Desarrollo de nuevos algoritmos neurogliales que modelizan la interacción astrocito-neurona en sistemas de altas prestaciones
Use este enlace para citar
http://hdl.handle.net/2183/22634Coleccións
- Teses de doutoramento [2089]
Metadatos
Mostrar o rexistro completo do ítemTítulo
Desarrollo de nuevos algoritmos neurogliales que modelizan la interacción astrocito-neurona en sistemas de altas prestacionesAutor(es)
Director(es)
Porto Pazos, Ana BelénData
2019Resumo
[Resumo]
Estamos vivindo una era de evolución constante debido aos avances tecnolóxicos.
Moitos deles están sendo posibles grazas á Intelixencia Artificial (IA) e a que se están
almacenando grandes volumes de datos. Pódense construír ferramentas con
componentes intelixentes que están revolucionando diversos campos grazas á gran
cantidade de datos que poden ser analizados mediante devanditos modelos
intelixentes. Sen embargo, moitas investigación só céntranse na cantidade e a calidade
dos datos dos que se dispón, e apenas se realizan esforzos en mellorar as propias
técnicas de IA.
A proposta desta tese é a mellora de sistemas intelixentes conexionistas que ata
hai pouco estaban formados por Redes de Neuronas Artificiais (RNA). Para levar a cabo
tan ambiciosa labor, considerouse, do mesmo xeito que ocorreu con investigación
noutras áreas, ter en conta como resolve o problema a naturaleza. Para iso,
centrarémonos na estructura máis complexa e máis eficiente coñecida polo home, o
cerebro humano. Con ese fin, é necesario apoiarse no campo da Neurociencia onde se
pode tratar de levar os avances que se descobren ou as hipótesis que se xeran ao
campo da IA.
O núcleo desta tese vira contorna as investigación que evidencian que as neuronas
non son os únicos elementos do cerebro humano que participan no procesamento da
información, si non que os astrocitos do Sistema Glial (SG) xogan un papel esencial. De
feito, a comunicación sináptica sábese xa que se produce con participación de
neuronas e astrocitos, o cal coñécese como sinapsis tripartita. Isto levou á inclusión de
novos elementos de procesado nas RNA que simulan o comportamento das células
gliales creando as Redes NeuroGliais Artificiais (RNGA).
Para demostrar a utilidade dos astrocitos artificiais e colaborar en demostrar a
capacidade do SG, leváronse a cabo novos algoritmos de modulación astrocítica que se
puxeron a proba en diferentes problemas de clasificación e regresión, obténdose
resultados significativos con respecto a redes sen astrocitos. Ademais, desenvolveuse
graza a esta tese una aplicación web opensource para que a comunidade científica
poida usar estas redes libremente. [Resumen]
Estamos viviendo una era de evolución constante debido a los avances
tecnológicos. Muchos de ellos están siendo posibles gracias a la Inteligencia Artificial
(IA) y a que se están almacenando grandes volúmenes de datos. Se pueden construir
herramientas con componentes inteligentes que están revolucionando diversos
campos gracias a la gran cantidad de datos que pueden ser analizados mediante dichos
modelos inteligentes. Sin embargo, muchas investigaciones solo se centran en la
cantidad y la calidad de los datos de los que se dispone, y apenas se realizan esfuerzos
en mejorar las propias técnicas de IA.
La propuesta de esta tesis es la mejora de sistemas inteligentes conexionistas que
hasta hace poco estaban formados por Redes de Neuronas Artificiales (RNA). Para
llevar a cabo tan ambiciosa labor, se ha considerado, al igual que ha ocurrido con
investigación en otras áreas, tener en cuenta cómo resuelve el problema la naturaleza.
Para ello, nos centraremos en la estructura más compleja y más eficiente conocida por
el hombre, el cerebro humano. Con ese fin, es necesario apoyarse en el campo de la
Neurociencia donde se puede tratar de llevar los avances que se descubren o las
hipótesis que se generan al campo de IA.
El núcleo de esta tesis gira entorno las investigaciones que evidencian que las
neuronas no son los únicos elementos del cerebro humano que participan en el
procesamiento de la información, si no que los astrocitos del sistema glial juegan un
papel esencial. De hecho, la comunicación sináptica se sabe ya que se produce con
participación de neuronas y astrocitos, lo cual se conoce como sinapsis tripartita. Esto
llevó a la inclusión de nuevos elementos de procesado en las RNA que simulan el
comportamiento de las células gliales creando las Redes NeuroGliales Artificiales
(RNGA).
Para demostrar la utilidad de los astrocitos artificiales y colaborar en demostrar la
capacidad del Sistema Glial (SG), se han llevado a cabo nuevos algoritmos de
modulación astrocítica que se han puesto a prueba en diferentes problemas de
clasificación y regresión, obteniéndose resultados significativos con respecto a redes
sin astrocitos. Además, se ha desarrollado gracias a esta tesis una aplicación web
opensource para que la comunidad científica pueda usar estas redes libremente. [Abstract]
We are living an era of constant evolution due to technological advances. Many of
them are being possible thanks to Artificial Intelligence (AI) and the large volumes of
data are being stored. You can build tools with intelligent components that are
revolutionizing various fields thanks to a large amount of data that can be analyzed by
these intelligent models. However, many investigations only focus on the quantity and
quality of the data available, and little effort is made to improve the AI techniques
themselves.
The proposal of this thesis is the improvement of connectionist intelligent systems
that until recently were formed by Artificial Neural Networks (ANN). To carry out such
ambitious work, it has been considered, as has happened with research in other areas,
to consider how nature solves the problem. For this, we will focus on the most
complex and efficient structure known, the human brain. To that end, it is necessary to
rely on the field of Neuroscience where one can try to take the advances that are
discovered or the hypotheses that are generated in the AI field.
The core of this thesis is based on research that shows that neurons are not the
only elements of the human brain that participate in the processing of information.
Astrocytes of the glial system play an essential role in the treatment of information. In
fact, it is known that synaptic communication occurs with the participation of neurons
and astrocytes, which is known as tripartite synapses. This led to the inclusion of new
elements that simulate the behaviour of glial cells in ANN. The addition of the new
elements, artificial astrocytes, originated the Artificial NeuroGial Networks (ANGN).
To demonstrate the usefulness of artificial astrocytes and collaborate in
demonstrating the capacity of the Glial System (GS), new algorithms of astrocytic
modulation have been used. These algorithms have been tested in different
classification and regression problems, obtaining significant results with respect to
networks that do not use the GS. In addition, an open source web application has been
developed thanks to this thesis so that the scientific community can use these
networks freely.
Palabras chave
Redes neuronales (Informática)
Inteligencia artificial-Aplicaciones
Astrocitos
Inteligencia artificial-Aplicaciones
Astrocitos
Descrición
Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e as Comunicacións. 5032V0
Dereitos
Os titulares dos dereitos de propiedade intelectual autorizan a visualización do contido desta tese a través de Internet, así como a súa reproducción, gravación en soporte informático ou impresión para o seu uso privado e/ou con fins de estudo e de investigación. En nengún caso se permite o uso lucrativo deste documento. Estos dereitos afectan tanto ó resumo da tese como o seu contido Los titulares de los derechos de propiedad intelectual autorizan la visualización del contenido de esta tesis a través de Internet, así como su repoducción, grabación en soporte informático o impresión para su uso privado o con fines de investigación. En ningún caso se permite el uso lucrativo de este documento. Estos derechos afectan tanto al resumen de la tesis como a su contenido