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Tool/Lab per il test di reti di biostori

Tool/Lab per il test di reti di biostori

Le reti neurali ‘classiche’ possono non essere adatte a tutte le situazioni. Una rete neurale classica nasce come una “rete calcolatrice” (o una funzione che associa ad un vettore di ingressi un valore in uscita). Il neurone nella modellizzazione ‘classica’ è visto come un sommatore di segnali privo di una memoria e abbastanza lontano dal comportamento di un neurone reale. Manca l’evoluzione temporale continua della rete.

L’apprendimento di tali sistemi, nella visione più classica, è supervisionato (back propagation), e richiede quini interventi ‘esterni’.

Gli esperimenti da me condotti hanno cercato di definire un nuovo modello di neurone (in parte ispirato agli automi cellulari di Wolfram e alle ricerche da lui condotte in questi campi).

Il modello di neurone nei miei sistemi è una entità autonoma e svincolata dalle altre; comunica in modo asincrono ricevendo e trasmettendo segnali; vive in un’ ambiente rumoroso; è dotato di una certa memoria e gli effetti (in frequenza ed ampiezza) dei segnali ricevuti ne modificano lo stato.

Ho battezzato questa unità biostore.

L’elaborazione dei segnali è locale, nel senso che non avviene a livello di rete, ma autonomamente in ogni singolo biostore. Locale è anche il processo di apprendimento, che non sarà quindisuprevisionato. In effetti anche per i neuroni reali mi risulta che sia così: nessuna entità o struttura biologica superiore interviene modificando globalmente la rete e le sue connessioni.

Verifica del funzionamento di un singolo Biostore

Ambiente di prova del singolo biostore: il biostore è il quadrato bianco. A destra si vedono in blu gli spike generati, ed in rosso il livello interno.

Ogni biostore ha un livello energetico interno dipendente dal tempo; il livello energetico è necessario per verificare la condizione di rilascio di uno segnale in uscita (spike).

Il biostore mantiene anche un livello mediato di tale livello energetico. Sugli ingressi (sinapsi) giungono segnali che vanno ad incrementare il livello energetico dell’unità. I segnali sono pesati e i pesi presenti sulle sinapsi risentono della storia delle attivazioni passate.

Nei primi istanti successivi allo spike del neurone è presente anche un effetto inibitorio, per cui nuovi ingressi vengono ignorati.

I segnali circolanti sulla rete hanno una loro propria forma e non sono semplici delta di dirac. L’ampiezza delle forme d’onda generate è costante: adottando ampiezze normalizzate, queste saranno tutte pari ad uno. Tuttavia i segnali si propagano in un mezzo dotato di una certa resistenza e quindi si ha una attenuazione dei segnali proporzionali alla distanza percorsa. La propagazione non è istantanea, ed affinchè un segnale raggiunga un biostore è necessario un certo tempo (dipendente dalla distanza).

Si potrebbe pensare che limitare ad uno l’ampiezza degli impulsi (spike) generati sia limitante: se un biostore ha un potenziale di attivazione molto elevato, non dovrebbe generare un segnale più vigoroso? In effetti no, in quanto il biostore è assimilabile ad una specie di trigger e anche in considerazioen del fatto che se il potenziale è molto alto il biostore puo’ generare una serie di spike in stretta sequenza. Il tempo che separa uno spike dal successivo è determinato dalla durata del tempo di inibizione.

spike teorico d'uscita

spike teorico in uscita

Lo spike generato dal biostore, approssimabile con un delta di dirac.

Lo spike generato dal biostore, approssimabile con un delta di dirac.

Alle sinapsi giungono impulsi di diverse ampiezze (per via dell’attenuazione del segnale) e con diverse temporizzazioni. Nelle sinapsi vengono sommati tali impulsi istante per istante; alla somma di tali segnali si aggiunge il rumore presente nella ambiente.

Il rumore è implementato con un automa cellulare: questo sistema garantisce un rumore totalmente aciclico ed imprevedibile.

Simulatore di Rete Neurale - prima dell'avvio

Simulatore di Rete Neurale - prima dell'avvio

Simulatore di Rete Neurale - avviato. I biostori sono i quadrati bianchi. I segnali hanno diversi colori (diversi flavour chimici) e viaggiano verso il loro neurone di destinazione.

Simulatore di Rete Neurale - avviato. I biostori sono i quadrati bianchi. I segnali hanno diversi colori (diversi flavour chimici) e viaggiano verso il loro neurone di destinazione.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 License.

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