|
|
| (2 medziľahlé úpravy od jedného ďalšieho používateľa nie sú zobrazené) |
| Riadok 1: |
Riadok 1: |
| − | {{Expertné systemy (esej)}}
| |
| − | {{Hlavička_FM
| |
| − | |{{Neurónové siete a neurónový systém}}
| |
| − | | Bc. Marián Maňko
| |
| − | |Ing. Andrea Julény
| |
| − | |2010/2011
| |
| − | |Esej
| |
| − | |Manažérstvo kvality produkcie
| |
| − | }}
| |
| − | {{abstrakt
| |
| − | | Predkladaná esej sa zaoberá anatómiou nervového systému. Teoreticky popisuje činnosť orgánov, ktoré riadia životné funkcie vľudskom tele ako sú mozog, mozoček, miecha, mozgová kôra a iné. Ďalej podrobne popisuje neurón ako základnú bunku nervového systému, synapsy, čiže spojom medzi neurónmi. Na konci práce je uvedený príklad čo všetko musí naše telo vykonať pri prechádzaní cez rušnú ulicu.
| |
| − | | The presented essay deals with neural system’s anatomy. It theoretically describes the operation of organs which control the vital functions of human body, like the brain, the cerebelum, the spinal cord, the cerebral cortex etc. Then it presents in further detail neurones as basic cells of neural system and the synapses which interconnect them. The paper is concluded by an example of all the actions that human body must execute just to cross a busy street.
| |
| − | }}
| |
| | | | |
| − | ==Úvod==
| |
| − | Umelé neurónové siete predstavujú formálny matematický, respektíve výpočtový model inšpirovaný biologickými neurónovými sieťami. Biologické neurónové siete ktoré tvoria napríklad ľudský mozog, predstavujú bezpochyby zaujímavú oblasť pre vedecké skúmanie vo vedných odboroch, akými sú neurobiológia, či psychológia. Umelé neurónové siete vznikli kvôli snahe modelovať činnosť nervového systému. Neskôr sa ukázalo, že využitie týchto modelov sa môže rozšíriť aj na oblasť počítačových vied. Zahŕňajú totiž v sebe masívne paralelné výpočtové algoritmy, ktoré dokážu účinne riešiť rôznorodé úlohy rozpoznávania objektov, spracovania časových signálov, úlohy riadenia a optimalizácie, atď.
| |
| − |
| |
| − | ==Neurónové siete a nervový systém==
| |
| − | Teória neurónových sietí vychádza z rôznych poznatkov. Vysvetľuje, ako sa v nervových bunkách spracúva informácia. Umelým neurónovým sieťam sa pre ľahšie pochopenie hovorí aj model mozgu bez mysle (brain without mind). A to preto, že sa nezaoberajú psychikou, ale snažia sa pochopiť nervový systém.
| |
| − |
| |
| − | Experimentálnou metódou sa len veľmi ťažko dajú sledovať a zisťovať nové poznatky o aktivite prirodzených neurónových sieťach. A to preto, že nie sú k vytvorené metodiky, ktoré by dokázali takéto zistenia. Poznáme len metodiky na sledovanie aktivity jednej, maximálne niekoľkých buniek naraz. Preto sa k niektorým poznatkom môžeme dopracovať len simuláciou na počítačovom modely.
| |
| − |
| |
| − | ==Anatómia nervového systému==
| |
| − | V ''mozgu'' sa nachádza viac ako 100 miliárd nervových buniek. Celý nervový systém, ktorý sa skladá z centrálneho nervového systému a z periférneho nervového systému obsahuje nepredstaviteľné množstvo týchto buniek. Pre vysvetlenie dodám že do centrálneho nervového systému patrí mozog a miecha a do periférneho nervového systému zhluky nervových buniek a periférne nervy. Senzorické, alebo zmyslové bunky zbierajú všetky informácie z okolitého prostredia. Tieto informácie (signály) sa dostávajú do rôznych ústredí v centrálnej nervovej sústave cez oddelené (dostredivé) nervové dráhy. Naopak, organizmus „komunikuje“ s okolitým svetom jedine pomocou odstredivých dráh riadiacich svalstvo. Svet okolo nás, ktorý naše telo, čiže my vnímame je virtuálne. Existuje len v našej mysli vznikajúci pomocou nervových vzruchov.
