Procesamiento de información mediante Redes NeuroGliales Artificiales en clasificación y predicción

Abstract

[Resumen]Recientes investigaciones evidencian que los astrocitos del sistema glial juegan un papel esencial en el procesamiento de la información en el cerebro, existiendo comunicación bidireccional entre neuronas y astrocitos (Sinapsis Tripartita). Dado que los Sistemas Conexionistas (SS.CC.) solo consideran neuronas artificiales interconectadas, en esta tesis doctoral multidisciplinar se han investigado por primera vez las consecuencias de añadirles astrocitos artificiales. Para ello, se ha realizado un análisis exhaustivo de la eficacia de nuevas Redes NeuroGliales Artificiales (RR.NG.AA.) versus Redes de Neuronas Artificiales multicapa clásicas (RR.NN.AA.). Los resultados indican que los astrocitos: mejoran el rendimiento de RR.NN.AA., tanto cuando potencian como cuando deprimen las conexiones sinápticas; esta mejoría no puede atribuirse al incremento de elementos de procesado de la red, sino a las propiedades de los astrocitos; la eficacia de RR.NG.AA. con potenciación vs. RR.NN.AA., aumenta al incrementarse la complejidad de la red; el grado de mejora inducido por los astrocitos depende del problema tratado y de las propiedades intrínsecas de los astrocitos. Se puede concluir que los astrocitos artificiales permiten proponer a las RR.NG.AA. como un posible nuevo paradigma en SS.CC. Además, han permitido estudiar fenómenos cerebrales aún no demostrados, colaborando con la Neurociencia en la comprensión del sistema nervioso

[Resumo]Recentes investigacións evidencian que os astrocitos do sistema glial xogan un papel esencial no procesamento da información no cerebro, existindo comunicación bidireccional entre neuronas e astrocitos (Sinapse Tripartita). Dado que os Sistemas Conexionistas (SS.CC.) só consideran neuronas artificiais interconectadas, nesta tese doutoral multidisciplinar investigáronse por primeira vez as consecuencias de engadirlles astrocitos artificiais. Para iso, realizouse unha análise exhaustiva da eficacia de novas Redes NeuroGliais Artificiais (RR.NG.AA.) versus Redes de Neuronas Artificiais multicapa clásicas (RR.NN.AA.). Os resultados indican que os astrocitos: melloran o rendemento de RR.NN.AA., tanto cando potencian coma cando deprimen as conexións sinápticas; esta melloría non pode atribuírse ao incremento de elementos de procesado da rede, senón ás propiedades dos astrocitos; a eficacia de RR.NG.AA. con potenciación vs. RR.NN.AA. aumenta ao incrementarse a complexidade da rede; o grao de mellora inducido polos astrocitos depende do problema tratado e das propiedades intrínsecas dos astrocitos. Pódese concluír que os astrocitos artificiais permiten propoñer ás RR.NG.AA. como un posible novo paradigma en SS.CC. Ademais, permitiron estudar fenómenos cerebrais aínda non demostrados, colaborando coa Neurociencia na comprensión do sistema nervioso.

[Abstract]Recent research shows that glial system astrocytes play an essential role in the information processing in the brain, as indicates the existence of bidirectional communication between astrocytes and neurons (Tripartite Synapse). Since Connectionist Systems (CS) only have into account interconnected artificial neurons, in this multidisciplinary thesis the consequences of adding artificial astrocytes to them have been investigated for the first time. For this, an exhaustive analysis of the performance of these new Artificial NeuroGlial Networks (ANGN) vs. classic multilayer ANN has been carried out. The results indicate that artificial astrocytes: improve the performance of the ANN both when they enhance and when they depress the synaptic connections; this improvement cannot be accounted for an increased number of processing elements on the network, but rather for the properties of astrocytes; the efficacy of ANGN‐potentiation vs. ANN increases as the complexity of the network; relative network performance improvement by artificial astrocytes depends on the problem tested and the intrinsic properties of astrocytes. It can be concluded that artificial astrocytes allow ANGN to be proposed as a possible new paradigm in CS. Furthermore, they have allowed to study brain behaviours not yet proved, collaborating with Neuroscience in the understanding of the nervous system