать, что нейрон обычно представляет нечто более похожее на его убеждение в утверждении, что «я тянусь влево» или «я вижу горизонтальную полосу света в центре моего поля зрения». зрения».

В контексте упомянутого учебника этот график показывает первый принцип NEF, который заключается в том, что нейроны аппроксимируют функции, кодируя их с их частотой возбуждения. Здесь ввод представлен в диапазоне от 1 до -1. График показывает частоту срабатывания всех нейронов с учетом представляемого значения. Итак, скажем, у вас есть значение 0,5. Частоты срабатывания всех нейронов можно найти, посмотрев на их значения Y при x = 0,5.

Для получения дополнительной информации о кодировании и декодировании (как получить информацию из популяции нейронов) ознакомьтесь с этим руководством по NEF .

Модель не заботится о том, что такое x .

Сначала вы создаете популяцию из 100 нейронов для представления входных данных, которые будут варьироваться от -1 до 1.

Эти входные данные, которые варьируются от -1 до 1, равны x . Для сенсорных нейронов переменная x , скорее всего, будет представлять преобразование какого-то аспекта сенсорного стимула (например, угол обзора, уровень звука или температура), но она может быть любой, какой вы захотите.