Эрик Л. Шварц

Эрик Л. Шварц (1947 – 31 декабря 2018 г.) был профессором когнитивных и нейронных систем , Профессор электротехники и вычислительной техники , и профессор анатомии и нейробиологии в Бостонском университете . Ранее он был доцентом кафедры психиатрии в Медицинском центре Нью-Йоркского университета и доцентом кафедры компьютерных наук в Институте математических наук Куранта при Нью-Йоркском университете.

Он представил термин «вычислительная нейронаука» посредством организации конференции под этим названием, которая состоялась в Кармеле, штат Калифорния, в 1985 году при спонсорской поддержке Фонда развития систем. По инициативе директора программы Чарльза Смита эта конференция, материалы которой были позже опубликованы MIT Press (1990), представила краткий обзор прогресса в смежных областях, которые до этого назывались нейронными сетями, нейронным моделированием, теорией мозга, теоретической нейронаукой и нейробиологией. множество других терминов. Организовав эти области по измерениям пространственных и временных измерений, конференция и ее более поздняя публикация в виде книги представили использование термина «вычислительная нейронаука». В последующие десятилетия десятки университетских факультетов и программ приняли это общее название.

В конце 1980-х годов Шварц основал Лабораторию вычислительной нейронауки при поддержке Фонда развития систем, а затем в 1990 году Vision Applications, Inc. при поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) с целью разработки приводов и датчиков. и алгоритмы для миниатюрных космических систем машинного зрения. Патенты, разработанные в Vision Applications, включают новый двигатель со сферическим приводом [1]. Архивировано 26 июля 2010 г. в Wayback Machine , прототип логарифмического датчика СБИС КМОП [2] Архивировано 26 июля 2010 г. в Wayback Machine и реальные алгоритмы. -временной синтез пространственно-вариантных изображений. [3] Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine .

Кульминацией этой работы стало создание миниатюрного автономного транспортного средства, которое стало первым транспортным средством, которое передвигалось без помощи человека по улицам Бостона (1992 г.) [4]. Архивировано 2 июля 2007 г. в Wayback Machine .

Биография

Эрик Шварц родился в Нью-Йорке в 1947 году в семье Джека и Эдит Шварц. Он учился в Высшей научной школе Бронкса, Колумбийском колледже (по специальности химия и физика), где в 1965 году был членом Лиги плюща, ECAC и чемпионата NCAA Columbia Lions . команды по фехтованию (сабля) и Колумбийский университет (доктор философии по физике высоких энергий, спонсор Дж. Стейнбергер [22]).

После получения степени по физике он присоединился к лаборатории Э. Роя Джона в качестве научного сотрудника по нейрофизиологии, а в 1979 году переехал вместе с лабораторией Джона в Нью-Йоркский университет в качестве доцента-исследователя психиатрии и получил звание доцента кафедры психиатрии. Психиатрия и информатика в 1990 году, а в 1992 году он уехал в Бостонский университет, чтобы занять должности профессора когнитивных и нейронных систем, электротехники и вычислительной техники, а также анатомии и нейробиологии. Он жил в Бруклине, штат Массачусетс, с женой Хелен и дочерью Анной Молли.

Исследования

обезьян и

Хотя с начала века было известно, что зрительное изображение, записанное сетчаткой, передается в зрительную кору в виде упорядоченного двухмерного паттерна нейронной активности (визуотопия, топографическое картирование, ретинотопия), первые двумерные математические описание этого картирования у приматов было предоставлено Шварцем в 1976 г. [5] Архивировано 9 сентября 2006 г. в Wayback Machine и в 1977 г. [6] Архивировано 8 сентября 2006 г. в Wayback Machine совместно с сотрудниками Элом Вольфом и Дэйвом Кристманом. он обеспечил первую прямую визуализацию кортикальной ретинотопии человека с помощью позитронной томографии . [7] Архивировано 9 сентября 2006 г. в Wayback Machine .

Эти теоретические статьи продемонстрировали, что сложное логарифмическое отображение, логарифмическое отображение или монопольное отображение были хорошим приближением к ретинотопии зрительной коры обезьяны, а позже были расширены за счет включения второй логарифмической сингулярности для представления периферического зрительного представления. дипольная модель [8]. Архивировано 21 июля 2013 г. в Wayback Machine. Это описание, которое является текущей стандартной де-факто моделью крупномасштабной функциональной архитектуры зрительной коры, было недавно расширено (2002–2006 гг.) аспирантами Мукундом. Баласубраманьян и Джонатан Полимени для описания множества областей зрительной коры человека и обезьяны — картирование клиновидного диполя [9]. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine [10] Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine . . Эта модель была проверена на зрительной коре человека [11]. совместно с Джоном Полимени, Оливером Хиндсом, Мукундом Баласубраманяном и коллегами Брюсом Фишлом и Ларри Уолдом, используя функциональную магнитно-резонансную томографию высокого разрешения, установили модель клиновидного диполя.как одна из немногих математических моделей нейроантомной структуры, прошедших детальную экспериментальную проверку.

