Diplomarbeit Der Vergleich von plastischen Synapsen gegenüber ...

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5. ANWENDERHANDBUCH Mit diesem Programm kann der Anwender erste Erfahrungen mit dem Umgang von "Synapsen plastisch spikende Neuronale Netze" (SPINN) sammeln. Dieses Programm versucht eine Lücke zu schließen, denn es existieren noch keine Anwendungen die Synapsenplastizität in Neuronalen Netzwerken berücksichtigen, zur Zeit gibt es nur Anwendungen für herkömmliche Neuronale Netze. 5.1 PROGRAMMSTART Das Programm startet mit der folgenden Bildschirmmaske. Es werden im oberen Bereich drei Bilder dargestellt. Links erscheint der Eingangsreiz der auf das Netzwerk wirken soll. Als Eingangsreiz können Bilder beliebiger Größe, mit 256 Graustufen verwendet werden. In der Mitte wird die Aktivität einer ausgewählten Population dargestellt, wenn mehrere Populationen verwendet werden. Am rechten Rand ist die Aktivität der letzten Population, die Netzantwort plaziert. Bei Verwendung von einer einzigen Population wird im mittleren und rechten Fenster dasselbe Bild dargestellt.(Bild 11) Bild 11. Programmstart 5.2 MENÜEINTRAG DATEI Im Menü "Datei" kann sowohl der Eingangsreiz geladen, als auch der Potentialverlauf des zu beobachtenden Neurons gesichert werden. Wenn der Potentialverlauf gesichert werden soll, öffnet sich ein weiteres Untermenü mit den unterstützten Bildformaten, von denen eins ausgewählt werden kann. Zum Sichern des Bildes auf dem Datenträger wird nach der Eingabe des Dateinamen die Datei an der ausgewählten Position abgelegt. Desweiteren befindet sich hier der Menüpunkt "Beenden" mit dem das Programm verlassen werden kann. SpinnSoftSim 19
5.3 MENÜ NETZ Alle Parameter zur Beschreibung des Neuronalen Netzwerkes sind im Menüeintrag "Netz" zusammengefaßt. Es werden zum Einen die neuronalen Parameter erfaßt, als auch die Parameter zur Beschreibung der Topologie. Zu den Topologieparametern gehört unter anderem die Ausdehnung des Nachbarschaftsbereiches, als auch die Form des Nachbarschaftsbereiches. Verschiedene Formen des Nachbarschaftsbereiches werden später implementiert. 5.3.1 Populationsanzahl Der oberste Eintrag dieses Menüs öffnet ein Dialogfenster zur Eingabe der Populationsanzahl. Sie bestimmt die Anzahl der Ebenen aus denen das Netzwerk bestehen soll. Alle Populationen besitzen die selbe Größe, diese entspricht den Abmessungen des geladenen Bildes, das als Eingangsreiz verwendet wird. 5.3.2 Neuronparameter Als Modell zur Beschreibung der Vorgänge innerhalb des Neurons wird das Marburger Modell verwendet [6]. Das Modell wurde um den Kopplungsfaktor β erweitert, wie er bei Kinser[5] zu finden ist. Der Kopplungsfaktor bietet eine weitere Möglichkeit, den Einfluß der unterstützenden Wirkung des Potentials des Linkingdendriten zu variieren. Das Marburger Modell bildet zuerst die Summe der postsynaptischen Potentiale der Synapsen auf den Feedingdendriten bzw. Linkingdenriten. Das Potential auf dem Linkingdendriten kann sich nur unterstützend auf das Membranpotential des Neurons auswirken. Deshalb wird das Potential des Feedingdendriten mit der Summe aus 1 und dem Potential des Linkingdendriten multipliziert bevor das Potential weiterer Dendriten hinzuaddiert wird. Hemmend wirkende Einflüße werden von inhibitorischen Dendriten erfaßt, ihr Dendritepotential wird subtrahiert vom Membranpotential. Für die Beschreibung des Neurons werden in dieser Maske nur die Anzahl der gewünschten Dendriten erfaßt, die Zuweisung der Funktion jedes Dendriten erfolgt in der Eingabemaske für die Dendritparameter. Damit das Neuron einen Impuls aussendet, muß das Membranpotential den Schwellwert übersteigen. Der Schwellwert setzt sich aus dem statischen und dem dynamischen Anteil zusammen. Der statische Schwellwert liegt vor, wenn das Neuron noch nicht oder lange Zeit nicht gefeuert hat. Der dynamische Anteil wird addiert, wenn das Neuron gefeuert hat. Nach dem ein Impuls ausgesendet worden ist, kann das Neuron eine gewisse Zeitspanne keinen weiteren Impuls senden. Diese Zeitspanne wird absolute Refraktärzeit bezeichnet. Die relative Refraktärzeit ist ein Maß mit dem der Schwellwert abklingt (Bild 12). 5.3.3 Dendritparameter Die Dendritparameter setzen sich aus dem Dendrittypen bzw. seinem Namen und den Parametern der auf ihm sitzenden Synapsen zusammen. Als Dendrittyp wurden Feeding, Linking, inhibitorisch wirkende Dendriten und weitere positiv wirkende Dendriten definiert. Das Synapsenmodell verwendet die Erkenntnisse von Markram und Tsodyks [Mark98]. Innerhalb der Synapse existiert die gesamte Menge A des Transmitterstoffes, aber bei der Reizübertragung wird nicht die gesamte Menge ausgeschüttet, sondern nur der dynamische Anteil U 0 . Er wird in Prozent von A angegeben. Nach einer Ausschüttung erfolgt die Regeneration der Neurotransmitter innerhalb der Synapse. Die Regenerationsgeschwindigkeit wird durch die Zeitkonstante τ rec beschrieben. Die in der SpinnSoftSim 20
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