Neuronové sítě přirozené a umělé

Informační systémy vyšších živočichů jsou schopny zpracovávat, uchovávat a využívat velmi široké, v průběhu času dynamicky proměnlivé spektrum informací. Pokud by to nedokázaly, neobstál by živočich v životním boji ani jako jedinec, ani jako druh. Tyto schopnosti zajišťuje síť vzájemně propojených vzrušivých buněk – neuronů.

Věděli jste ale, že neurony se mohou vyskytovat nejenom v soustavách živých tvorů? A že se s nimi dokonce setkáváme každý den? Takové neurony jsou matematickými modely neuronů přirozených, jejichž první návrh přinesli v roce 1943 W. S. McCulloch se svým studentem W. Pittsem. Ty nám teď pomáhají vyhledat na googlu ty nejrelevantnější výsledky, na facebooku rozpoznávat obličeje či v mailových schránkách identifikovat spam.

Jak živé, tak umělé neurony fungují na stejných principech – každý může být v jednom ze dvou stavů aktivity. Tyto jejich stavy závisejí na stavech aktivity neuronů s ním propojených (popř. na vnějších stimulech, jde-li o vstupní neuron) a jsou určeny silou spojení mezi nimi. Síla spojení mezi dvěma neurony se průběžně mění, a to v závislosti na jejich předchozí aktivitě. Tato změna probíhá podstatně pomaleji než vlastní aktivita neuronů.

Každý si asi vzpomene, jak takový živočišný neuron vypadá: má dva druhy výběžků – axon, kterým signály vysílá, a dendrity, jejichž prostřednictvím signály přijímá od tisíců jiných neuronů (obr. 1). Signály v živém neuronu představuje změna elektrického potenciálu. Sečte-li se v krátkém čase množství dostatečně kladných signálů z jiných neuronů, aby změna přesáhla prahovou hodnotu (danou vlastnostmi iontových kanálů v membráně), je po axonu vyslán tzv. akční potenciál (rychle se šířící změna elektrického potenciálu), který nakonec dospěje až k synapsím na jeho konci. Tam dojde k vylití připraveného neurotransmiteru ven do synaptické štěrbiny, kde je zachycen receptory na dendritické synapsi dalšího neuronu. To v něm způsobí změnu elektrického potenciálu dle typu transmiteru – buď kladnou (excitace), nebo zápornou (inhibice). A je-li překročen práh, vzniká tak další akční potenciál. Přenos informace v biologické síti je tedy (většinou) dvojí, elektrochemické povahy. V neuronu probíhá přenos přes elektrický potenciál, mezineuronová komunikace probíhá chemicky za použití specifických transmiterů.