ГЕНЕЗИС (программное обеспечение)
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2016 г. ) |
| Оригинальный автор(ы) | Доктор Джеймс М. Бауэр |
|---|---|
| Первоначальный выпуск | 1988 |
| Стабильная версия | |
| Репозиторий | |
| Написано в | С [2] |
| Операционная система | Unix-подобные , macOS , Windows (с использованием Cygwin ) [2] |
| Тип | Среда моделирования |
| Лицензия | лицензия GPL [3] |
| Веб-сайт | Genesis-Sim |
GENESIS (The General Neural Simulation System ) — это среда моделирования для построения реалистичных моделей нейробиологических систем на многих уровнях масштаба, включая: субклеточные процессы, отдельные нейроны, сети нейронов и нейрональные системы. Эти симуляции представляют собой «компьютерную реализацию моделей, основная цель которых — уловить то, что известно об анатомической структуре и физиологических характеристиках интересующей нервной системы». [4] GENESIS предназначен для количественной оценки физической структуры нервной системы таким образом, чтобы можно было легко понять физическую структуру рассматриваемых нервов. «В настоящее время только GENESIS позволяет проводить параллельное моделирование отдельных нейронов и сетей на параллельных компьютерах с множеством инструкций и несколькими данными». [5] Разработка программного обеспечения GENESIS распространилась из Калифорнийского технологического института в лаборатории Техасского университета в Сан-Антонио , Университета Антверпена , Национального центра биологических наук в Бангалоре, Университета Колорадо , Питтсбургского суперкомпьютерного центра , Суперкомпьютерного центра Сан-Диего. и Университет Эмори .
Нейроны и нервные системы
[ редактировать ]GENESIS работает путем создания симуляционных сред для построения моделей нейронов или нейронных систем . « Нервные клетки способны общаться друг с другом таким высокоструктурированным образом, что образуют нейронные сети. Чтобы понять нейронные сети, необходимо понять способы, которыми один нейрон общается с другим посредством синаптических связей, и процесс, называемый синаптической передачей. ". [6] Нейроны имеют специализированную структуру для выполнения своих функций. Они «отличаются от большинства других клеток организма тем, что поляризованы и имеют отдельные морфологические области, каждая из которых выполняет определенные функции». [6] Двумя важными областями нейрона являются дендрит и аксон . «Дендриты — это область, где один нейрон получает связи от других нейронов. Тело клетки или сома содержит ядро и другие органеллы, необходимые для клеточной функции. Аксон — ключевой компонент нервных клеток, по которому передается информация от одной части нейрона (например, тела клетки) к терминальным областям нейрона». [6] Третьей важной частью нейрона является синапс . «Синапс — это конечная область аксона, здесь один нейрон образует соединение с другим и передает информацию посредством процесса синаптической передачи». [6]
Нейронные сети, подобные тем, которые моделируются с помощью программного обеспечения GENESIS, могут быстро стать очень сложными и трудными для понимания. «Всего несколько взаимосвязанных нейронов (микросхема) могут выполнять сложные задачи, такие как опосредовать рефлексы, обрабатывать сенсорную информацию, генерировать передвижение и обеспечивать обучение и память. Еще более сложные сети, макросхемы, состоят из множества встроенных микросхем. Макросхемы опосредуют высшие функции мозга, такие как как узнавание и познание объекта». [6] GENESIS пытается моделировать нейронные системы в том виде, в котором они встречаются в природе. Часто «нейрон может получать контакты до 10 000 пресинаптических нейронов, и, в свою очередь, любой отдельный нейрон может контактировать до 10 000 постсинаптических нейронов. Комбинаторная возможность может привести к чрезвычайно сложным нейронным цепям или топологиям сетей, которые могут быть очень сложными». трудно понять». [6]
История
[ редактировать ]GENESIS был разработан доктором Джеймсом М. Бауэром в лаборатории Калифорнийского технологического института и впервые представлен публике в 1988 году совместно с первым курсом «Методы вычислительной нейронауки» в Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул , Массачусетс. Полный исходный код программного обеспечения был выпущен в том же году в рамках модели открытого программного обеспечения для разработки. Теперь он поддерживается Инициативой вычислительной биологии Техасского университета в Сан-Антонио и доступен бесплатно вместе с учебными пособиями по его использованию.P-GENESIS, параллельная версия GENESIS, впервые была запущена в 1990 году на Intel Delta, который был прототипом семейства суперкомпьютеров Intel Paragon с массовым параллелизмом. [7]
Как работает ГЕНЕЗИС
[ редактировать ]GENESIS полезен при создании среды моделирования для построения моделей нейробиологических систем, таких как:
Система GENESIS сложна, но относительно проста в использовании.
