Перколяция (когнитивная психология)
 | Эта статья написана как личное размышление, личное эссе или аргументативное эссе , в котором излагаются личные чувства редактора Википедии или представлен оригинальный аргумент по определенной теме. ( Октябрь 2021 г. ) |
Перколяция (от латинского слова percolatio , что означает фильтрация [1] ) — теоретическая модель, используемая для понимания того, как происходит активация и распространение нейронной активности в нейронных сетях . [2] Перколяция — это модель, используемая для объяснения того, как нейронная активность передается через различные соединения внутри мозга. Теорию перколяции можно легко понять, объяснив ее использование в эпидемиологии . Лица, инфицированные каким-либо заболеванием, могут распространять заболевание посредством контакта с другими людьми в своей социальной сети . Те, кто более общительный и контактирует с большим количеством людей, будут способствовать распространению болезни быстрее, чем те, кто менее общительный. На уровень заражения влияют такие факторы, как род занятий и общительность. Теперь, если представить нейроны как индивидуумов , а синаптические связи — как социальные связи между людьми, то можно определить, насколько легко будут распространяться сообщения между нейронами. [2] Когда нейрон срабатывает, сообщение передается по всем синаптическим соединениям другим нейронам до тех пор, пока оно не перестанет продолжаться. Синаптические связи считаются открытыми или закрытыми (как у социального или асоциального человека), и сообщения будут течь по всем открытым соединениям до тех пор, пока они не перестанут идти дальше. Точно так же, как род занятий и общение играют ключевую роль в распространении болезней, так же, когда речь идет о нейронной перколяции, играют роль и количество нейронов, синаптическая пластичность и долговременная потенциация .
Перколяционный кластер
[ редактировать ]Ключевым аспектом перколяции является концепция перколяционных кластеров , которые представляют собой отдельные большие группы нейронов, которые связаны открытыми связями и занимают большую часть сети. Любые сигналы, исходящие из любой точки внутри кластера, будут иметь большее влияние и распространение по сети, чем сигналы, исходящие за пределами кластера. Это похоже на то, как учитель распространяет инфекцию на все сообщество через контакт с учениками, а затем и на их семьи, чем на изолированного бизнесмена, работающего из дома.
История и предыстория
[ редактировать ]Теория перколяции изначально была разработана Бродбентом и Хаммерсли как математическая теория для определения потока жидкостей через пористый материал. [3] Примером этого является вопрос, первоначально заданный Бродбентом и Хаммерсли: «Предположим, большой пористый камень погружен под воду на долгое время, достигнет ли вода центра камня?». [4] С момента своего основания теория перколяции использовалась как в прикладных областях, так и в математическом моделировании, в таких областях, как инженерия, физика, химия, связь, экономика, математика, медицина и география. С математической точки зрения перколяция однозначно способна графически отображать как алгебраические, так и вероятностные связи. [3] В сетевых и когнитивных науках теория перколяции часто используется в качестве вычислительной модели, которая позволяет проверять теории нейронной активности до того, как потребуется какое-либо физическое тестирование. [5] Его также можно использовать в качестве модели для объяснения экспериментальных наблюдений нейронной активности в определенной степени. [6]
Текущие исследования
[ редактировать ]Перколяция была разработана за пределами когнитивных наук; однако его применение в этой области доказало, что он является полезным инструментом для понимания нейронных процессов. Исследователи сосредоточили свое внимание не только на изучении того, как нейронная активность распространяется по сетям, но и на том, как просачивание и его аспект фазового перехода могут повлиять на принятие решений и мыслительные процессы. [5] Теория перколяции позволила исследователям лучше понять многие психологические состояния, такие как эпилепсия , дезорганизованная шизофрения и дивергентное мышление . [2] Эти условия часто указывают на перколяционные кластеры и их участие в распространении избыточной активности нейронов. Судороги возникают, когда нейроны головного мозга срабатывают одновременно, и часто эти припадки могут возникать в одной части мозга, а затем могут передаваться в другие части. Исследователи могут способствовать лучшему пониманию этих состояний, поскольку «нейроны, участвующие в приступе, аналогичны участкам просачивающегося кластера». [2] Дезорганизованная шизофрения более сложна, поскольку активность является ориентировочной активностью в просачивающемся кластере; однако некоторые исследователи предполагают, что просачивание информации происходит не в небольшом кластере, а в глобальном функциональном масштабе. [7] Внимание, а также просачивание также играют ключевую роль в дезорганизованном и дивергентном мышлении; однако более вероятно, что направленная перколяция, то есть направленно контролируемая перколяция, более полезна для изучения дивергентного мышления и творчества.
