view in publisher's site

Physiological constraints of visual pathway lead to more efficient coding of information in retina

Highlights•Developing a realistic neural encoding model up to Retina Ganglion Cells (RGCs).•Correlation of RGCs is effective in redundancy reduction of visual channel.•Considering spatial locality of the photoreceptor’s PF in visual neural encoding.•Reducing redundancy, while maintaining the physiology of visual pathway.•Our approach is in accordance with center surround template in receptive field.AbstractNowadays, numerous studies have investigated the modeling of efficient neural encoding processes in the retina of the eye to encode the sensory data. Retina, as the innermost coat of the eye, is the first and the most important area of the visual neural system of mammalians, which is responsible for neural processes. Retina encodes the information of light intensity into a sequence of spikes, and sends them to retinal ganglion cells (RGCs) for further processing. An appropriate retinal encoding model should be adapted to the real retina as much as possible by considering the physiological constraints of the visual pathway to transfer most of the information of the input signal to the brain without too much redundancy of the channel. In this paper, inspired from the existing linear models of retinal encoding process, which have employed input noise and the spatial locality of the RGCs receptive fields (RFs) in the calculation of the encoding matrix, two extra physiological constraints, adapted from the real retina are taken into account so as to achieve a more realistic model for the mammalian retina. These new constraints that are the correlation between RGCs and the spatial locality of the photoreceptors’ projective fields (PFs), are modeled in a mathematical form and analyzed in detail. To quantify fidelity of the proposed encoding matrix and prove its superiority over existing models, various parameters of the models are calculated and presented in this paper: mean square error between the original and reconstructed image (MSE), the redundancy of the channel, the amount of information transferred through the channel, and the amount of wasted capacity for carrying input noise, to name a few. The results of these calculations show that the proposed model transfers input information with less redundancy of the channel. In other words, it reduces a portion of channel capacity which is wasted for carrying the input noise in comparison to the existing models. Also, due to considering extra physiological constraints in the proposed model, it is acceptable to have a slightly higher amount of MSE value in order to become similar to the real retina.

محدودیت‌های فیزیولوژیکی مسیر بصری منجر به کدگذاری کارآمدتر اطلاعات در شبکیه چشم می‌شود.

کاره‌ای برجسته * ایجاد یک مدل کدگذاری عصبی واقع گرایانه تا سلول‌های رتینا گانگولیون (SG [ C ]). ارتباط گلبول‌های قرمز قرمز در کاهش افزونگی کانال بصری موثر است. با در نظر گرفتن موقعیت مکانی PF گیرنده نوری در کدگذاری عصبی بصری. کاهش افزونگی در حالی که فیزیولوژی مسیر بصری را حفظ می‌کند. امروزه، مطالعات زیادی مدلسازی فرآیندهای کدگذاری عصبی کارآمد را در شبکیه چشم بررسی کرده‌اند تا داده‌های حسی را کد کنند. رتین به عنوان درونی‌ترین لایه چشم، اولین و مهم‌ترین ناحیه سیستم عصبی بینایی پستانداران است که مسئول فرآیندهای عصبی است. رتین اطلاعات شدت نور را به یک توالی از اسپایک ها کدگذاری می‌کند و آن‌ها را برای پردازش بیشتر به سلول‌های گانگلیونی شبکیه ارسال می‌کند. یک مدل کدگذاری شبکیه‌ای مناسب باید تا حد امکان با در نظر گرفتن محدودیت‌های فیزیولوژیکی مسیر دیداری برای انتقال بیشتر اطلاعات سیگنال ورودی به مغز بدون فراوانی کانال، با شبکیه واقعی تطبیق داده شود. در این مقاله، با الهام از مدل‌های خطی موجود فرآیند کدگذاری شبکیه‌ای، که نویز ورودی و محل فضایی میدان های دریافتی آر جی سی (RFs)را در محاسبه ماتریس کدگذاری، دو محدودیت فیزیولوژیکی اضافی که از شبکیه واقعی اقتباس شده‌اند، برای دستیابی به یک مدل واقعی‌تر برای شبکیه پستانداران در نظر گرفته شده‌اند. این محدودیت‌های جدید که همبستگی بین مالیات‌های اصلاح‌شده و محل فضایی میدان های تصویری گیرنده‌های نوری (PF)هستند، به شکل ریاضی مدل‌سازی شده و به طور مفصل تحلیل شده‌اند. برای کمی کردن وفاداری ماتریس کدگذاری پیشنهادی و اثبات برتری آن بر مدل‌های موجود، پارامترهای مختلف مدل‌ها در این مقاله محاسبه و ارایه می‌شوند: خطای میانگین مربعات بین تصویر اصلی و بازسازی‌شده (MSE)، افزونگی کانال، مقدار اطلاعات منتقل‌شده از طریق کانال، و مقدار ظرفیت اتلاف شده برای حمل نویز ورودی، تا تعداد کمی. نتایج این محاسبات نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی اطلاعات ورودی را با افزونگی کم‌تر کانال انتقال می‌دهد. به عبارت دیگر، بخشی از ظرفیت کانال را کاهش می‌دهد که برای حمل نویز ورودی در مقایسه با مدل‌های موجود هدر می‌رود. همچنین، به دلیل در نظر گرفتن محدودیت‌های فیزیولوژیکی اضافی در مدل پیشنهادی، داشتن مقدار کمی بالاتر از مقدار MSE به منظور شبیه شدن به شبکیه واقعی قابل‌قبول است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Applied Mathematics
  • ترجمه مقاله Applied Mathematics
  • مقاله ریاضیات کاربردی
  • ترجمه مقاله ریاضیات کاربردی
  • مقاله General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology
  • ترجمه مقاله General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology
  • مقاله بیوشیمی، ژنتیک و زیست‌شناسی مولکولی عمومی
  • ترجمه مقاله بیوشیمی، ژنتیک و زیست‌شناسی مولکولی عمومی
  • مقاله Modelling and Simulation
  • ترجمه مقاله Modelling and Simulation
  • مقاله مدل‌سازی و شبیه‌سازی
  • ترجمه مقاله مدل‌سازی و شبیه‌سازی
  • مقاله General Immunology and Microbiology
  • ترجمه مقاله General Immunology and Microbiology
  • مقاله ایمنی‌شناسی و میکروبیولوژی عمومی
  • ترجمه مقاله ایمنی‌شناسی و میکروبیولوژی عمومی
  • مقاله General Medicine
  • ترجمه مقاله General Medicine
  • مقاله طب عمومی
  • ترجمه مقاله طب عمومی
  • مقاله General Agricultural and Biological Sciences
  • ترجمه مقاله General Agricultural and Biological Sciences
  • مقاله علوم کشاورزی و زیستی عمومی
  • ترجمه مقاله علوم کشاورزی و زیستی عمومی
  • مقاله Statistics and Probability
  • ترجمه مقاله Statistics and Probability
  • مقاله آمار و احتمال
  • ترجمه مقاله آمار و احتمال
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.