پرینت

مقدمه ای بر شبکه های عصبی مصنوعی (قسمت دوم)

نوشته شده توسط مجتبی آیتی نیا. منتشر شده در شبکه‌های عصبی

ساختار مغز انسان

مغز انسان به طور مستدل، پيچيده ترين شیء شناخته شده در جهان می باشد. با وجود اينکه مغز انسان در حدود 1.5 گيلو گرم وزن دارد، بيشتر آن را آب تشکيل می دهد و اگر از داخل جمجمه خارج گردد، بطور کامل فروريخته و ويران می شود.

مغز انسان عملياتی فراتر از دانش امروز ما انجام می دهد. مغز در واقع عضو اصلی صحبت کردن، حافظه، درک و منطق انسان می باشد. حتی گفته می شود که شخصيت انسان، در مغز او نهفته است. مغز انسان از راه سعی و خطا آموزش می بيند. با وجود اينکه هر روز تعداد زيادی از سلول های مغز انسان از بين می روند، اما انسان در طول زندگيش همواره در حال يادگيری است. مغز انسان اين انعطاف پذيری را دارد که خود را با شرايط گوناگون وقف دهد. نکته ای که در مورد يادگيری انسان قابل توجه است، اينست که انسان بدون آموزش ها و تعاريف پيچيده، ياد می گيرد که چگونه رفتار کند. مثلا وقتی که به يک بچه دوچرخه سواری را ياد می دهند، به او نمی گويند که آرنج های خود را در چه زاويه ای قرار دهد و فقط دادن يک شرايط اوليه مطلوب برای جلوگيری از تصادف به عنوان يک پيش فرض کافی است و زمانی که بچه با پيش فرض اوليه توانست دوچرخه را هدايت کند، ديگر با سعی و خطا می تواند زاويه دقيق آرنج ها و ديگر موارد مورد نياز را ياد بگيرد. مغز و سيستم عصبی ساير موجودات زنده نيز ساختاری مانند مغز انسان دارند. يک عنکبوت با توجه به شرايط آب و هوايی مختلف، تارهايی شگفت انگيز و پيچيده درست می کند. مورچه ها محل سکونت خود را می سازند، از کوچکترها مراقبت می کنند و با دشمنانشان می جنگند.

سلول هايی که در مغز، وظيفه پردازش اطلاعات و توزيع آنها را بر عهده دارند، نرون (Neuron) ناميده می شوند. هر نرون 4 بخش مجزا دارد : هسته سلول، دندريت، اکسون و ترمينال های اکسون. هسته قسمت اصلی و حياتی يک سلول عصبی می باشد. دندريت ها از هسته سلول منشعب می گردند و اطلاعات را بصورت ايمپالس های الکتريکی، از نرون های ديگر به هسته سلول منتقل می کنند.

اکسون ها بر خلاف دندريت ها، از سطحی هموارتر و تعداد شاخه های کمتری برخوردارند. اکسون طول بيشتری دارد و سيگنال الکتروشيميايی دريافتی از هسته سلول را به نرون های ديگر منتقل می کند. محل تلاقی يک اکسون از يک سلول، به دندريت های سلول ديگر را سيناپس می گويند.

فاصله بين نرون ها در حدود 25nm است که با وجود چنين فاصله کوچکی، نرون ها اطلاعات را به خوبی بين يکديگر رد و بدل می کنند. اين اطلاعات در سيناپس ها مورد پردازش قرار می گيرند.

نرون ها بر اساس ساختارهايی که بين آنها پيام ها هدايت می شوند، به سه دسته تقسيم می گردند:

1. نرون های حسی که اطلاعات را از ارگان های حسی به مغز و نخاع می فرستند.

2. نرون های محرک که سيگنال های فرمان را از مغز و نخاع به ماهيچه ها و غدد هدايت می

کنند.

3. نرون های ارتباطی که نرون ها را به متصل می کنند.

 

شکل زیر يک نرون بيولوژيکی را نشان می دهد.

 


هسته سلول ممکن است حاصل جمع تعدادی سيگنال را که از دندريت های متفاوتي می آيند را دريافت کند و يا يک سيگنال را به تنهايی و در غياب ساير سيگنال ها دريافت نمايد. علاوه بر اينها پردازش وابسته به زمان که در هسته سلول صورت می گيرد، اين امر را ممکن می کند که در يک فاصله زمانی کوتاه که سيگنال هايی از جاهايی متفاوت در حال دريافت می باشند، سيگنال هايی را که از بعضی از دندريت ها می آيند را متوقف کند. وقتی که شرايط مساعد باشد، هسته سلول آتش کرده و پالس های الکتريکی با شدت و طول ثابت به سمت اکسون می فرستد. اکسون اين پالس ها را که نمايانگر اطلاعات پردازش شده هستند، حمل کرده و به طرف ساير نرون ها می برد. اکسون در انتهای خود به تعدادی شاخه تقسيم می شود که اين شاخه ها به برجستگی های کوچکی ختم می شوند که ترمينال های اکسون ناميده می شوند. ترمينال های اکسون حاوی مواد شيميايی هستند که انتقال دهنده عصبی ناميده می شوند و وقتی که پالس های الکتريکی از هسته سلول می رسند، اين مواد شيميايی رها می شوند. انتقال دهنده های عصبی می توانند، احتمال آتش کردن نرون های همسايه را افزايش دهند که در اين صورت به آنها تحريکی گفته می شود و يا ممکن است اين احتمال را کاهش دهند که در اين صورت به آنها مهاری گفته می شود.

وقتی که انتقال دهنده های عصبی از ترمينال های اکسون ساطع می شوند، مواد شيميايی از طريق شکاف کوچکی که شکاف سيناپسی گفته می شود، به دندريت ها می روند و اطلاعاتی که از طريق اکسون ها از نرون های ديگر آمده است را با خود می آورند. يک نرون دقيقا يک خروجی دارد. سيگنالی که از طريق اکسون منتشر می شود، ممکن است بيش از 10000 ورودی را از طريق دندريت هايش دريافت کند. ماهيت اطلاعاتی که در نرون مورد پردازش قرار می گيرد، همپيوستگی اطلاعاتی است که از طريق دندريت ها دريافت می شود و به يک کميت واحد تبديل می گردد که همان نرخ آتش هسته سلول به درون اکسون است.

مغز انسان چيزی در حدود 100 ميليارد نرون دارد که هر يک ممکن است اتصالات سيناپسی با بيش از 10000 نرون ديگر داشته باشند. اطلاعات به صورت سيگنال های الکتريکی و شيميايی، بصورت پيوسته در مغز انسان جريان دارند. مغز انسان وظيفه پردازش اطلاعات ورودی از حواس پنجگانه، و تفسير آنها را بر عهده دارد و تصميم می گيرد که بر اساس اطلاعات رسيده، چه عملی بايد انجام پذيرد.

توانايی های قابل توجه مغز انسان، الهام بخش تحقيقات گوناگونی بوده است، که بتواند اين ساختار پيچيده را شبيه سازی کند که اين امر بطور عمده بوسيله مدارهای الکتريکی صورت پذيرفته است. با اتصال تعداد بسيار زيادی از اين واحهای پردازنده ساده، محققان اميدوارند تا به بينشی از چگونگی عملکرد فعاليت مغز دست يابند و جايگزين مناسبی برای سيستم های سنتی کامپيوتر، در کاربردهايی نظير : تشخيص الگو، طبقه بندی تصاوير و بسياری از کاربردهای ديگر بيابند.

You have no rights to post comments