Таблица последних исследований
[ редактировать ]Ниже приведена таблица некоторых исследований и экспериментов, в которых использовалась перколяция. Большинство этих исследований сосредоточено на применении теории перколяции к обработке нейронных сетей с помощью вычислительного подхода.
| Исследователь(ы) | Статья | Обзор |
|---|---|---|
| Дж. П. Экманн, Э. Мозес, О. Стеттер, Т. Тлусти и К. Збинден | Лидеры нейрональных культур в модели перколяции кворума | Исследователи используют перколяцию кворума для описания последствий инициации нейронной активности в нейронных сетях. |
| С. Леле-Мервель | О значении теории перколяции для приобретения человеческих навыков | В этой статье обсуждается вклад, который теория перколяции внесла в приобретение человеческих навыков. |
| Р. Козьма, М. Пулич и Л. Перловский | Моделирование принятия целенаправленных решений посредством когнитивных фазовых переходов | Исследователи используют модели нейроперколяции, чтобы очертить последствия для принятия решений. |
| Р. Козма, М. Пулич, П. Балистер, Б. Боллобас и У. Дж. Фриман | Фазовые переходы в нейроперколяционной модели нейронных популяций со смешанными локальными и нелокальными взаимодействиями | Исследователи стремятся смоделировать фазовые переходы в мозге, используя перколяцию, чтобы понять свойства нейрфилов. |
| Л. К. Галлос, Х. А. Мейкс и М. Сигман | Маленький мир слабых связей обеспечивает оптимальную глобальную интеграцию самоподобных модулей в функциональные мозговые сети. | Исследователи используют модифицированную теорию перколяции, чтобы попытаться показать новый взгляд на модульность мозга в отличие от широко распространенного взгляда на сети маленького мира. |
| Д.Б. Ван, П. Гонг, М. Брейкспир и К. Ван Лювен | Фрагментация: потеря глобальной согласованности или нарушение модульности функциональной архитектуры мозга? | Исследователи полагают, что дезорганизованная шизофрения возникает не из-за организации маленького мира, а фактически из-за распада локальной организации, который приводит к глобальной модульности функционирования. |
Другие приложения
[ редактировать ]Теория перколяции применялась в самых разных областях исследования, включая медицину, экономику, физику, а также другие области психологии, такие как социальные науки, промышленная и организационная психология. Ниже приведена таблица других областей исследований, в которых применяется теория перколяции, а также информация о последних исследованиях.
| Область исследования | Исследователи | Статья |
|---|---|---|
| Медицина/Эпидемиология | СБ Хандельвал | Экология инфекционных болезней с контактными сетями и теорией перколяции |
| Экономика | Д. Даффи, Дж. Мансо и С. Маламуд | Просачивание информации на сегментированных рынках |
| Промышленная/организационная психология | Т. Гребель | Эволюция сети в фундаментальной науке |
| Социальная Психика | Р. Флорес, М. Костер, И. Линднер и Э. Молина | Сети и коллективные действия |
| Физика | Н. Почча, А. Ансуини и А. Бьянкони | Вдали от равновесия Перколяция, стохастические и формовые резонансы в физике жизни |
| География | Х. Э. Винзелер, П. Р. Оуэнс, С. В. Уолтман, У. Дж. Уолтман, З. Либохова и Д. Бодетт | Методология изучения изменений в географии почвенного климата во времени: режимы влажности почвы в США за период 1971–2000 гг. |
| Искусственный интеллект | И. Реболло, М. Грана и Б. Кейс | Влияние пространственной перколяции на сходимость роя боидов раскраски графа |
| Управление чрезвычайными ситуациями и предотвращение кризисов | Дж. Л. Уайбо | Просачивание, временная связность информации и предотвращение кризисов |
Будущие исследования
[ редактировать ]Теория перколяции широко используется и влияет на множество различных областей; однако исследования в области сетевых наук все еще могут развиваться дальше. Как вычислительная модель, перколяция имеет свои ограничения: она не всегда может учитывать изменчивость реальных нейронных сетей. Его ограничения не ограничивают его функциональность в целом, а лишь в некоторых случаях. [6] Чтобы лучше понять сети маленького мира , необходим более внимательный объективный взгляд на проникновение в нейронные сети. Наилучшим способом добиться этого было бы объединить приложения перколяционного моделирования и экспериментальную стимуляцию искусственных нейронных сетей. [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Леле-Мервель, Сильви (2004). «О значении теории перколяции для приобретения человеческих навыков» . EISTA 2004. Том II: Системы, технологии и приложения образования и обучения . Редактор ИИС. стр. 391–395.
- ^ Перейти обратно: а б с д Фриденбрег Дж., Сильверман Г. (2012). Когнитивная наука: введение в изучение разума (2-е изд.). Таузенд-Оукс, Калифорния: Публикации SAGE. [ нужна страница ]
- ^ Перейти обратно: а б Беффара, Винсент; Сидоравичюс, Владас (11 июля 2005 г.). «Теория перколяции» arXiv : math/0507220 . Бибкод : 2005math......7220B .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Бродбент, СР; Хаммерсли, Дж. М. (1957). «Процессы перколяции I и II». Труды Кембриджского философского общества . 53 (3): 629–641. Бибкод : 1957PCPS...53..629B . дои : 10.1017/s0305004100032680 . S2CID 84176793 .