Человек может вводить команды одним из трех способов: через файлы сценариев, графический интерфейс пользователя или командную оболочку GENESIS. Эти команды затем обрабатываются интерпретатором языка сценариев. «Интерпретатор языка сценариев обрабатывает команды, вводимые с клавиатуры, файлов сценариев или графического пользовательского интерфейса, и передает их в механизм моделирования GENESIS. Механизм моделирования также загружает скомпилированные библиотеки объектов, считывает и записывает файлы данных и взаимодействует с графическим интерфейсом. пользовательский интерфейс». [8] Ниже приведено графическое представление процесса пользовательского ввода и пример вывода GENESIS.
Приложения
[ редактировать ]Большинство современных приложений GENESIS включают реалистичное моделирование биологических систем. Обычно его используют для моделирования поведения более крупных структур мозга, например коры головного мозга . Эти исследования чаще всего проводятся на лабораторных курсах нейронного моделирования в Калифорнийском технологическом институте и в Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, штат Массачусетс.
GENESIS можно использовать в сочетании с Йельского университета программным обеспечением под названием NEURON в качестве средства совместной работы ученых над созданием физического описания нервной системы. Программное обеспечение GENESIS также можно использовать с Kinetikit для моделирования путей передачи сигнала. [9]
GENESIS использовался во многих исследованиях. [10] Некоторые из этих исследований включают исследования, посвященные разработке программного обеспечения, которое было бы полезно во многих дисциплинах. Другие исследования нейронов, таких как клетки Пуркинье . В этих исследованиях GENESIS использовался для моделирования клеток Пуркинье и может быть полезен для планирования и разработки последующих экспериментов с использованием программного обеспечения GENESIS.
Программное обеспечение также может иметь биомедицинское применение. Например, европейская компания St. Jude Medical разработала имплантируемое устройство GENESIS. [11]
См. также
[ редактировать ]- Программное обеспечение для нейронных сетей
- Искусственный интеллект
- Искусственная нейронная сеть
- Интегрированная среда разработки
- Теоретическая нейроморфология
- НЕЙРОН
Публикации
[ редактировать ]- Книга GENESIS: Исследование реалистичных нейронных моделей с помощью GENERAL NEural SIMulation System , Springer, (1998), ISBN 978-0-387-94938-3
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Домашняя страница симулятора GENESIS 2» . Проект ГЕНЕЗИС . Проверено 26 декабря 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Платформы» . Проект ГЕНЕЗИС. Архивировано из оригинала 8 июля 2016 года . Проверено 1 октября 2016 г.
- ^ «Окончательный дистрибутив компакт-диска GENESIS 2.3» . Проект ГЕНЕЗИС . Проверено 26 декабря 2015 г.
- ^ (Бауэр, Биман и Хука. Программное обеспечение для моделирования GENESIS. 1998)
- ^ (Руководство для потребителей по программному обеспечению для моделирования нейронов. TRENDS IN NEUROSIENCES 15: 462-464, 1992. Авторские права © Elsevier Science Publishers Ltd, (Великобритания), 1992. E. De Schutter Division of Biology 216-76, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния. 91125, США)
- ^ Jump up to: а б с д и ж (Введение в нейроны и нейрональные сети Джон Х. Бирн, доктор философии, кафедра нейробиологии и анатомии, Медицинская школа UT в Хьюстоне)
- ^ персонал (17.04.2019). «Винтажное видео: Суперкомпьютер Paragon — продукт партнёрства» . Анализ новостей высокопроизводительных вычислений | внутриHPC . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ (Бауэр, Биман и Хака. Программное обеспечение для моделирования GENESIS. 1998.)
- ^ (Бхалла, США (2002). Использование Kinetikit и GENESIS для моделирования сигнальных путей. В: Методы энзимологии, под ред. Хильдебрандта, Дж. Д. и Айенгара, R. Academic Press, 345, 3-23.)
- ^ «Публикации ГЕНЕЗИС» . Архивировано из оригинала 25 декабря 2012 г. Проверено 19 ноября 2012 г.
- ^ Видео: Имплантированное устройство GENESIS
Внешние ссылки
[ редактировать ]| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|