Transcript : :

21 ‫ האתגר של המאה ה‬:‫נוירופיסיקה‬
Maoz Shamir
Department of Physiology and Neurobiology,
Ben-Gurion University of the Negev
March 14th 2013
‫מעוז שמיר‬
,‫המחלקה לפיסיולוגיה ונוירוביולוגיה‬
‫גוריון בנגב‬-‫אוניברסיטת בן‬
[email protected]
‫נוירפיסיקה היא תחום רחב‬
‫באוניברסיטת בן‪-‬גוריון שתי מעבדות עוסקות‬
‫בתיאוריה של רשתות עצביות‪:‬‬
‫• דר' מעוז שמיר עוסק בקידוד עצבי ודינמיקה‬
‫סטוכסטית של למידה‬
‫• פרופ' דוד גולומב מתמחה בדינמיקה לא‬
‫ליניארית של רשתות עצביות‬
‫מנגנון בריחה בתיקנים‬
‫זיהוי כיוון מקור קול הינו אחד התפקידים הראשוניים‬
‫והמרכזיים של מערכת השמיעה‬
‫שמיעה בבעלי חיים מתקדמים‬
‫באורכי הגל הארוכים ‪ -‬הפרש הזמנים‪/‬הפאזות‬
‫בין גלי הקול המגיעים לשתי האזניים מהווה‬
‫רמז מרכזי לשיערוך כיוון מקור הקול על ידי‬
‫מערכת העצבים המרכזית‪.‬‬
‫הקוד העצבי‬
Zohar et al PLCB 2012
‫השאלות‬
‫‪ (1‬כמה מידע מקודד בתגובה העצבית?‬
‫‪ (2‬כיצד ניתן לקרוא את המידע הזה?‬
‫השאלה הגדולה‬
‫מהו הקוד העצבי? כיצד המידע מיוצג בתגובת‬
‫תאי עצב שונים וכיצד הוא מועבר מאזור לאזור‬
‫לאורך נתיב עיבוד המידע במח?‬
‫לפתח תיאוריה שתאפשר לנו לספק תחזיות‬
‫כמותיות לבחינה של היפותיזות אפשריות לקוד‬
‫העצבי‬
‫התיאוריה תתבסס על הידוע לנו ברמה‬
‫המיקרוסקופית (סטטיסטיקת התגובה של תאי‬
‫עצב לגירוי חיצוני) ותעניק תחזיות על הרמה‬
‫המאקרוסקופית (הדיוק הפסיכופיסי)‪.‬‬
‫מעקף‪ :‬מדד ה"יעילות" של קידוד עצבי‬
‫כיצד ניתן לכמת את הדיוק של הקוד העצבי?‬
‫א‪ .‬שימוש במושגים תיאורטיים כלליים כגון אנטרופיה‬
‫משותפת ואינפורמצית פישר‪.‬‬
‫ב‪ .‬לחקור את הדיוק של קלט מסוים‪.‬‬
‫אינפורמצית פישר‬
Denote the neuronal responses by
and the stimulus angle by
ri i 1
N

The neuronal responses fluctuate according to the
conditional p.d.f.
P (r |  )
The Fisher information:
J 
  ln P (r |  ) 


 

2
‫ראו‬-‫אי שיוויון קרמר‬
An estimator ˆ(r )
Bias
Variance
b  ˆ  

  ˆ  ˆ
Total square error:
... means

averaging over trials with
the same stimulus  .
2
2
ˆ
error         b 2
The variance of any unbiased estimator cannot
be smaller than the inverse of the Fisher
Information, J.
 1
J
‫היפותזת קלט מהיר‬
‫‪temporal Winner-Take-All‬‬
‫צפיפות ההסתברות‬
‫לירי ראשון בזמן ‪t‬‬
‫)‪f (t | stim  PD‬‬
‫‪‬‬
‫‪  ‬‬
‫גירוי חיצוני‬
‫משערך את הקלט‬
‫על פי הגירוי‬
‫המועדף של התא‬
‫שירה ראשון‬
‫הדיוק נשלט על ידי הזנב התחתון של‬
‫התפלגות זמני הספייק הראשון‬

PC   N  e N [  (t|0) (t| )]dt
0
t

(t |  )  log 1   f (t |  )dt 


0
For small t:
Shamir (2009)
f (t |  )  r ( ) t   ( ) 
 ( )
r ( )
Scale parameter
 ( )
Shape parameter
 ( )
Delay parameter
‫מה הלאה?‬
‫יש צורך לבחון את התיאוריה על נתונים ניסיוניים‬
‫אמיתיים‪ :‬מערכת הראיה‪ ,‬השמיעה וכן הלאה‪.‬‬
‫לפתח תיאוריה המתמודדת עם האתגר של "קריאת"‬
‫המידע על ידי השלב הבא בהירארכיה‪.‬‬
‫שאלות‪[email protected] :‬‬
‫הפרויקט‪ :‬בחינת היפוזת ‪ tWTA‬על‬
‫מודל מבוסס ‪ data‬ביולוגי‬
‫קיימים נסיוני רב לגבי התגובה העצבית במנגנון הבריחה של‬
‫התיקן‪.‬‬
‫יש לעבד את הנתונים‪ :‬לאפיין סטטיסטיקה של התגובה בהינתן‬
‫הגירוי לבנות מודל מבוסס ‪ data‬ולכמת גדלים חשובים מן‬
‫התאוריה‪.‬‬
‫שאלות‪[email protected] :‬‬
‫שמיעה בחגבים‬
‫נכונה!‬
‫לא שומע!‬
‫שהמסקנה‬
‫הוא רגליים‬
‫שמצחיק בלי‬
‫מסקנה‪ :‬חגב‬
‫מה‬
‫קידוד מידע בקליפת המח הראייתית‬
‫הראשונה‬
‫קידוד מידע ברשתית‬
‫תגובה‪:‬‬
‫‪ 50ms‬תגובה עצבית ראשונה‬
‫‪100ms‬תחילת תנועה‬
‫‪ 300ms‬לכידת הטרף‬
‫(מעבדה של רונן שגב)‬