Биофизика вычислений

Исследования нейронных сетей часто основываются на представлении о том, что нейроны являются простыми линейными пороговыми элементами, полностью игнорируя высокодинамичную и сложную природу синапсов, дендритов и потенциалзависимых ионных токов. Книга «Биофизика вычислений: обработка информации в отдельных нейронах» оспаривает это представление, используя детальные экспериментальные и теоретические данные клеточной биофизики для объяснения набора вычислительных функций, доступных отдельным нейронам. Автор показывает, как отдельные нервные клетки могут перемножать, интегрировать или задерживать синаптические входы и как информация может кодироваться напряжением на мембране, внутриклеточной концентрацией кальция или временной структурой отдельных спайков. Среди основных рассматриваемых тем — линейное кабельное уравнение; кабельная теория и её применение к пассивным дендритным деревьям и дендритным шипикам; химические и электрические синапсы и подходы к их описанию с вычислительной точки зрения; нелинейные взаимодействия синаптических входов в пассивных и активных дендритных деревьях; модель Ходжкина—Хаксли генерации и распространения потенциала действия; анализ фазового пространства; связь стохастических ионных каналов с мембранозависимыми токами; кальциевые и калиевые токи и их роль в обработке информации; роль диффузии, буферизации и связывания кальция, а также других систем-посредников в обработке и хранении информации; краткосрочные и долгосрочные модели синаптической пластичности; упрощённые модели отдельных клеток; стохастические аспекты нейронной активности; природа нейронного кода; и нетрадиционные модели внутриклеточных вычислений. Книга «Биофизика вычислений: обработка информации в отдельных нейронах» представляет собой идеальное учебное пособие для углублённых курсов бакалавриата и магистратуры по клеточной биофизике, вычислительной нейронауке и нейронным сетям и будет интересна студентам и специалистам в области нейронауки, электротехники, вычислительной техники и физики.