Биологический нейрон

Для исследования НС необходимо иметь математическую модель биологического нейрона и биологической нейронной сети.

Центральная нервная система имеет клеточное строение. Её единицей является нервная клетка, нейрон. Нейрон имеет следующие основные свойства:

1. Участвует в обмене веществ и рассеивает энергию. Меняет внутреннее состояние с течением времени, реагирует на входные сигналы и формирует выходные воздействия и поэтому является активной динамической системой.

2. Имеет множество синапсов – контактов для передачи информации.

3. Нейрон взаимодействует путем обмена электрохимическими сигналами двух видов: электротоническими (с затуханием) и нервными импульсами (спайками), распространяющимися без затухания.

На рис. 1.1 показана структура пары типичных биологических нейронов.

Рис. 1.1. Биологический нейрон

Биологический нейрон содержит следующие структурные единицы:

Тело клетки— сома: содержит ядро,митохондрии (обеспечивают клетку энергией), другие органеллы, поддерживающие жизнедеятельность клетки.

Дендриты – входные волокна, собирающие информацию от других нейронов. Активность в дендритах меняется плавно. Длина их обычно не больше 1 мм.

Аксон, один или ни одного у каждой клетки, – длинное, иногда больше метра, выходное нервное волокно клетки. Импульс генерируется в аксонном холмике. Аксон обеспечивает проведение импульса и передачу воздействия на другие нейроны или мышечные волокна. Ближе к концу аксон часто ветвится.

Синапс– место контакта нервных волокон — передает возбуждение от клетки к клетке. Передача через синапс почти всегда однонаправленная. Различают пресинаптические и постсинаптические клетки — по направлению передачи импульса.

Т.о. дендриты идут от тела нервной клетки к другим нейронам, где они принимают сигналы в точках соединения, называемых синапсами. Принятые синапсом входные сигналы подводятся к телу нейрона. Здесь они суммируются, причем одни входы стремятся возбудить нейрон, другие – воспрепятствовать его возбуждению. Когда суммарное возбуждение в теле нейрона превышает некоторый порог, нейрон возбуждается, посылая по аксону сигнал другим нейронам. У этой основной функциональной схемы много усложнений и исключений, тем не менее большинство искусственных нейронных сетей моделируют лишь эти простые свойства.

Нервные клетки сильно связаны между собой. Нейрон может иметь более 1000 синапсов.