“Modelado y Anáisis del Sistema Nervioso como Sistema Dinámico” Dr. Francisco Cervantes Pérez...
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“Modelado y Anáisis del Sistema Nervioso como Sistema Dinámico”
Dr. Francisco Cervantes PérezCOORDINADOR DE UNIVERSIDAD ABIERTA Y EDUCACIÓN A DISTANCIA
![Page 2: “Modelado y Anáisis del Sistema Nervioso como Sistema Dinámico” Dr. Francisco Cervantes Pérez COORDINADOR DE UNIVERSIDAD ABIERTA Y EDUCACIÓN A DISTANCIA.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062807/5665b45c1a28abb57c90dd4b/html5/thumbnails/2.jpg)
Agenda
INTRODUCCIÓN
SISTEMA NERVIOSO CENTRAL
MODELADO DE REDES NEURONALES
ANÁLISIS VÍA SIMULACIÓN EN COMPUTADORA
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Introducción
Definición
“Un sistema dinámico puede ser definido como una fórmula matemática que describe la evolución del estado de un proceso determinístico en el correr del tiempo”
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CONTROLCONTROL
COMUNICACIONCOMUNICACION
COMPUTOCOMPUTOMEDICIONMEDICION
MECANIZACIONMECANIZACION
Introducción
Conductas “Inteligentes”
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CONTROLCONTROL
COMUNICACIONCOMUNICACION
COMPUTOCOMPUTO
MEDICIONMEDICION
MECANIZACIONMECANIZACION
Sistema Nervioso Central
Bases Neurobiológicas de la conducta “Inteligente”
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CAMPOCUTANEO
CAMPOCUTANEO
AFERENTESAFERENTES
CORTEZASOMATOSENSORIAL
CORTEZASOMATOSENSORIAL
NUCLEODE LA COLUMNADORSAL
NUCLEODE LA COLUMNADORSAL
MEDULAESPINAL
MEDULAESPINAL
Estructuras Neuronales
Sistema Nervioso Central
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Sapo
Sistema Nervioso Central
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Etograma de Captura de Presas en Sapos
EnvironmentalSituation
Behavioralresponse
Visual stimulus moving in the lateral visual field (monocularperception).
Visual stimulus moving inthe binocular visual field ata short distance.
Mechanical stimulation ofthe mouth mechanorreceptors.
Orienting
binocular fixation
snapping
swalowing
cleaning
ExpectedConsequence
Sistema Nervioso Central
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Estructuras Neuronales
Retina Tectum ÓpticoPretectum
Sistema Nervioso Central
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Modelo de bloques de procesos neuronales
PREY-CATCHINGRESPONSES
IMMEDIATE SURROUNDINGS
RETINA
HC
PTC
MOTORCENTERS
‘prey’
MUSCLULARSYSTEM
VISUALSTIMULI
FU
rt+1
py
PROPIOCEPTIVECENTERS
h
F
‘AMPHIBIAN’
R
R
pctt Sss 1,
pct Aa
tt as ,
MOT
Q
M
Sistema Nervioso Central
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Estructura Neuronal
Sistema Nervioso Central
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Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)
SinapsisSinapsisSinapsisSinapsis
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
Neurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona Postsináptica
Espacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio Intersináptico
Potencial de ReposoPotencial de ReposoPotencial de ReposoPotencial de ReposomVmVmVmV
-50-50-50-50
-70-70-70-70
Fisiología de la Neurona
Modelado
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Modelado
Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)
SinapsisSinapsisSinapsisSinapsis
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
Neurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona Postsináptica
Espacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio Intersináptico
mVmVmVmV
Potencial ExcitatorioPotencial ExcitatorioPotencial ExcitatorioPotencial Excitatorio
-60-60-60-60
-70-70-70-70
-80-80-80-80
Fisiología de la Neurona
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Potencial Inhibitorio Potencial Inhibitorio Potencial Inhibitorio Potencial Inhibitorio
Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)
SinapsisSinapsisSinapsisSinapsis
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
Neurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona Postsináptica
Espacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio Intersináptico
mVmVmVmV
-70-70-70-70
-75-75-75-75
Fisiología de la Neurona
Modelado
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Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)Potencial Integrador (m)
SinapsisSinapsisSinapsisSinapsis
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
TreminalTreminalPresinápticaPresináptica
Neurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona PostsinápticaNeurona Postsináptica
Espacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio IntersinápticoEspacio Intersináptico
0000
Potencial de AcciónPotencial de AcciónPotencial de AcciónPotencial de Acción
mVmVmVmV
+50+50+50+50
-50-50-50-50
Fisiología de la Neurona
Modelado
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Modelo “Integrador con Fugas” de las propiedades funcionales de la neurona
01 1
)()(
Mxxtmdttdm
j
n
i
m
jjii
Entrada
τ – constante de tiempo de la membrana;xi , wi – entradas y pesos excitatorios, respectivamente;
yj , wj – entradas y pesos inhibitorios, respectivamente; y
M0 – potencial de reposo.