| |
| − |
| |
| − | Vnímanie teploty, bolesti alebo analýzu hmatových vzruchov vykonáva ''miecha''. Centrom pre tieto činnosti sa nachádzajú aj na vyšších úrovniach centrálnej nervovej sústavy. Okrem týchto činností vykonáva aj reguláciu niektorých vegetatívnych reflexov ako aj reflexných funkcií motoriky. Varolov most, mesencephalon a predĺžená miecha ktorá je najvyššou úrovňou miechy spolu tvoria tzv. mozgový kmeň. Táto trojica ústrojov má na starosti vegetatívne funkcie. K vegetatívnym funkciám patrí regulácia srdcovej frekvencie, dýchanie, ale aj kyslosť vnútorného prostredia, či koncentrácia iónov v krvi. Mozgový kmeň sa stará aj o analýzu chuťových, sluchových ako i hmatových podnetov z tvárovej oblasti. Ďalej zabezpečuje pohyb očí, rozširovanie a zužovanie zreníc, zabezpečuje rovnováhu. Riadi motoriku tváre.
| |
| − |
| |
| − | ''Mozoček'' má veľkosť menšej tenisovej loptičky. Stará sa o rovnováhu ľudského tela. Napríklad pri užití väčšieho množstva alkoholu sa znižuje funkcia mozočku a preto podnapití ľudia majú často problém s rovnováhou.
| |
| − |
| |
| − | Jednu z rozhodujúcich funkcií vo vývoji človeka zohrala ''mozgová kôra''. Ak porovnáme mozog človeka a opice, najväčší rozdiel je práve v štruktúre mozgovej kôry. Na povrchu je rozdelená na brázdy a vyvýšenia. Najnovšie štúdie dokázali, že ľudia ktorí majú viac týchto vyvýšení a brázd sú inteligentnejší než ľudia s menším počtom týchto fragmentov.
| |
| − |
| |
| − | ''Mozog'' je zložený z dvoch polovíc, voláme ich hemisféry. Drvivá väčšina ústrojov v mozgu má zástup v oboch hemisférach. Takmer všetky nervové dráhy prechádzajú cez zložitú štruktúru ktorú nazývame talamus. Sú to vlastne nervové bunky nahromadené v centrálnych častiach mozgu. Tieto zhluky buniek sú známe tým, že v reze majú sivú farbu. Tam, kde sa telá nervových buniek nenachádzajú, majú farbu bielu. V okolí talamu existuje niekoľko zoskupení neurónov, ktoré majú spoločný názov - bazálne gangliká. Tieto zoskupenia majú dôležitú funkciu pri detekovaní pohybu ktorý vykonávame. Pri poruchách bazálneho ganglika nastávajú komplikované poruchy v motorike (Parkinsonova choroba). Limbický sýstém je názov označujúci skupinu nervových buniek, ktorý ovplyvnuje emotívne správanie. Jedna z jeho častí (hippocampus) má hlavnú úlohu vo fyziológii pamäti.
| |
| − |
| |
| − | [[Súbor:01-mozek-stavba-hypothalamus-epifyza.jpg]]
| |
| − | ==Neurón==
| |
| − | ''Neurón'' je nervová bunka. Prenáša a spracúva informácie. Skladá sa z tela a niekoľkých výbežkov ktoré rozdeľujeme na dva typy. Dendrity cez ktoré vstupuje informácia (vzruch) z iných neurónov a axón, po ktorom sa šíri informácia k ostatným bunkám. Axón je obalený bunkovou membránou zvanou myelínová pošva. Neobalené úseky axónu sa nazývajú Ranvierové zárezy.
