Budowa neuronu

 

Sieci neuronowe stworzone zostały na wzór ludzkiego mózgu, którego podstawowymi elementami są neurony. Neurony połączone są ze sobą wzajemnie tworząc sieci, dzięki którym realizowane są funkcje inteligencji, emocji, pamięci i zdolności twórczych. Pojedynczy neuron przyjmuje pobudzenie od ogromnej liczby innych neuronów dochodzącej do tysiąca. Szacuje się, że w mózgu człowieka jest około 1011 neuronów, które oddziałują na siebie poprzez około 1015 połączeń.       

Neuron jest komórką nerwową, która nie różni się znacząco od innych komórek i tkanek. Wyróżnia się przede wszystkim wielkością otaczających ciało wypustek w postaci rozkrzewionych gałązek, tzw. dendrytów.

                    Z punktu widzenia sztucznych sieci neuronowych najważniejszymi częściami składowymi neuronu są:

Jądro - jest to centrum obliczeniowe neuronu, gdzie zachodzą procesy kluczowe dla jego funkcjonowania

Dendryty - są to wejścia neuronu, którymi do jego wnętrza trafiają sygnały poddane późniejszej obróbce,

Synapsa - jest zakończeniem wejść (dendrytów) i stanowi tzw. furtkę wejściową neuronu. W synapsach sygnał wejściowy może być wzmacniany lub osłabiany czyli ulega już wstępnej modyfikacji,

Wzgórek aksonu - poprzez niego sygnał wyjściowy opuszcza neuron, można go nazwać furtką wyjściową neuronu,

akson - jest wyjściem neuronu. Poprzez niego sygnał wyjściowy wędruje dalej do innych neuronów. W tym punkcie wyjście neuronu rozgałęzia się łącząc się z wejściami (dendrytami) innych neuronów.

Ogólnie proces zachodzący w neuronie można przedstawić następująco:
    Poprzez dendryty i synapsy sygnał w postaci impulsów elektrycznych o amplitudzie ok 100mV i czasie trwanie ok 1ms dostaje się do jądra neuronu. Tam następuje proces obliczeniowy, po którym generowany jest sygnał wynikowy. Sygnał wynikowy poprzez akson przesyłany jest dalej do wejść innych neuronów w sieci. Z cybernetycznego punktu widzenia neuron biologiczny traktuje się jako specyficzny przetwornik sygnałów, który posiada wiele wejść i tylko jedno wyjście.   

     

Budowa sztucznego neuronu

Sztuczny neuron skonstruowany został na wzór neuronu naturalnego.
   Wejścia to odpowiedniki dendrytów, lub ściślej: sygnały przez nie nadchodzące. Wagi to cyfrowe odpowiedniki modyfikacji dokonywanych na sygnałach przez synapsy. Blok sumujący to odpowiednik jądra, blok aktywacji to wzgórek aksonu, a wyjście - to akson. Oczywiście liczba wejść nie musi wynosić trzy, jest ona dowolna.
    Proces przetwarzania sygnału w sztucznym neuronie w sposób ogólny można przedstawić następująco:
    Wejścia dostarczają sygnał, który następnie
jest mnożony przez współczynniki wag, następnie w bloku sumowania następuje sumowanie pomnożonych sygnałów. Wynikiem tego otrzymujemy sygnał zwany potencjałem membranowym. Następnie sygnał przetworzony zostaje w bloku aktywacji, który w zależności od potrzeb może być opisany różnymi funkcjami - zwanymi funkcjami aktywacji.
Wartość funkcji aktywacji jest sygnałem wyjściowym neuronu i propagowana jest do neuronów warstwy następnej. Funkcja aktywacji przybiera jedną z trzech postaci:

skoku jednostkowego - tzw. funkcja progowa

liniowa

nieliniowa

 

Dla lepszego przyswojenia sobie sposobu działania neuronu można zabawić się poniższym skryptem:
W poszczególnych polach deklarujesz wartość poszczególnych wejść, wag, oraz współczynnik k w tym przypadku liniowej funkcji aktywacji.

 


 


Dla porównania neuron zrealizowany sprzętowo na elementach dyskretnych