GENESIS (программное обеспечение) - GENESIS (software)

ГЕНЕЗИС
Оригинальный автор (ы)Доктор Джеймс М. Бауэр
изначальный выпуск1988
Стабильный выпуск
2.4[1] / Ноябрь 2014 г.; 6 лет назад (2014-11)[1]
Репозиторий
Отредактируйте это в Викиданных
Написано вC[2]
Операционная системаUnix-подобный, macOS, Windows (с помощью Cygwin )[2]
ТипСреда моделирования
ЛицензияGPL[3]
Интернет сайтгенезис-сим.org

ГЕНЕЗИС (The Общая система нейронного моделирования) представляет собой среду моделирования для построения реалистичных моделей нейробиологических систем на многих уровнях масштаба, включая: субклеточные процессы, отдельные нейроны, сети нейронов и нейронные системы. Эти симуляции представляют собой «компьютерные реализации моделей, основная цель которых - захватить то, что известно об анатомической структуре и физиологических характеристиках интересующей нервной системы».[4] GENESIS предназначен для количественной оценки физической структуры нервной системы таким образом, чтобы можно было легко понять физическую структуру рассматриваемых нервов. «В настоящее время только GENESIS позволяет распараллеливать моделирование отдельных нейронов и сетей на параллельных компьютерах с множеством инструкций и множеством данных».[5] Разработка программного обеспечения GENESIS распространилась из дома, в Калифорнийском технологическом институте, в лаборатории в Техасский университет в Сан-Антонио, то Университет Антверпена, то Национальный центр биологических наук в Бангалоре Колорадский университет, то Питтсбургский суперкомпьютерный центр, то Суперкомпьютерный центр Сан-Диего, и Университет Эмори.

Нейроны и нейронные системы

GENESIS работает путем создания симуляционных сред для построения моделей нейроны или же нейронные системы. "Нервные клетки способны общаться друг с другом в такой высоко структурированной манере, что формируют нейронные сети. Чтобы понять нейронные сети, необходимо понять способы, которыми один нейрон общается с другим через синаптические связи, и процесс, называемый синаптической передачей ».[6] Нейроны имеют особую структуру для выполнения своих функций, они «отличаются от большинства других клеток тела тем, что они поляризованы и имеют различные морфологические области, каждая из которых выполняет определенные функции».[6] Двумя важными областями нейрона являются дендрит и аксон. «Дендриты - это область, в которой один нейрон получает связи от других нейронов. Тело клетки или сома содержит ядро ​​и другие органеллы, необходимые для клеточной функции. Аксон является ключевым компонентом нервных клеток, по которому информация передается из одной части нейрон (например, тело клетки) к концевым областям нейрона ».[6] Третья важная часть нейрона - это синапс. «Синапс - это конечная область аксона, здесь один нейрон формирует связь с другим и передает информацию в процессе синаптической передачи».[6]

Нейронные сети например, модели, смоделированные с помощью программного обеспечения GENESIS, могут быстро стать очень сложными и трудными для понимания. «Всего несколько взаимосвязанных нейронов (микросхема) могут выполнять сложные задачи, такие как опосредовать рефлексы, обрабатывать сенсорную информацию, генерировать движения и управлять обучением и памятью. Еще более сложные сети, макросхемы, состоят из нескольких встроенных микросхем. Макросхемы опосредуют высшие функции мозга, такие как как распознавание и познание объекта ».[6] GENESIS пытается моделировать нейронные системы в том виде, в каком они встречаются в природе. Часто «нейрон может получать контакты до 10 000 пресинаптических нейронов, и, в свою очередь, любой нейрон может контактировать до 10 000 постсинаптических нейронов. Комбинаторная возможность может привести к чрезвычайно сложным нейронным цепям или сетевым топологиям, которые могут быть очень большими». трудно понять".[6]

История

GENESIS был разработан Dr. Джеймс М. Бауэр, в Калтех лаборатории, и впервые выпущен для общественности в 1988 году в связи с первым курсом методов вычислительной нейробиологии в Морская биологическая лаборатория в Вудс-Хоул, Массачусетс. Полный исходный код программного обеспечения был выпущен в том же году под открытое программное обеспечение модель для развития. Теперь он поддерживается Инициативой вычислительной биологии в Техасский университет в Сан-Антонио и доступен бесплатно вместе с руководствами по его использованию. P-GENESIS, параллельная версия GENESIS, впервые была запущена в 1990 году на Intel Delta, которая была прототипом для Intel Paragon семейство суперкомпьютеров с массовым параллелизмом.

