Модель Дехаэна – Шанжю - Dehaene–Changeux model

В Модель Дехаэна – Шанжю (DCM), также известный как глобальное нейронное рабочее пространство или глобальная когнитивная модель рабочего пространства является частью Бернард Баарс "s"глобальная модель рабочего пространства "для сознания.

Это компьютерная модель из нейронные корреляты сознания запрограммирован как нейронная сеть. Он пытается воспроизвести рое поведение[требуется разъяснение ] из мозг с высшие когнитивные функции Такие как сознание, принимать решение[1] и центральный исполнительные функции. Он был разработан когнитивными нейробиологами. Станислас Дехаене и Жан-Пьер Шенжу начиная с 1986 г.[2] Он был использован для обеспечения прогностической основы для изучения невнимательная слепота и решение Тест лондонского Тауэра.[3][4]

История

Изначально модель Дехена – Чанжукса была создана как спин-стекло нейронная сеть пытается представить учусь а затем предоставить ступеньку к искусственное обучение среди других целей. Позже это будет использоваться для прогнозирования наблюдаемого времени реакции в пределах парадигма прайминга[5] и при слепоте по невнимательности.

Структура

Общая структура

Модель Дехена – Ченжукса - это метанейронная сеть (т.е. сеть нейронных сетей), состоящая из очень большого количества интегрировать и стрелять нейроны запрограммирован либо в стохастический или детерминированный способ. Нейроны организованы в комплекс таламо-кортикальные столбы с дальними связями и важной ролью[требуется разъяснение ] играет взаимодействие между фон Экономо. Каждый таламо-кортикальный столбик состоит из пирамидные клетки и тормозящие интернейроны получение дальнего возбуждающего нейромодуляция который может представлять норадренергический Вход.

Рой и мультиагентная система, состоящая из нейронных сетей

Среди других Коэн и Хадсон (2002) уже использовали "Мета-нейронные сети как интеллектуальные агенты диагностики "[6] Подобно Cohen & Hudson, Dehaene & Changeux установили свою модель как взаимодействие метанейронных сетей (таламокортикальных столбцов), которые сами запрограммированы в виде "иерархия нейронных сетей, которые вместе действуют как интеллектуальный агент«, чтобы использовать их как систему, состоящую из большого количества взаимосвязанных интеллектуальных агентов для прогнозирования самоорганизованного поведения нейронных коррелятов сознания. Также можно отметить, что Джайн и др. (2002) уже сделали это. четко идентифицированный импульсные нейроны как интеллектуальные агенты[7] поскольку нижняя оценка вычислительной мощности сетей импульсные нейроны это способность моделировать в реальном времени для логических входов любые Машина Тьюринга.[8] В DCM состоящий из очень большого числа взаимодействующих подсетей, которые сами являются интеллектуальными агентами, формально он Многоагентная система запрограммирован как Рой или нейронные сети и a fortiori пиковых нейронов.

Три уровня сложность модели глобального рабочего пространства: интегрировать и стрелять нейрон, таламо-кортикальный пучок и дальняя связь. Авторы приводят легенду: «Показаны составляющие моделирования (верхние диаграммы) и типичные паттерны спонтанной активности, которые они могут вызывать (нижние графики). Мы смоделировали вложенную архитектуру, в которой импульсные нейроны (A) включены в таламокортикальные столбцы. (B), которые сами по себе иерархически связаны между собой локальными и удаленными корковыми связями (C) (см. материалы и методы подробнее). В то время как отдельные нейроны могут генерировать устойчивые колебания мембранные потенциалы (A), только уровни столбца и сети генерируют сложные растущие и убывающие ЭЭГ -подобные колебания (B) и метастабильный глобальные состояния продолжительной стрельбы (C) ".[9]

Поведение

DCM демонстрирует несколько скрытых[требуется разъяснение ] эмерджентное поведение Такие как мультистабильность и Бифуркация хопфа между двумя очень разными режимами, которые могут представлять либо спать или же возбуждение с различными все или ничего поведения, которое Dehaene et al. использовать для определения проверяемой таксономии между различными состояниями сознания.[10][требуется разъяснение ]

Научный прием

Самоорганизованная критичность

Модель Дехена-Шанжо способствовала изучению нелинейность и самоорганизованная критичность в частности, в качестве объяснительной модели возникающего поведения мозга, включая сознание. Изучая фазовую синхронизацию и крупномасштабную синхронизацию мозга, Kitzbichler et al. (2011a) подтвердили, что критичность - это свойство организации функциональной сети человеческого мозга во всех частотных интервалах физиологической полосы пропускания мозга.[11]

