Kurs 3

Kurs 3: Sinirbilimde mühendislik bakış açısı: Hesaplamalı ve matematiksel yöntemler ve nöromorfik devreler
(Neuroscience from engineering perspective: computational, mathematical methods and neuromorphic circuits)
Alan: Nöral ağlar ve hesaplamalı sinirbilim
Eğiticiler: Neslihan Serap ŞENGÖR, Yunus BABACAN, Melih YILDIRIM
Hedef Kitle: Benzetim ortamları ve elektroniğe ilgi duyanlar
Format: Kuramsal ve benzetim.
Süre: Üçer saatlik iki bölüm.
En az-en çok kursiyer:

Özet:

Matematiksel ve hesaplamalı yöntemler sinirbilimde, tek sinir hücresi davranışlarından bilişsel süreçlerin modellenmesine kadar geniş bir alanda kullanılmaktadır. Kurs kapsamında, beyine ilişkin modellemede yararlanılan matematiksel yöntemler hakkında kısaca bir bilgi verilip, fen bilimlerinde kullanılan matematiğin, yaşam bilimlerinde de nasıl kullanılabileceğine dair bir görüş verilecek. Literatürde yararlanılan yaklaşımlar ve bu yaklaşımlara dayalı olarak modelleme için geliştirilen yazılımlara değinilerek bu yazılımlardan biri BRIAN’a ilişkin daha detaylı bilgi verilip, ilgi duyanların kullanabilmesi için başlangıç seviyesinde örnekler ele alınarak irdelenecektir.
Kurs programı sonunda sinir hücresi modellerinden Hodgkin-Huxley, İzhikevich, AdEx (adaptive exponential integrate and fire) tanıtılması, bu hücre modelleri ile sinir hücrelerinin farklı davranışlarının nasıl elde edilebileceğinin gösterilmesi, bir grup hücrenin davranışını elde etmek için bağlantı dinamiği ve hücreler arasındaki bağlantıların nasıl oluşturulacağının açıklanması, hücreler arasındaki bağlantıların nasıl değiştirilebileceğinin tartışılması, STDP (Spike time dependent plasticity), LTD (Long term depression) ve LTP (Long term potentiation)’den bahsedilmesi, verilen bilgiler ile bir hücrenin ve kortekse ilişkin bir modelin BRIAN ortamında nasıl oluşturulacağının gösterilmesi hedeflenmektedir.
Matematiksel yöntemlerden yararlanarak davranışlar modellendiğinde mühendislik açısından donanımsal gerçeklemeye doğru bir adım atılmış olmaktadır. Kursun ikinci yarısında, günümüzde çokça dile getirilen yapay zekaya ilişkin ileride gerçekleştirilecek donanımsal yapılar için yeni bir yaklaşım sunan nöromorfik devreler ele alınacaktır. Canlıların temel yapı taşı olan hücrelerin enerji tüketimi açısından çok verimli bir çalışma mekanizmasına sahip olmasından dolayı, çalışma prensipleri temel alınarak devre tasarımların yapılması araştırmacıların oldukça ilgisini çekmiştir. Bu amaçla devrelerin farklı bir bakış açısıyla tasarlanması ile bu devrelerin enerji tüketiminin oldukça azalacağı öngörülmektedir. Ayrıca retinada gerçekleşen lateral inhibisyon olayının nöromorfik devre olarak nasıl taklit edilebileceğinin gösterilmesi amaçlanmıştır.
Araştırmacılar, tasarım açısından sadece transistörlerle sınırlı kalmayıp farklı devre elemanları arayışına girmişlerdir. Burada doğanın temel davranışı olan nonlineer davranış sergileyen elemanlar ön plana çıkmaktadır. Bu amaçla ders kapsamında sadece nöromorfik devrelerin tasarımları değil aynı zamanda nonlineer elemanlardan da söz edilecek olup, bu elemanlardan oluşan retinaya ait basit bir devre gösterilecektir.

İlgili dokümanlara buradan ulaşabilirsiniz.