Как работает GENESIS

GENESIS полезен при создании среды моделирования для построения моделей нейробиологических систем, таких как:

Система GENESIS сложна, но относительно проста в использовании.

Интерфейс

Человек может вводить команды одним из трех способов: файлы сценариев, графический интерфейс пользователя или командная оболочка GENESIS. Затем эти команды обрабатываются интерпретатором языка сценариев. «Интерпретатор языка сценариев обрабатывает команды, вводимые с клавиатуры, файлы сценариев или графический интерфейс пользователя, и передает их механизму моделирования GENESIS. Механизм моделирования также загружает скомпилированные библиотеки объектов, считывает и записывает файлы данных и взаимодействует с графическим интерфейсом. пользовательский интерфейс".[7] Ниже приводится графическое представление процесса ввода данных пользователем и пример вывода GENESIS.

Как работает GENESIS и графический вывод

Приложения

Большинство современных приложений GENESIS включают реалистичное моделирование биологических систем. Обычно он используется для моделирования поведения более крупных структур мозга, например кора головного мозга. Эти исследования чаще всего проводятся в лабораторных условиях в нейронное моделирование в Калтех и Морская биологическая лаборатория в Вудс-Хоул, Массачусетс.

GENESIS можно использовать в сочетании с Йельский университет Программное обеспечение под названием НЕЙРОН как средство сотрудничества ученых для построения физического описания нервной системы. Программное обеспечение GENESIS также можно использовать с Kinetikit для моделирования путей передачи сигналов.[8]

GENESIS использовался во многих исследованиях.[9] Некоторые из этих исследований включают исследования, направленные на разработку программного обеспечения, которое может быть полезно во многих дисциплинах. Другие исследования нейронов, такие как Клетки Пуркинье. Эти исследования использовали GENESIS для моделирования клеток Пуркинье и могут быть полезны для планирования и разработки более поздних экспериментов с использованием программного обеспечения GENESIS.

Также могут быть биомедицинские приложения программного обеспечения. Например, Сент-Джуд Медикал в Европе разработали имплантированное устройство GENESIS.[10]

Смотрите также

Публикации

  • Книга GENESIS: Изучение реалистичных нейронных моделей с помощью общей системы нейронной симуляции, Springer, (1998), ISBN  978-0-387-94938-3

Рекомендации

  1. ^ а б "Домашняя страница симулятора GENESIS 2". Проект GENESIS. Получено 26 декабря 2015.
  2. ^ а б «Платформы». Проект GENESIS. Получено 1 октября 2016.
  3. ^ "Лучшее распространение GENESIS 2.3 на компакт-диске". Проект GENESIS. Получено 26 декабря 2015.
  4. ^ (Бауэр, Биман и Хука. Программное обеспечение для моделирования GENESIS. 1998)
  5. ^ (Руководство для потребителя по программному обеспечению нейронного моделирования ТЕНДЕНЦИИ В НЕЙРОНАУКАХ 15: 462-464, 1992 Copyright © Elsevier Science Publishers Ltd, (Великобритания), 1992 E. De Schutter Division of Biology 216-76, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125 , СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ)
  6. ^ а б c d е ж (Введение в нейроны и нейронные сети Джон Х. Бирн, доктор философии, отделение нейробиологии и анатомии, Медицинская школа UT в Хьюстоне)
  7. ^ (Бауэр, Биман и Хука. Программа моделирования GENESIS. 1998.)
  8. ^ (Bhalla, США (2002). Использование Kinetikit и GENESIS для моделирования сигнальных путей. В: Методы в энзимологии, изд. Хильдебрандт, Дж. Д. и Айенгар, R. Academic Press, 345, 3–23.)
  9. ^ Публикации GENESIS
  10. ^ Видео: имплантированное устройство GENESIS

внешняя ссылка