- ^ Перейти обратно: а б Козьма, Роберт; Пулич, Марко; Перловский, Леонид (март 2009 г.). «Моделирование принятия целенаправленных решений посредством когнитивных фазовых переходов» . Новая математика и естественные вычисления . 05 (1): 143–157. дои : 10.1142/S1793005709001246 .
- ^ Перейти обратно: а б Экманн, JP; Моисей, Э.; Стеттер, О.; Тласти, Т.; Збинден, К. (2010). «Лидеры нейрональных культур в модели перколяции кворума» . Границы вычислительной нейронауки . 4 : 132. arXiv : 1009.5355 . Бибкод : 2010arXiv1009.5355E . дои : 10.3389/fncom.2010.00132 . ПМЦ 2955434 . ПМИД 20953239 .
- ^ Ван, Д.Б.; Гонг, П.; Брейкспир, М.; ван Леувен, К. (2012). «Фрагментация: потеря глобальной согласованности или нарушение модульности функциональной архитектуры мозга?» . Границы системной нейронауки . 6:20 . дои : 10.3389/fnsys.2012.00020 . ПМК 3316147 . ПМИД 22479239 .
- ^ Козьма, Роберт; Пулич, Марко; Балистер, Пол; Боллобас, Бела; Фриман, Уолтер Дж. (июнь 2005 г.). «Фазовые переходы в модели нейроперколяции нейронных популяций со смешанными локальными и нелокальными взаимодействиями» . Биологическая кибернетика . 92 (6): 367–379. дои : 10.1007/s00422-005-0565-z . ПМИД 15920663 . S2CID 912262 .
- ^ Хаггстрем, О.; Йонассон, Дж. (2006). «Единственность и неединственность в теории перколяции». Вероятностные исследования . 3 : 289–344. arXiv : математика/0612812 . Бибкод : 2006math.....12812H . дои : 10.1214/154957806000000096 . S2CID 7444277 .
- ^ Галлос, ЛК; Максе, ХА; Сигман, М. (2012). «Маленький мир слабых связей обеспечивает оптимальную глобальную интеграцию самоподобных модулей в функциональные мозговые сети» . ПНАС . 109 (8): 2825–2830. arXiv : 1102.0604 . Бибкод : 2012PNAS..109.2825G . дои : 10.1073/pnas.1106612109 . ПМЦ 3286928 . ПМИД 22308319 .
- ^ Бансал Хандельвал, Света (май 2008 г.). Экология инфекционных болезней с контактными сетями и теория перколяции (Диссертация). HDL : 2152/3910 . ПроКвест 622038307 .
- ^ Даффи, Даррелл; Маламуд, Семен; Мансо, Густаво (сентябрь 2014 г.). «Просачивание информации на сегментированных рынках». Журнал экономической теории . 153 : 1–32. дои : 10.1016/j.jet.2014.05.006 . S2CID 6162521 .
- ^ Гребель, Томас (июль 2012 г.). «Эволюция сети в фундаментальной науке». Журнал эволюционной экономики . 22 (3): 443–457. дои : 10.1007/s00191-012-0266-4 . S2CID 154217698 . ПроКвест 1282239642 .
- ^ Флорес, Рамон; Костер, Морис; Линднер, Инес; Молина, Элисенда (октябрь 2012 г.). «Сети и коллективные действия» (PDF) . Социальные сети . 34 (4): 570–584. дои : 10.1016/j.socnet.2012.06.003 . ПроКвест 1027510949 .
- ^ Почча, Н.; Ансуини, А.; Бьянкони, А. (2011). «Вдали от равновесия: перколяция, стохастические и формовые резонансы в физике жизни» . Международный журнал молекулярных наук . 12 (10): 6810–6833. дои : 10.3390/ijms12106810 . ПМК 3211012 . ПМИД 22072921 .
- ^ Ребелло, И.; Грана, М.; Кейсы, Б. (2012). «Влияние пространственной перколяции на сходимость роя боидов раскраски графа». Международный журнал по инструментам искусственного интеллекта . 21 (6): 1250015. doi : 10.1142/S0218213012500157 .
- ^ Вайбо, Дж. Л. (2012). «Просачивание, временная связность информации и предотвращение кризисов». Наука безопасности . 57 : 60–68. дои : 10.1016/j.ssci.2013.01.021 .
- ^ Винзелер, HE; Оуэнс, PR; Уолтман, Юго-Запад; Уолтман, WJ; Либохова З.; Бодетт, Д. (2013). «Методология изучения изменений в географии почвенного климата во времени: режимы влажности почвы в США за период 1971–2000 гг.». Журнал Американского общества почвоведения . 77 (1): 213–225. Бибкод : 2013SSASJ..77..213W . дои : 10.2136/sssaj2012.0123 .