мозга

Важным аспектом этой работы была разработка методов уплощения мозга. Первый полностью точный метод уплощения коры был разработан Шварцем в 1986 году на основе расчета точных минимальных геодезических расстояний на многогранной сетке, представляющей кортикальную поверхность [12]. [13] Архивировано 8 сентября 2006 г. в Wayback Machine вместе с метрическим многомерным масштабированием. [14] Архивировано 5 сентября 2006 г. в Wayback Machine . Варианты этого алгоритма, особенно недавние улучшения, внесенные в диссертацию Мукунда Баласубраманяна (см. [15], Архивировано 28 июля 2010 г. в Wayback Machine ), лежат в основе большинства современных количественно точных подходов к уплощению коры.

столбчатая

Ориентационные вихри

В 1977 году Шварц отметил, что модель гиперколонны Хьюбела и Вейзеля предполагает существование периодического вихревого узора особенностей ориентации на поверхности зрительной коры. В частности, угловая часть функции комплексного логарифма, рассматриваемая как пространственная карта, дала возможное объяснение структуры гиперстолбца, которая на современном языке называется структурой «вертушки» зрительной коры [16]. Архивировано 9 сентября 2006 г. Машина обратного пути . В 1990 году вместе с Аланом Ройером Шварц показал, что такие «вихревые» структуры или «вертушки» вместе с соответствующим паттерном столбцов глазного доминирования в коре могут быть вызваны пространственной фильтрацией случайного вектора или скалярного пространственного шума соответственно. До этой работы большая часть моделирования кортикальных столбцов проводилась с использованием несколько непрозрачных и неуклюжих моделей «нейронных сетей» - шум с полосовой фильтрацией быстро стал стандартным методом моделирования кортикальных столбчатых структур. В 1992 году Ройер и Шварц продемонстрировали, что образование кортикальных ориентационных вихрей было топологическим следствием определения ориентации - любая локальная корреляция, включая низкочастотную фильтрацию, могла бы вызвать очевидное образование «вихрей». [17] Архивировано 20 января 2008 г. в Wayback Machine . Позже это наблюдение было использовано посредством моделирования рассеяния фотонов в тканях мозга методом Монте-Карло, чтобы продемонстрировать, что большая часть современной структуры «вертушки» оптической записи значительно загрязнена артефактами из-за топологического образования и уничтожения ложных кортикальных вертушек. , из-за низкочастотного характера текущей оптической записи, которая имеет внутреннее физическое сглаживание в диапазоне 300 микрометров [18]. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine .

активного компьютерного

В дополнение к этой работе в области визуализации мозга и функциональной нейроанатомии Шварц разработал ряд алгоритмов и роботизированных устройств, связанных с областью пространственно-вариантного компьютерного зрения. Ключевой мотивацией для этой работы являются наблюдения за детальной пространственной структурой биологических зрительных систем, связанной с сильно пространственно-вариантной (т.е. фовеальной) архитектурой. Совместно со студентами разработаны алгоритмы пространственно-вариантного компьютерного зрения и нелинейной диффузии.Джорджио Бонмассар[20], Брюс Фишль [19] и Лео Грейди [21]. Неопубликованная работа Джорджа Кирштейна была завершена во время учебы в докторантуре, а затем завершена после получения степени магистра [см. Внешние ссылки для биографии].

См. также

• во всем мире

Ссылки

[1] Вычислительная нейронаука (1990). Эд. Эрик Л. Шварц, MIT Press, Кембридж, Массачусетс

[2] Кафедра когнитивных и нейронных систем Бостонского университета.

[3] Кафедра электротехники и вычислительной техники Бостонского университета.

[4] Кафедра анатомии и нейробиологии Медицинской школы Бостонского университета.

[5] Миниатюрная сферическая видеокамера (1,5 дюйма), выполняющая высокоскоростные саккадические движения (1500 град/сек), см. BB Bederson, RS Wallace и EL Schwartz (1994). Миниатюрный привод поворота и наклона: сферический двигатель наведения. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 10(3):298-308, [19] Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

[6] Прототип CMOS-сенсора космического варианта.

[7] Р.С. Уоллес, П.В. Онг, Б.Б. Бедерсон и Э.Л. Шварц (1994). Обработка изображений космического варианта. Международный журнал компьютерного зрения, 13(1):71-90, http://eslab.bu.edu/publications/articles/1994/wallace1994space.pdf. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

[8] Модифицированное радиоуправляемое шасси с четырехъядерной системой цифровой обработки сигналов T40 Texas Instruments и контроллером ПК, управляемое автономно, без человеческого контроля, на Бикон-стрит, 1992 год (Vision Applications, Inc.)