| |
| − |
| |
| − | Neurón, ako každá bunka v organizme je ohraničená bunkovou membránou. Jedná sa o polopríepustnú membránu. To znamená, že cez ňu môžu prechádzať molekuly s malou molekulovou hmotnosťou.
| |
| − |
| |
| − | [[Súbor:400px-Neuron_slk.svg.png]]
| |
| − |
| |
| − | ==Synapsa==
| |
| − | Axón neurónovej bunky je spojený s membránou druhej bunky. Tento spoj sa nazýva synapsa. Slovo synapsa je odvodené z latinského slova synapto, čo v preklade znamená tesne sa objímať. Poznáme tri druhy synáps: axo-dendritické, axo-somatické a výnimočne aj axo-axonálne. Na jednom neuróne môžeme nájsť stovky, dokonca až desiatky tisícov takýchto spojov- synáps.
| |
| − |
| |
| − | ==Príklad činnosti nervového systému==
| |
| − | Na vysvetlenie čo všetko musí náš nervový systém zabezpečiť si uvedieme príklad prejdenia cez frekventovanú ulicu. Stáť vzpriamene na dvoch končatinách zabezpečuje orgán registrujúci vplyv gravitácie a zrýchlenie nášho tela v niektorom z troch na seba kolmých smeroch. Tento orgán sa nachádza vo vnútornom uchu. Je zložito prepojený s nervovými bunkami, ktoré majú na starosti svalstvo zodpovedné za vzpriamenú polohu nášho tela. Tento proces sa stále mení, pretože musí vyhodnocovať silu vetra, či nesieme tašku v rukách, aky máme pod sebou povrch atď.
| |
| − |
| |
| − | Letné slnko nás oslepuje, no oči neustále sledujú, čo sa na ulici deje. Informácia o intenzite svetla sa zachytáva už v oku a spracúva sa na príslušnom mieste v mozgu. Podľa toho sa zistí aký má mať zrenička prierez. Pri silnom svetle sa zrenička zužuje ako napríklad clona na fotoaparáte. Tým zabezpečí správnu svetelnú intenzitu na spracovanie obrazu sietnicou. Iné centrá v mozgovom kmeni riadia natočenie očných gúľ tak, aby "pozerali" na ten istý bod. Tento jav voláme konvergencia. Tak sa môžu obrazy premietnuté na sietnice oboch očí zložiť dohromady, čím môže vzniknúť "hĺbka" obrazu, čiže jeho trojdimenzionálnosť. Našu vzdialenosť od objektov v zornom poli odhaduje nervový systém aj porovnaním veľkosti obrazu so skúsenosťou. Aby sme preorientovali svoj pohľad na iný objekt, je potrebné natočiť očné gule príslušným smerom a upraviť aj ich konvergenciu podľa vzdialenosti objektu od nás.
| |
| − |
| |
| − | Zrak má okrem toho schopnosť samostatne riadiť pohyby hlavy komplexom zložitých reflexov. Pasívne pohyby hlavou sú registrované určitou časťou mzogu, ktorý potom ovplyvňuje centrá otáčajúce očné gule opačným smerom, ako sa pohybuje hlava. Podobne, ak sa pohybuje obraz dopadajúci na sietnicu (čo sa v našom prípade naozaj deje - autá sa pomerne veľkou rýchlosťou približujú a vzďaľujú), očné gule tento pohyb dokážu upravovať. Reflexný oblúk je v tomto prípade ešte zložitejší. Zvyčajne nastávajú všetky tieto procesy súčasne.
