נוירופיסיקה: האתגר של המאה ה 21

נוירופיסיקה: האתגר של המאה ה 21

Maoz Shamir Department of Physiology and Neurobiology, Ben-Gurion University of the Negev

March 14th 2013

מעוז שמיר

המחלקה לפיסיולוגיה ונוירוביולוגיה, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

shmaoz@bgu.ac.il

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

כמה מידע מקודד בתגובה העצבית?1(

כיצד ניתן לקרוא את המידע הזה?2(

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 פישרDenote the neuronal responses by

and the stimulus angle by

1

N

i ir

The neuronal responses fluctuate according to the conditional p.d.f. ) | (P r

2ln ) | (P

J

r

The Fisher information:

אי שיוויון קרמר-ראו

The variance of any unbiased estimator cannot be smaller than the inverse of the Fisher Information, J.

1J

An estimator ˆ) ( r

2 2ˆerror b

ˆb

Variance 2ˆ ˆ

Total square error:

Bias ... means

averaging over trials with

the same stimulus .

היפותזת קלט מהיר temporal Winner-Take-All

ניצו

חיוי

ירג

משערך את הקלט על פי

הגירוי המועדף של התא שירה

ראשון) | stim (f t PD צפיפות ההסתברות

tלירי ראשון בזמן

הדיוק נשלט על ידי הזנב התחתון של התפלגות זמני הספייק הראשון

[ ) |0( ) | (]

0

0) | ( log 1 ) | (

N t tC

t

P N e dt

t f t dt

) () | ( ) ( ) (f t r t

) (r

) (

) (

For small t:

Scale parameter

Shape parameter

Delay parameter

Shamir )2009(

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.

shmaoz@bgu.ac.il שאלות:

על tWTAהפרויקט: בחינת היפוזת ביולוגיdataמודל מבוסס

קיימים נסיוני רב לגבי התגובה העצבית במנגנון הבריחה של התיקן.

יש לעבד את הנתונים: לאפיין סטטיסטיקה של התגובה ולכמת גדלים dataבהינתן הגירוי לבנות מודל מבוסס

חשובים מן התאוריה.

shmaoz@bgu.ac.il שאלות:

שמיעה בחגבים

!מה שמצחיק הוא שהמסקנה נכונה!מסקנה: חגב בלי רגליים לא שומע

קידוד מידע בקליפת המח הראייתית הראשונה

קידוד מידע ברשתית

:תגובה

50msתגובה עצבית ראשונה

100msתחילת תנועה

300msלכידת הטרף

)מעבדה של רונן שגב(