Кроме того, исследуя нейронную динамику когнитивных усилий после, среди прочего, модель Дехена-Ченгуа, Kitzbichler et al. (2011b) продемонстрировали, как когнитивные усилия нарушают модульность ума заставить функциональные сети человеческого мозга временно принять более эффективную, но менее экономичную конфигурацию.[12] Вернер (2007a) использовал глобальное нейронное рабочее пространство Дехена-Ченгуа для защиты использования подходов статистической физики для изучения фазовых переходов, масштабирования и свойств универсальности так называемого «динамического ядра» мозга, имеющего отношение к макроскопической электрической активности в ЭЭГ и ЭМГ.[13] Более того, основываясь на модели Дехена-Ченже, Вернер (2007b) предположил, что применение двойных концепций масштабирования и универсальности теории неравновесных фазовых переходов может служить информативным подходом для выяснения природы лежащих в основе нейронных механизмов. , с акцентом на динамику рекурсивно повторно въезжающий поток активности во внутрикортикальных и кортико-подкорковых петлях нейронов. Friston (2000) также утверждал, что "Нелинейный характер асинхронной связи обеспечивает возможность разнообразных контекстно-зависимых взаимодействий, характеризующих реальную динамику мозга, предполагая, что она играет роль в функциональной интеграции, которая может быть столь же важной, как и синхронные взаимодействия".[14]

Состояния сознания и феноменология

Это способствовало изучению фазового перехода в головном мозге под седативным действием, и особенно ГАМК-ергической седации, такой как вызванная пропофолом (Murphy et al. 2011, Stamatakis et al. 2010).[15][16] Модель Дехена-Шаню была противопоставлена ​​и процитирована в исследовании коллективное сознание и его патологии (Wallace et al. 2007).[17] Boly et al. (2007) использовали модель для обратного соматотопического исследования, продемонстрировав корреляцию между исходной мозговой активностью и соматосенсорным восприятием у людей.[18] Boly et al. (2008) также использовали DCM в исследовании исходного состояния сознания человеческого мозга. сеть по умолчанию.[19]

Публикации

  • Наккаш, Л. Когнитивное старение рассматривается с точки зрения когнитивной нейронауки сознания. Psychologie & NeuroPsychiatrie du vieillissement. Volume 5, Number 1, 17–21, Mars 2007
  • Риалле, В. и Стип, Э. Когнитивное моделирование в психиатрии: от символических моделей к параллельным и распределенным моделям J Psychiatry Neurosci. 1994 May; 19 (3): 178–192.
  • Рави Пракаш, Ом Пракаш, Шаши Пракаш, Приядарши Абхишек и Сачин Гандотра Глобальная модель рабочего пространства сознания и ее электромагнитные корреляты Энн Индийский академик Neurol. Июль – сентябрь 2008 г .; 11 (3): 146–153. Дои:10.4103/0972-2327.42933
  • Зигмонд, Майкл Дж. (1999) Фундаментальная нейробиология ', Academic Press, с. 1551
  • Бернард Дж. Баарс, Николь М. Гейдж Познание, мозг и сознание: введение в когнитивную нейробиологию Academic Press, 2010 стр. 287
  • Карлос Эрнандес, Рикардо Санс, Хайме Гомес-Рамирес, Лесли С. Смит, Амир Хуссейн, Антонио Челла, Игорь АлександрОт мозга к системам: когнитивные системы, вдохновленные мозгом » Том 718 из Достижения экспериментальной медицины и серии биологии Springer, 2011 г., стр. 230
  • Стивен Лаурис и другие. Границы сознания: нейробиология и невропатология Том 150 из Прогресс в исследованиях мозга Elsevier, 2006, стр. 45
  • Майкл С. Газзанига Когнитивные нейронауки MIT Press, 2004, с.1146.
  • Станислас Дехаене Когнитивная нейробиология сознания MIT Press 2001 стр.13
  • Тим Бейн, Аксель Клиреманс, Патрик Уилкен Оксфордский спутник сознания Издательство Оксфордского университета 2009 стр. 332
  • Ханс Лильенстрём, Петер Орхем Переходы сознания: филогенетические, онтогенетические и физиологические аспекты Elsevier 2008 стр. 126