| |
| − |
| |
| − | Náš sluch registruje hluk ulice. Je v ňom zvuk motora štartujúceho motocykla z blízkeho parkoviska, krik dieťaťa ťahajúceho mamu na opačnej strane cesty k hračkárstvu, brechot psa kdesi zďaleka, slová priateľky popisujúcej zážitky z práce a hluk motorov prechádzajúcich áut. Sluch vníma len jedno spektrum, vzniknuté zložením všetkých týchto zvukov. Napriek tomu vieme veľmi ľahko tieto zvuky odlíšiť, prisúdiť im miesto, odkiaľ prichádzajú, hlasitosť, výšku a farbu. Rozumieme tomu, čo naša priateľka hovorí, zvuky motorov nám pomáhajú odhadnúť, kedy možno prejsť cez cestu. Na to je potrebné, aby náš sluch vyhodnotil rozsah sluchového podnetu a mnoho iných parametrov. Tieto sa musia porovnať so zvukmi uloženými v pamäti.
| |
| − |
| |
| − | Nervový systém je súčasne nútený riadiť vnútorné prostredie organizmu - t.j. parametre ako teplota tela, krvný tlak, frekvencia srdca, dýchania, koncentrácia rôznych látok v krvi. Spojením všetkých podnetov, ktoré pôsobia na naše zmysly, si vytvárame akýsi "vnútorný" obraz o premávke na ulici a vnímame aj slová priateľky. Vnímame zmeny veľkosti obrazu áut na našej sietnici, vnímame zmeny ich polohy, zmeny zvuku ich motorov. Situácia v druhom jazdnom smere zatiaľ zostáva v pamäti, dokonca sa podľa odhadu aktualizuje. V momente, keď vypočítame časovú medzeru na prechod ulicou, spustí náš nervový systém natrénovanú časť procesov v mieche, vedúcich veľmi komplikovaným spôsobom k chôdzi. Dochádza k aktivácii obrovského množstva motorických jednotiek (základných funkčných zložiek svalu) v rôznych svaloch v istom časovom rozsahu. Svaly umožňujúce opačné pohyby však musia relaxovať. Začatý pohyb zmení polohu ťažiska. Náš pohyb musí byť pri odhade premávky vzatý do úvahy. Cielene presúvame ťažisko z jednej nohy na druhú, kráčame. Všetko toto v zlomkoch sekundy. Náhle zahliadneme rýchlo sa blížiace modré auto. Prudko zastavíme. Bleskovo prebehne sekvencia kontrakcií svalov zabezpečujúca rýchle zastavenie aj udržanie rovnováhy. Všetky tieto procesy (a obrovské množstvo ďalších) prebiehajú v našom organizme každý zlomok sekundy, a všetky sú ovládané nervovým systémom. Konštrukcia robota, vykonávajúceho tieto činnosti naraz (napriek skutočnosti, že k tomu nie je nevyhnutnou podmienkou existencia vedomia), zostáva v nedohľadne.
| |
| − |
| |
| − | ==Záver==
| |
| − | Cieľom mojej práce bolo objasniť činnosť nervového systému. Dôvody, prečo máme poznať jeho fungovanie je v tom, že ak sa chceme dozvedieť o fungovaní neurónových sietí, je potrebné poznať činnosť biologického nervového systému. Je to veľmi zložitý systém mnohých orgánov, ktoré musia vzájomne spolupracovať a vytvárať jednotný systém. V tejto problematike je mnoho nezodpovedaných otázok a ľudia „hladných“ po poznaní neustále napredujú a snažia sa dozvedieť čo najviac.
| |
| − |
| |
| − | ==Použitá literatúra==
| |
| − | MAKULA, Matej. Sila a obmedzenia rekurentných neurónových sietí pri spracovaní postupností symbolov. Bratislava, 2009. 133 s. Dizertační práce. Slovenská technická univerzita v Bratislave. Dostupné z WWW: <http://ii.fmph.uniba.sk/~benus/theses/Matej_thesis.pdf>.
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | KVASNIČKA, Vladimír, et al. Úvod do teórie neurónových sietí. Bratislava : Iris, 1997. Neurónové siete a nervový systém, s. 264
| |
