Skip to main content
SUPERVISOR
Farzaneh Shayegh boroujeni,Said Sadri,Behzad Nazari
فرزانه شایق بروجنی (استاد مشاور) سعید صدری (استاد راهنما) بهزاد نظری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Arezoo Farzanfar
آرزو فرزانفر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Improvement of Neural Coding Modeling in the Retina based on Physiological Constraints
The retina is the inner layer of the eye, and as a very important part of the neural tissue of the visual system , enables us to understand the surrounding environment . In order to understand the functioning of the human eye and its relation to the brain , the mechanism for the transfer and processing of visual information to the brain can be determined using a computational model . The input image stimulates photoreceptors . Image information is transmitted by the ganglion cells which are responsible for transmitting the information to the visual cortex. The information transmitted to the optic nerve of the brain is considered as encoded signals in the receptive field of the ganglion cell s. Sets of photoreceptors in the retina with synaptic connections (modeled by a weight matrix W ) transmit information of input image to ganglion cells in the form of codes. Therefore, each ganglion cell has a strong relationship with sets of photoreceptors called receptive field of ganglion cell. Hence efficient coding of ganglion cell (weight matrix W) is important. Visual information should be transmitted optimally from retina to brain. The main problem is that what sort of coding must be done to create a proper representation of the input image on the brain. This problem is one of the fundamental challenges in the brain signal processing study. Intrinsically , there are spatial and temporal correlations in the structure of natural images . Hence , one of the primary goals of sensory coding is to reduce the redundancy of input signal. So far , methods such as principal component analysis (PCA) and independent component analysis (ICA) have been proposed for this purpose . Therefore, although the determination of the weight matrix W has been solved in a variety of ways , but the results have not been confirmed by experimental results. Therefore , a method of neural coding should be proposed to consider physiological nature of the neurons of the sensory system as well as the mathematical aspects . Spatial locality of ganglion cell receptive field has been studied in recent years. In this thesis , two more physiological constraints in the human visual system , spatial locality of photoreceptors projective field and the correlation between ganglion cells are also considered. The result is an encoding matrix that coincides with the center-surround structure obtained from real experiments on receptive field of ganglion cells and this provides a reasonable representation of the input image on the brain. Key words: Retina , Efficient coding in the retina , Physiological constraints, Receptive field of ganglion cells , Center-Surround
شبکیه‌ی چشم، داخلی‌ترین لایه‌ی چشم است که به عنوان بخش بسیار مهمی از بافت عصبی سیستم بینایی، ما را قادر به درک محیط پیرامون می‌سازد. به منظور درک چگونگی عملکرد چشم انسان و ارتباط آن با مغز، می‌توان مکانیسم انتقال و پردازش اطلاعات بینایی به مغز را با استفاده از یک مدل محاسباتی مشخص نمود. اطلاعات تصویر دریافتی ، توسط گیرنده‌های نوری شبکیه‌ی چشم دریافت شده و از طریق سلول‌های گانگلیون که مسئول انتقال این اطلاعات به کورتکس بینایی هستند، به صورت سیگنال‌های کد شده در میدان گیرندگی سلول‌های گانگلیون، به عصب نوری مغز منتقل می‌شوند. مجموعه گیرنده‌های نوری در شبکیه با اتصالات سیناپسی (مدل شده با یک ماتریس وزن (W) اطلاعات تصویر دریافتی را به شکل کدهایی، به سلول‌های گانگلیون می‌فرستد. بنابراین هر سلول گانگلیون با دسته‌ای از گیرنده‌های نوری ارتباط قوی‌تری دارد که به آن‌ها میدان گیرندگی یک سلول گانگلیون گویند. از این‌رو مسئله‌ی کدگذاری عصبی کارآمد، یعنی تخمین منحصر به فرد میدان گیرندگی سلول‌های گانگلیون (ماتریس وزن (W) (اهمیت پیدا می‌کند. به این روش اطلاعات بینایی به صورت بهینه از شبکیه‌ی چشم به مغز منتقل می‌شود. در عمل این‌که چه نوع کدگذاری (تعیین ماتریس (W) (انجام شود تا بازنمائی مناسبی از تصویر ورودی بر روی مغز ایجاد شود، یکی از چالش‌های اساسی در مطالعه‌ی پردازش سیستم بینایی است. به طور ذاتی در ساختار تصاویر طبیعی، هم‌بستگی‌های مکانی و زمانی وجود دارد. از این‌رو یکی از اهداف اولیه و اساسی کدگذاری حسی، کاهش افزونگی سیگنال دریافتی است. تاکنون روش‌هایی مانند آنالیز مولفه‌های اساسی (PCA) و آنالیز مولفه‌های مستقل (ICA) به این منظور پیشنهاد شده‌است. بنابراین اگرچه تعیین ماتریس وزن W به شیوه‌های مختلفی حل شده، اما نتایج شیوه‌های مذکور با قرار دادن الکترودها و ثبت پتانسیل سیناپس‌ها، از لحاظ فیزیولوژیک تایید نشده‌است. بنابراین باید روشی برای کدگذاری عصبی پیشنهاد شود که صرفا مسئله را از دیدگاه ریاضی مورد بررسی قرار ندهد و اطلاعات محرک ورودی را منطبق بر ماهیت فیزیولوژیک نورون‌های سیستم عصبی حسی، منتقل کند. از جمله قیود فیزیولوژیکی که در مدل‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته ، قید محدودیت مکانی میدان گیرندگی سلول‌های گانگلیون است. در این پایان‌نامه دو قید فیزیولوژی محدودیت مکانی میدان تصویری گیرنده‌های نوری و هم‌بستگی سلول‌های گانگلیون علاوه بر قید محدودیت مکانی میدان گیرندگی سلول‌های گانگلیون در نظر گرفته شده‌است .حاصل شده، ماتریس کدگذاری است که با ساختار مرکز-محیط به‌دست آمده از آزمایش‌های تجربی برای میدان‌های گیرندگی سلول‌های گانگلیون منطبق است و بازنمائی مناسبی از تصویر دریافتی بر روی مغز ایجاد می‌کند. واژه‌های کلیدی: شبکیه‌ی چشم، کدگذاری کارآمد در شبکیه، قیود فیزیولوژی، میدان گیرندگی سلول‌های گانگلیون، ساختار مرکز-محیط

ارتقاء امنیت وب با وف بومی