Masa synaptyczna
W neuronauce i informatyce masa synaptyczna odnosi się do siły lub amplitudy połączenia między dwoma węzłami, co w biologii odpowiada wielkości wpływu, jaki wyładowanie jednego neuronu ma na inny. Termin ten jest zwykle używany w sztucznymi i biologicznymi sieciami neuronowymi .
Obliczenie
sieci neuronowej wektor lub zestaw wejść i wyjść lub odpowiednio neuronów przed i postsynaptycznych jest z wagami synaptycznymi reprezentowanymi przez macierz gdzie dla neuronu liniowego
- .
gdzie wiersze macierzy synaptycznej reprezentują wektor wag synaptycznych dla danych wyjściowych indeksowanych przez .
Wagę synaptyczną zmienia się za pomocą reguły uczenia się, z których najbardziej podstawową jest reguła Hebba , która jest zwykle określana w kategoriach biologicznych jako
Neurony, które odpalają razem, łączą się ze sobą.
Obliczeniowo oznacza to, że jeśli duży sygnał z jednego z neuronów wejściowych skutkuje dużym sygnałem z jednego z neuronów wyjściowych, wówczas masa synaptyczna między tymi dwoma neuronami wzrośnie. Reguła jest jednak niestabilna i zazwyczaj jest modyfikowana przy użyciu takich odmian, jak reguła Oja , radialne funkcje bazowe lub algorytm propagacji wstecznej .
Biologia
W przypadku sieci biologicznych wpływ wag synaptycznych nie jest tak prosty, jak w przypadku neuronów liniowych lub uczenia Hebba . Jednak biofizyczne , takie jak teoria BCM, odniosły pewien sukces w matematycznym opisywaniu tych sieci.
W ośrodkowym układzie nerwowym ssaków przekazywanie sygnału odbywa się za pośrednictwem połączonych sieci komórek nerwowych lub neuronów. W przypadku podstawowego neuronu piramidowego sygnał wejściowy jest przenoszony przez akson , który uwalnia substancje chemiczne neuroprzekaźników do synapsy , które są odbierane przez dendryty następnego neuronu, który może następnie generować potencjał czynnościowy , który jest analogiczny do sygnału wyjściowego w przypadek obliczeniowy.
Masa synaptyczna w tym procesie zależy od kilku zmiennych czynników:
- Jak dobrze sygnał wejściowy rozchodzi się przez akson (patrz mielinizacja ),
- ilość neuroprzekaźnika uwolnionego do synapsy i ilość, która może zostać wchłonięta przez następną komórkę (określona liczbą receptorów AMPA i NMDA na błonie komórkowej oraz ilością wewnątrzkomórkowego wapnia i innych jonów),
- liczba takich połączeń tworzonych przez akson z dendrytami,
- Jak dobrze sygnał propaguje się i integruje w komórce postsynaptycznej.
Występujące zmiany masy synaptycznej są znane jako plastyczność synaptyczna , a proces leżący u podstaw długoterminowych zmian ( długoterminowe wzmocnienie i depresja ) jest nadal słabo poznany. Oryginalna reguła uczenia się Hebba była pierwotnie stosowana do systemów biologicznych, ale musiała przejść wiele modyfikacji, ponieważ wyszło na jaw wiele problemów teoretycznych i eksperymentalnych.