Modelado
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Modelado de las propiedades funcionales de la neurona
0
10
1
0
01
10
0
;;
0;;
0
1;
tm
tm
tm
if
if
if
tmtms
else
tm
if
iftmtmh
else
tm
if
iftmf
Salida
Donde, β, θ, θ0, θ1 son parámetros de umbral.
Modelado
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Circuito de Redes Neuronales
TP
LP
SN
SP
GL
PY
R4R3R2
++
++
+
+-
+
++ +
+
-
+
+-
+
-
+
output
synapse+
-
excitation
inhibition
+-
-
Retina
Tectum Óptico
Pretectum
Modelado
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Modelado de Redes Neuronales
tHRwRwttpttp
tphwspfwlpfwRwRwRwtpytpy
lpfwtsntsn
tphwsnhwglhwRwtsptsp
tphwsnhwglhwspfwRwtlptlp
tpfwlpfwspfwRwtgltgl
tprtprtp
pytppysppylppyrpyrpyrpy
snlpsn
sptpspsnspglsprsp
lptplpsnlpgllpsplprlp
gltpgllpglspglrgl
43
432
2
2
2
43
432
2
2
2
Modelado
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Análisis
Análisis vía simulaciones en computadora
-0.5
0.5
1.5
2.5
LP
0.0
1.0
2.0
3.0
SP
-0.1
0.2
0.5
0.8
SN
-2
2
6
10PY
0.0
1.0
2.0
3.0GL
0
1
2
R
1 2 3 4 5Time (sec)
Captura de presas
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Análisis vía simulaciones en computadora
-1.5
-0.5
0.5
1.5
2.5
LP
0.0
1.0
2.0
3.0
SP
-0.1
0.2
0.5
0.8
SN
-2
2
6
10
PY
0.0
1.0
2.0GL
0
1
2
R
1 2 3 4 5Time (sec)
Captura de presas con segunda presentación del estímulo
Análisis
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Análisis vía simulaciones en computadora
0
5
10
LP
-5.0
5.0
15.0
25.0
SP
0.0
0.1
0.2
0.3
SN
-2
2
6
10PY
0.0
2.0
4.0
6.0
GL
0
1
2
R
1 2 3 4 5
Mayor peso de la malla de retoalimentación positiva
Análisis
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Análisis vía simulaciones en computadora
-0.5
0.5
1.5
2.5
LP
0.0
1.0
2.0
3.0
SP
-0.1
0.2
0.5
0.8
SN
-2
2
6
10PY
0.0
1.0
2.0
GL
0
1
2
R
1 2 3 4 5
Mayor peso de la malla de retoalimentación negativa
Análisis
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Análisis vía simulaciones en computadora
-1.5
-0.5
0.5
1.5
2.5
LP
0.0
1.0
2.0
3.0
SP
-0.1
0.2
0.5
0.8
SN
-2
2
6
10PY
0.0
1.0
2.0
GL
0
1
2
R
2 4 6 8 10
Mayor peso de la malla de retoalimentación negativa, con doble estímulación
Análisis
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Colaboradores
LUIS ROBERTOFLORES CASTILLO
SUIZA
Michael A. Arbib
CALIFORNIA (USC)
ATLANTA (Georgia Tech)
Ron Arkin
DF (ITAM)
Alfredo Weitzenfeld
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FIN
Dr. Francisco Cervantes Pérez
Coordinación de Universidad Abierta y Educación a Distancia (CUAED)
UNAM