נוירופיסיקה: האתגר של המאה ה 21

1. 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 בנגבshmaoz@bgu.ac.il

2. 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

3. מנגנון בריחה בתיקנים זיהוי כיוון מקור קול הינו אחד התפקידים הראשוניים והמרכזיים של מערכת השמיעה

4. 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.

5. הקוד העצבי Zohar et al PLCB 2012

6. השאלות • כמה מידע מקודד בתגובה העצבית? • כיצד ניתן לקרוא את המידע הזה?

7. השאלה הגדולה מהו הקוד העצבי? כיצד המידע מיוצג בתגובת תאי עצב שונים וכיצד הוא מועבר מאזור לאזור לאורך נתיב עיבוד המידע במח?

8. 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).

9. 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.

10. The Fisher information: אינפורמצית פישר Denote the neuronal responses by and the stimulus angle by The neuronal responses fluctuate according to the conditional p.d.f.

11. The variance of any unbiased estimator cannot be smaller than the inverse of the Fisher Information, J. אי שיוויון קרמר-ראו An estimator Bias Variance Total square error:

12. היפותזת קלט מהירtemporal Winner-Take-All משערך את הקלט על פי הגירוי המועדף של התא שירה ראשון גירוי חיצוני צפיפות ההסתברות לירי ראשון בזמן t

13. הדיוק נשלט על ידי הזנב התחתון של התפלגות זמני הספייק הראשון For small t: Scale parameter Shape parameter Delay parameter Shamir (2009)

14. 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. שאלות:shmaoz@bgu.ac.il

15. הפרויקט: בחינת היפוזת tWTA על מודל מבוסס data ביולוגי קיימים נסיוני רב לגבי התגובה העצבית במנגנון הבריחה של התיקן. יש לעבד את הנתונים: לאפיין סטטיסטיקה של התגובה בהינתן הגירוי לבנות מודל מבוסס data ולכמת גדלים חשובים מן התאוריה. שאלות:shmaoz@bgu.ac.il

17. שמיעה בחגבים מסקנה: חגב בלי רגליים לא שומע! מה שמצחיק הוא שהמסקנה נכונה!

18. קידוד מידע בקליפת המח הראייתית הראשונה

19. קידוד מידע ברשתית תגובה: 50ms תגובה עצבית ראשונה 100msתחילת תנועה 300ms לכידת הטרף (מעבדה של רונן שגב)