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Dehaene S, Changeux JP. Зависимое от вознаграждения обучение в нейронных сетях для планирования и принятия решений. Prog Brain Res. 2000; 126: 217-29.
  2. ^ Dehaene S, Changeux JP. Экспериментальные и теоретические подходы к сознательной обработке. Нейрон. 2011 28 апреля; 70 (2): 200-27.
  3. ^ Changeux JP, Dehaene S. Иерархическое нейронное моделирование когнитивных функций: от синаптической передачи до Лондонского Тауэра. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série III. 1998, февраль – март, 321 (2–3): 241-7.
  4. ^ Dehaene S, Changeux JP, Nadal JP. Нейронные сети, которые изучают временные последовательности путем выбора. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1987 May; 84 (9): 2727-31.
  5. ^ Epub 2010 25 января. Ван ден Буше Э., Хьюз Г., Хамбек Н.В., Рейнвоет Б. Отношения между сознанием и вниманием: эмпирическое исследование с использованием парадигмы прайминга. Сознательное познание. 2010 Март; 19 (1): 86–97 ..
  6. ^ Cohen, M.E .; Hudson, D.L .; Мета-нейронные сети как интеллектуальные агенты для диагностики нейронных сетей, 2002. IJCNN '02. Материалы Международной совместной конференции 2002 г., 233–238 гг.
  7. ^ Л. С. Джайн, Чжэнсинь Чен, Нихил Ичалкарандже Интеллектуальные агенты и их приложения Том 98 de Исследования в области нечеткости и мягких вычислений
  8. ^ Маас, В. Нижняя граница вычислительной мощности сетей spking нейронов [1]
  9. ^ Dehaene S, Changeux J-P (2005) Постоянные спонтанные действия контролируют доступ к сознанию: нейронная модель невнимательной слепоты. PLoS Biol 3 (5): e141. Дои:10.1371 / journal.pbio.0030141 изображение с открытым исходным кодом
  10. ^ Дехаен С., Ченжакс Дж. П., Наккаш Л., Сакур Дж., Сержент К. Сознательная, предсознательная и подсознательная обработка: проверяемая таксономия. Trends Cogn Sci. 2006 Май; 10 (5): 204-11. Epub 2006 17 апреля.
  11. ^ Китцбихлер М.Г., Смит М.Л., Кристенсен С.Р., Баллмор Э. Критичность широкополосного доступа к сети синхронизации человеческого мозга. PLoS Comput. Биол. 2009 Март; 5 (3): e1000314. Epub 2009 20 марта. открытый доступ
  12. ^ Китцбихлер М.Г., Хенсон Р.Н., Смит М.Л., Натан П.Дж., Баллмор и др. Когнитивные усилия управляют конфигурацией рабочего пространства функциональных сетей человеческого мозга. J Neurosci. 2011, 1 июня; 31 (22): 8259-70.
  13. ^ Вернер Г. Динамика мозга на разных уровнях организации. J Physiol Paris. Июль – ноябрь 2007 г., 101 (4–6): 273–9. Epub 2008 8 января.
  14. ^ Фристон, KJ (2000). «Лабильный мозг. I. Нейронные переходные процессы и нелинейная связь». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 355 (1394): 215–36. Дои:10.1098 / рстб.2000.0560. ЧВК  1692735. PMID  10724457.
  15. ^ Мерфи М., Бруно М.А., Риднер Б.А., Боверу П., Нуархомм К., Ландснесс Е.К., Бричан Дж. Ф., Филлипс С., Массимини М., Лаурис С., Тонони Дж., Боли М. Пропофол анестезия и сон: исследование ЭЭГ высокой плотности. Спать. 1 марта 2011 г .; 34 (3): 283-91A.
  16. ^ Стаматакис Е.А., Адапа Р.М., Абсалом А.Р., Менон Д.К. Изменения нервной связи в состоянии покоя во время седации пропофолом. PLoS One. 2 декабря 2010 г .; 5 (12): e14224. открытый доступ
  17. ^ Уоллес Р. М., Фуллилов М. Т., Фуллилов Р. Е., Уоллес Д. Н.. Коллективное сознание и его патологии: понимание провала контроля и лечения СПИДа в Соединенных Штатах. Модель Theor Biol Med. 2007 26 февраля; 4:10.
  18. ^ Boly M, Balteau E, Schnakers C, Degueldre C, Moonen G, Luxen A, Phillips C, Peigneux P, Maquet P, Laureys S. Базовые колебания активности мозга позволяют прогнозировать соматосенсорное восприятие у людей. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2007, 17 июля; 104 (29): 12187-92. Epub 2007 6 июля.
  19. ^ Boly M, Phillips C, Tshibanda L, Vanhaudenhuyse A, Schabus M, Dang-Vu TT, Moonen G, Hustinx R, Maquet P, Laureys S. Внутренняя активность мозга в измененных состояниях сознания: насколько сознательным является режим работы мозга по умолчанию? Ann N Y Acad Sci. 2008; 1129: 119-29. Рассмотрение.

внешняя ссылка