Цикл семинаров по нейробиологии «Искусственный интеллект и мозг»

Лаборатория обратного конструирования мозга им. Дэвида Марра

Центр живых систем МФТИ

Проект «Лаборатория обратного конструирования мозга им. Дэвида Марра» организует в Центре живых систем МФТИ цикл лекций и семинаров по теме «Искусственный интеллект и мозг».

Занятия пройдут по субботам, с 16:00 до 19:00, в БиоБизнес-Инкубаторе (204 КПМ) для всех желающих.

В ходе курса будет рассмотрено устройство одного из самых сложных и загадочных органов тела — головного мозга — на нейронном, клеточном, уровне схем и макроуровне. Слушателям цикла также предстоит ознакомиться с современными методами нейроисследований, принципами работы искусственных нейросетей и технологиями искусственного интеллекта.
Первое занятие состоится 14 февраля 2015 года. Регистрация по адресу labmarr@gmail.com.

Руководитель проекта — заведующий отделом нейроинформатики Центра оптико-нейронных технологий НИИ системных исследований РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ, д.ф.-м.н., проф. Виталий Львович Дунин-Барковский.

Участники проекта:

• к.ф.-м.н. Я.М. Карандашев,
• к.ф.-м.н. И.А. Смирнитская,
• асп. ИТЭБ РАН И.Е. Мысин,
• асп. МФТИ К.П. Соловьева,
• асп. МФТИ Г.В. Рашков,
• студ.-магистр МФТИ В.В. Шакиров,
• инженер-математик М.Г. Нетов.

Программа цикла лекций и семинаров

• 14 февраля

Мозг, уровень нейронов: Устройство нейронов. Правила распространения сигнала. Правила обучения весов. Мозг, уровень схем: Схемы соединения нейронов в функциональные единицы. Аттракторы. Колонки. Мозг, макроуровень: Распределение ответственности между зонами Бродмана, а также подкорковыми структурами. Вычислительная нейронаука (сomputationalneuroscience): моделирование мозга. Ограничения моделирования, связанные с текущей вычислительной мощностью. Мемристоры.

• 21 февраля

Технологии искусственного интеллекта. Искусственные нейросети: Глубокие нейросети. Backpropagation. Проблема vanishing/explodinggradients и варианты её решения. Компьютерное зрение и конволюционныенейросети – AlexNet, GoogLeNet. Рекуррентные нейросети и анализ текста, звука и видео. Рекурсивные нейросети. Последние известия с конференций по ИИ.

• 28 февраля

 Мозг, на клеточном уровне.Физиология живой клетки. Мембраны, каналы, насосы, обменники. Устройство нейронов. Нейроны. Аксоны и дендриты. Механизм нервного импульса. Ионные каналы. Глия. Правила распространения сигнала. Кабельное уравнение. Влияние точек разветвления. Передаточная функция нейрона.Устройство синапсов, механизмы синаптической передачи.

• 7 марта

Мозг, на клеточном уровне.Ионотропные и метаботропныесинаптические рецепторы. Электрические синапсы. Временная зависимость концентрации медиатора в синаптической щели, число рецепторов NMDAR/AMPAR в синапсах, количество входящего кальция, уровень активации CaMKII, машинерия синапса, внутринейронный транспорт, эндоплазматический ретикулум. Кальций и внутриклеточная передача сигналов.

5. 14 марта

 Мозг, уровень схем.Методы нейроисследований.Как формируются межнейронные связи. Модели синаптической пластичности: правило Хебба, STDP (SpikeTimeDependentPlasticity).Электрофизиология нервной системы. Computationalneuroscience.

• 21 марта

Мозг, уровень схем.Методы нейроисследований.Молекулярные и генетические методы. Генная инженерия: метод Тони Задора определения связей нейронов. Brainbow. GFP. Оптогенетика. Электронная микроскопия структуры нервной системы. Конфокальная микроскопия. Визуализация кальциевой люминесценции. Визуализация потенциала. МРТ, фМРТ, ПЭТ, ЭЭГ, МЭГ, TMS. Микрочипы. Стандартная модель. Модель аттракторов. Врожденные связи, аксональное наведение, онтогенез мозга.

• 28 марта

Мозг, макроуровень. Введение. Кора, гиппокамп, базальные ганглии, таламус, амигдала, гипоталамус, мозжечок, четверохолмие, продолговатый мозг, спинной мозг. Периферическая нервная система. Разделение коры на зоны Бродмана. Зрение, речь, мышление, мотивация. Ритмы мозга. Режимы совместной работы разных отделов мозга. Внимание. Нейронные цепи. Речь. Обучение с подкреплением. Базальные ганглии.

• 4 апреля

Мозг, макроуровень. Круг Папеца. Режимы работы амигдала-PAG. Самостимуляция ("центр удовольствия"). Дофамин. Эмоциональное поведение. Нейромодуляторы:  ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин. Эндорфины, каннабиноиды, нейропептиды, NO. Контрастирование (выбор действия) в базальных ганглиях. Гиппокамп. Консолидация памяти. Контекстное запоминание. Запоминание последовательностей.Иерархия в конечном мозге (кора БП + Базальные ганглии + таламус). Сенсорная иерархия: распознавание, генеративное распознавание, предсказание. Обратная моторная иерархия.

• 11 апреля

Вычислительная нейронаука (сomputationalneuroscience): Модели нейронов: бинарный нейрон (нейрон МакКаллока-Питтса), непрерывные нейроны, интегратор с утечкой (LIF - LeakyIntegrateandFire), модель Ходжкина-Хаксли, модель Ижикевича. Правила обучения весов.Ассоциативная память. Сеть Хопфилда. Самоорганизующиеся карты Кохонена. Персептроны. Модель рабочей памяти Цодыкса. Модель рабочей памяти LSTM.

• 18 апреля

Вычислительная нейронаука (сomputationalneuroscience): Дэвид Марр: теория коры, гиппокампа и мозжечка. Кодоны Марра. Эффективные случайные коды. Схема Бриндли, Врожденные аттракторы. Запоминание последовательностей (HTMХокинза, Хопфилд (2009)). Механизм инсайта: волны Понуляка-Хопфилда (2014). Нейронная синхронизация (MAE- manyareequal, Хопфилд (2000)). Стохастический резонанс. Ограничения по доступной вычислительной мощности. Мемристоры.

• 25 апреля

 Искусственные нейросети. Глубокие нейросети. Backpropagation. Проблема vanishing/explodinggradients и варианты её решения. Компьютерное зрение и конволюционныенейросети – AlexNet, GoogLeNet. Рекуррентные нейросети. Анализ текста, звука и видео. Рекурсивные нейросети. Обзор конференций по ИИ и лучших статей этих конференций. IBM Watson. Подход Wolphram. Reinforcementlearning – playingAtari.

• 16 мая

 Мозг, макроуровень и уровень схем. Подробная схема работы подкорковых отделов мозга – гиппокамп, амигдала, мозжечок, базальные ганглии, таламус, гипоталамус. Центральные генераторы паттернов.

• 23 мая

 Мозг, макроуровень. Функции каждой зоны Бродмана коры (составные части коры, - их около 50 в каждом полушарии головного мозга).

Системное восприятие: зрение, слух, речь, мышление, мотивация, организация поведения.

• 30 мая

Заключение. Ответы на вопросы. Разбор с участниками курса наиболее интересных работ по искусственному интеллекту и механизмам работы мозга за 2015 г.

Сайт семинара: http://mipt.ru/events/iskusstvennyy_intellekt_i_mozg