Kasutaja:SolarTribute/liivakast

Tehisneuron on matemaatiline funktsioon, mis on ehitatud mudelina bioloogiliste neuronite baasil. Tehisneuron on tehisnärvivõrkude töötluselement, millel on üks või rohkem sisendit ja üks väljund. Neuron töötleb sisendid teatud funktsiooni järgi ning tulemusena annab vastuse väljundile, mis võib olla teiste neuronite sisendiks. Bioloogiliseks paralleeliks on väljundile närviimpulss mis liigub mööda aksonit.

Sisendid on tavaliselt kaalutud ning neid töötlevaks funktsiooniks tehisneuronis on mõni mittelineaarne funktsioon, mida nimetatakse ka aktivatiooni- või ülekandefunktsiooniks.

Aktivatsioonifunktsioonideks on tavaliselt sigmoidifunktsioonid, aga nende asemel kasutatakse ja teisi mittelineaarseid funktsioone. Enamasti on käsitletavad funktsioonid piiritletud, monotoonsed ning diferentseeritavad.

Tehisneuroneid ei tohiks segi ajada bioloogilise neuroni mudeliga. Mõlemad on tuletatud bioloogilise neuroni järgi, aga tehisneuron ja tehisnärvivõrgud on ajaga oma kuju võtnud . Mõni keerulisem tehisnärvivõrk enam suurt sarnasust bioloogilisele närvisüsteemile ei oma, sest nende eesmärk ei ole bioloogiliste effektide uurimine vaid nende matemaatilise rakenduse kasutamine väga erinevates probleemides, mille jaoks võib bioloogiline täpsus olla kulukam ja ebatäpsem.

Bioloogilise mudeli eesmärgiks on uurida neuroneid ja närvisüsteemi võimalikult sarnaselt reaalsusele, et tulevikus oleks meil bioloogilistest aju protsessidest parem arusaam.

Üldine struktuur

Sisendid, kaalud, väljund

Olgu tehisneuronil m + 1 sisendit vastavalt signaalidega x₀ kuni x_m ning kaaludega w₀ kuni w_m. Tihti antakse sisendile x₀ väärtus +1, mis teeb sellest vabaliikme kaaluga w_k0 = b_k. See tähendab, et tegelikeks sisenditeks on signaalid x₁ kuni x_m.

Neuroni väljundiks on funktsiooni väärtus:

$$y_{k}=\varphi {\Bigl (}\textstyle \sum _{j=0}^{m}\displaystyle w_{kj}x_{j}{\Bigr )}$$

Kus $\varphi$(fii) on aktivatsioonifunktsioon.

Bioloogiline paralleel väljundile on neuroni akson. Enamasti kasutatakse tehisneuroneid osana suuremast tehisnärvivõrgust ning sel juhul kantakse iga neuroni väljund edasi järgmise kihi sisendiks nagu bioloogilises neuronis liigub närviimpulss mööda aksonit läbi sünapsi teise neuroni dendriiti. Kui signaali kuskile edasi kanda ei ole siis väljub see süsteemist

Bioloogilised mudelid

Tehisneuronid põhinevad bioloogilistel neuronitel ja seega on võimalik tuua paralleele iga tehisnärvi osa kohta.

Tüüpilise neuroni ehk närviraku ehitus.

• Dendriidid - Bioloogilistes neuronites käituvad dendriidid sisendvektoritena. Ülal toodud valemis representeerivad neid sisendid x₀ kuni x_m . Ühte neuronisse siseneda tuhandeid dendriite (igale dendriidile vastab ainule üks ja ainus naaberneuron). Igal bioloogilisel dendriidil on olemad ka “kaalud” (w₀ kuni w_m), mis tähendab kui palju selle dendriidiga seotud naaberneuroni närviimpulss vaadeldava neuroni membraanipotentsiaali muudab. Bioloogiliselt toimib see sünapsis proportsionaalselt neurotransmitterite saatmist rakukehasse, kus otsustatakse kas antud signaal on inhibeeriv või võimendav (vastavalt neurotransmitterile).

• Rakukeha (soom) - Rakukeha töötab kui summa sümbol üleval toodud funktsioonis. Igast dendriidist tuleb kas positiivne või negatiivne (exciting and inhibiting) signaal - positiivsed ja negatiivsed ioonid segatakse rakukehas lahuses.
• Akson -  Akson saab signaali rakukehalt. Akson mõõdab rakukehas tekkinud elektrilist potentsiaali ning teatud potentsiaali ületamisel saadab akson signaali järgmisesse neuronisse.