Codarea neurala face parte din neuro-stiinta si se ocupa cu studiul asupra modului cum informatia este reprezentata in creier, de neuroni. Scopul principal al studiului este de a caracteriza relatia dintre stimuli si raspunsurile neuronale si relatia pe parcursul activitatii electrice ale neuronilor.
Neuronii sunt celule remarcabile si au proprietatea de a propaga semnale extrem de rapid pe distante mari. Fac acest lucru prin generarea unor pulsuri electrice numite potential de actiune.
Neuronii isi schimba starea trimitand secvente de pulsuri electrice in diverse sabloane in prezenta stimulilor exteriori precum lumina, sunet sau gust. Este cunoscut faptul ca informatia despre stimuli este codificata in sablonul potentialului de actiune si trimisa in tot creierul.
S-a descoperit ca muschii sunt pusi in miscare de acest potential de actiune si de neuronii motori ce servesc pentru a transforma potentialul de actiune generat de greier in contractii ale muschilor ce permit animalelor sa interactioneze cu mediul inconjurator, adesea ca un raspuns la stimulii pe care ii percep.
Codarea si decodarea
Legatura intre stimuli si raspuns poate fi studiata din doua puncte diferite de vedere. Codarea neurala se refera la harta de la stimuli pana la raspuns. Principalul scop este sa intelegem cum raspund neuronii la o varietate de stimuli si sa construim modele ce incearca sa prezica raspunsurile la alti stimuli. Codarea neurala se mai refera si la harta inversa, de la raspuns la stimuli, iar provocarea este sa reconstruim un stimul sau anumite aspecte ale stimulului, de la secventele potentialului de varf.
Scheme de codare
O secventa de spike potential (potential de varf) poate contine informatie bazata pe diferite scheme de codare. De exemplu, in neuronii motori, puterea la care un muschi este pus in contractie depinde de „rata de tragere” a neuronilor, numarul de „varfuri” pe o unitate de timp.
„Population Coding”
Population Coding este o metoda prin care informatia este codificata intr-un grup de neuroni. In aceasta metoda, fiecare neuron are anumite raspunsuri la anumite intrari, iar raspunsul mai multor neuroni poate fi combinat pentru a determina o valoare despre intrare.
Din punct de vedere teoretic, aceasta metoda este una din putinele probleme formulate matematic in neurostiinta. Metoda intelege esentialul codarii neuronale si este simpla pentru o analiza teoretica. Studiile experimentale au aratat ca aceasta codare este folosita in zonele motorii si senzoriale ale creierului.
Aceasta metoda are un numar de avantaje, incluzand reducerea incertitudinii datorita variatiei neuronale si are abilitatea de a reprezenta mai multe atributii ale stimulilor, simultan. Neuronii pot acoperi partial diferite selectii in asa fel incat multi neuroni, dar nu neaparat toti, pot raspunde la un stimul dat.
Georgopoulos si colegii sai au antrenat maimute pentru a misca un joystick in diverse directii pentru a ajunge la o tinta. Neuronii motori au raspuns la maximum in timpul miscarii joystickului in directia preferata, iar raspunsul a scazut daca animalul facea miscari in directii opuse de cea dorita.
Daca fiecare neuron reprezinta o miscare in directia preferata, atunci suma vectorilor (fiecare neuron are o rata de tragere si o directie preferata), ar rezulta directia miscarii.
In acest mod, populatia de neuroni codeaza semnalul pentru miscare.
Valoarea poate fi reconstruita din sablonul activitatii unui set de neuroni.
Probleme cu privire la codarea neurala
Creierul contine foarte multi neuroni conectati intre ei formand o retea imensa. In fiecare bucatica a creierului sunt emise sute de semnale in fiecare secunda. Dar care este informatia continuta de acestia intr-un sablon spatiu-temporal? Care este codul folosit pentru neuroni pentru a transmite aceasta informatie si cati alti neuroni decodeaza semnalul emis? Putem citi si recunoaste codul mesajului din sablonul activitatii neuronale?
Intrebarile acestea ne arata problemele codarii neuronale, una din lucrurile fundamentale in neuro-stiinta. In prezent, raspunsurile la aceste intrebari nu sunt cunoscute.
Se banuieste ca informatia este continuta in aceste modificari ale potentialului de repaus in urma unor stimuli.
Autor: Marius, www.descopera.org
