Нейросетевые модели долговременных эффектов цветового последействия в зрительной системе

• Автор: Максимов, Павел Вадимович
• Шифр специальности: 03.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 99 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы и постановка проблемы.

1.1 Эффект ориентационнообусловленного цветового последействия и его психофизические особенности.
1.2 Предлагавшиеся ранее объяснения эффекта ориентационнообусловленного цветового последействия.

1.2.1 Гипотеза нервного утомления

1.2.2 Психофизические гипотезы.

1.2.3 Модели ассоциативного обучения.

1.2.4 Адаптивный фильтр новизны

1.3 Модели переработки зрительной информации в нейронных сетях с синаптической пластичностью

1.3.1 Модели нейронов

1.3.2 Синаптическая пластичность и обучающие правила.
1.3.3 Ассоциативная намять и фильтр новизны
1.4 Постановка задачи
Глава 2. Модель эффекта МсСоИоийИ
2.1 Устройство модели
2.2 Оценка величины эффекта и скорости е изменения в модели.
2.3 Эксперименты с моделью. Проверка модели на цветных рештках, различающихся по цвету и ориентации. Временные свойства.
2.4 Эффект цветового последействия, обусловленного различной
. пространственной частотой стимулов
2.5 Эффект цветового последействия, обусловленного бинокулярной диспаратностью.
Глава 3. Полезные свойства, обнаруженные у модели
3.1 Исправление оптических искажений.
3.2 Цветовая оппонентность.
3.3 Работа модели без тормозящих связей
Глава 4. Организация цветоспецифических контактов нейронов сетчатки в процессе индивидуального развития.
4.1 Модели установления цветоспецифических контактов в сетчатке с использованием механизма синаптической пластичности
4.1.1 Модель на основе фильтра новизны.
4.1.2 Модель на нейронной сети Хэббовского типа
4.2 Модель формирования цветоселективных контактов между карликовыми биполярными клетками и амакриновыми клетками
Обсуждение полученных результатов
Выводы.
Литература


Исследование МЕ имеет важное практическое значение, поскольку долговременные изменения цветового восприятия мелкоструктурных изображений могут приводить к ошибкам операторов, принимающих решения, например, в полиграфическом производстве или в оснащенных мониторами сложных технических системах, таких, как электростанция или аэропорт. С другой стороны, естественно ожидать, что исследуемые механизмы обработки зрительной информации были выработаны в ходе эволюции не для того, чтобы испортить работу зрительной системы в искусственном мире мониторов, а для того, чтобы сделать ее работу в естественных условиях более эффективной. Поэтому существенна и бионическая сторона исследования сведения об устройстве и функциях зрительной системы всегда служили источником новых идей для использования в технике. Это делает актуальным компьютерное моделирование долговременных эффектов цветового последействия в зрительной системе. Цель исследования. Разработка нейросетевых моделей долговременных эффектов цветового последействия экспериментальная проверка работы моделей в различных условиях зрительной стимуляции. Задачи исследования. Построить функциональную компьютерную модель зрительной ассоциативной памяти, демонстрирующую эффект МакКоллаф. В экспериментах с моделью исследовать способность фильтра новизны к устранению корреляции между сигналами отдельных элементов входных изображений. Исследовать применимость разработанной схемы для организации цветоселективных контактов нейронов сетчатки под влиянием естественного сенсорного потока. Научная новизна результатов исследования. Предложено новое объяснение эффекта ориентационнообусловленного цветового последействия в терминах ассоциативной памяти и адаптивного фильтра новизны. Создана компьютерная модель нейронного механизма на основе фильтра новизны на модифицируемых синапсах, демонстрирующая этот эффект. Показано, что такой фильтр новизны способен устранять взаимную корреляцию сигналов соседних элементов изображения. В частности, если эта корреляция обусловлена несовершенной оптикой, фильтр способен уменьшать оптические искажения. Впервые высказана и проверена в компьютерных экспериментах гипотеза о функциональной основе предполагается, что долговременные адаптационные перестройки на самых начальных этапах обработки зрительного сигнала предназначены для исправления ii неизвестных оптических искажений, вносимых несовершенной оптикой глаза. Побочным продуктом работы соответствующего механизма в специальных экспериментальных условиях являются иллюзии, подобные эффекту ориентационнообусловленного цветового последействия. В рамках развиваемых представлений об ассоциативной памяти и адаптивном фильтре новизны созданы нейронные модели механизмов установления цветоселективных контактов между нейронами сетчатки в процессе индивидуального развития зрительной системы. Предложенный фильтр новизны на модифицируемых синапсах объясняет основные свойства эффекта ориентационнообусловленного цветового последействия и других подобных следовых эффектов. После длительной адаптации к текущему сенсорному потоку фильтр новизны способен в определенной степени устранять искажения изображений, вносимые несовершенной оптикой глаза. Предложенная модель синаптической пластичности позволяет объяснить механизм образования цветоселективных контактов между непомеченными нейронами сетчатки приматов под влиянием естественного сенсорного потока, приводящего к усилению проводимости у одних синапсов и ослаблению у других. Теоретическое и практическое значение работы. Данная работа посвящена анализу информационных процессов в зрительной системе и носит характер фундаментального исследования. Разработанные модели модель эффекта ориентационнообусловленного цветового последействия, в основе которой лежит адаптивный фильтр новизны, и модели установления цветоспецифических контактов в сетчатке приматов могут использоваться в качестве теоретического инструмента для исследований различных эффектов цветового последействия и последствий длительной адаптации зрительной системы к искажнным изображениям.