[9] Э.Л. Шварц. Аналитическая структура ретинотопического отображения стриарной коры [Аннотация]. Рефераты Общества нейронаук, 2 (1636): 1133, 1976. http://eslab.bu.edu/publications/abstracts/1976/schwartz1976analytic.pdf. Архивировано 9 сентября 2006 г. в Wayback Machine.

[10] Эрик Л. Шварц (1977)Пространственное картирование в сенсорной проекции приматов: аналитическая структура и значимость для восприятия. Биологическая кибернетика, 25(4):181-194 http://eslab.bu.edu/publications/articles/1977/schwartz1977spatial.pdf. Архивировано 8 сентября 2006 г. в Wayback Machine.

[11] Эрик Л. Шварц, Дэвид Р. Кристман и Альфред П. Вольф (1984). Топография первичной зрительной коры человека, полученная с помощью позитронной томографии. Исследования мозга, 294(2):225-230. http://eslab.bu.edu/publications/articles/1984/schwartz1984human.pdf. Архивировано 9 сентября 2006 г. в Wayback Machine.

[12] Э. Л. Шварц (1984). Анатомические и физиологические корреляты зрительных вычислений от стриарной до нижне-височной коры. IEEE Transactions on Systems, Man и Cybernetics, 14(2):257-271 http://eslab.bu.edu/publications/articles/1984/schwartz1984anatomical.pdf. Архивировано 21 июля 2013 г. в Wayback Machine.

[13] Мукунд Баласубраманян, Джонатан Полимени и Эрик Л. Шварц (2002). Комплекс V1-V2-V3: квазиконформные дипольные карты в стриарной и экстрастриарной коре приматов. Нейронные сети, 15(10):1157-1163 http://eslab.bu.edu/publications/articles/2002/balasubramanian2002v1-v2-v3.pdf. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

[14] Джонатан Р. Полимени, Мукунд Баласубраманян и Эрик Л. Шварц (2006). Комплексы многозонных визуотопических карт в стриарной и экстрастриарной коре макак. Исследование зрения, 46(20):3336-3359 http://eslab.bu.edu/publications/articles/2006/polimeni2006multi-area.pdf. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

[15] Джонатан Р. Полимени, Олив П. Хиндс, Мукунд Баласубраманян, Брюс Фишл и Эрик Л. Шварц (2006). Характеристика корковой зрительотопии у человека и макаки: количественные сходства между субъектами и видами [Аннотация]. NeuroImage, 31(1):S198, 2006. http://eslab.bu.edu/publications/abstracts/2006/polimeni2006characterization.pdf. Архивировано 28 июля 2010 г. в Wayback Machine.

[16] Джонатан Р. Полимени, Домнулл Гранквист-Фрейзер, Ричард Дж. Вуд и Эрик Л. Шварц. Физические ограничения пространственного разрешения оптической записи: выяснение пространственной структуры корковых гиперколонн. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(11):4158-4163, 15 марта 2005 г. http://eslab.bu.edu/articles/2006/polimeni2006multi-area.pdf.

[17] Бен Б. Бедерсон, Ричард С. Уоллес и Эрик Шварц. Миниатюрная космическая система активного зрения: Cortex-I. Машинное зрение и приложения, 8(2):101-109, 1995. http://eslab.bu.edu/publications/articles/1994/bederson1994miniature.pdf. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

[18] У. К. Каритерс, Т. Модис, Д. Р. Нюгрен, Т. П. Пун, Э. Л. Шварц, Х. Стикер, Дж. Стейнбергер, П. Вейльхаммер и Дж. Х. Кристенсон. Наблюдение распада kl0 -> mu+ mu-. Physical Review Letters, 30(26):1336-1340, 25 июня 1973 г. http://eslab.bu.edu/publications/articles/1973/carithers1973observation.pdf.

[19] Адаптивная нелокальная фильтрация: быстрая альтернатива анизотропной диффузии для сегментации изображений. Транзакции IEEE по анализу шаблонов и машинному интеллекту, 21(1):42-48 http://eslab.bu.edu/publications/articles/ 1999/fischl1999adaptive.pdf Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine, январь 1999 г.

[20] Джорджио Бонмассар и Эрик Л. Шварц. Пространственно-вариантный анализ Фурье: экспоненциальное чирп-преобразование. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 19(10):1080-1089, октябрь 1997 г. http://eslab.bu.edu/publications/articles/1997/bonmassar1997fourier.pdf. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

[21] Лео Грейди и Эрик Л. Шварц. Изопериметрическое разбиение графа для кластеризации данных и сегментации изображений. Транзакции IEEE по анализу шаблонов и машинному интеллекту, 28(3):469-475, 2006 http://eslab.bu.edu/publications/articles/2006/grady2006isoperimetric_a.pdf. Архивировано 25 июля 2008 г. в Wayback Machine.

Внешние ссылки

• Домашняя страница лаборатории (недоступна). Архивировано 23 декабря 2007 г. на Wayback Machine.
• Джордж Кирштейн