Открытые материалы: курс по вычислительной нейронауке04.01.2021 18:47

В осеннем семестре 2020 года команда лаборатории Нейробиологии и физиологии развития прочитала курс «Вычислительные Нейронауки» для студентов партнерских магистратур ВШЭ и ИТМО, а также для заинтересованных вольнослушателей. Курс проводится в рамках образовательных программ JetBrains c 2019 года. В этом году, в отличие от прошлого, формат обучения был, естественно, дистанционный –– лекции и семинары проводились в виде видеоконференций. В ходе курса студентам был предложен базовый материал для изучения и обсуждения в аудитории, материалы для самостоятельного, более глубокого погружения, интересные практические задания по моделированию нейронов и биологических нейронных сетей. 

Цель курса –– дать студентам представление о том, что и какими способами можно моделировать в нейробиологии и дать им возможность немного попрактиковаться в этом на нескольких относительно простых задачах. Пререквизитами для полноценного усвоения материала являются умение программировать и интерес к биологии, однако, если даже вы не умеете программировать, но интересуетесь вопросами, касающимися работы нервной системы и ее моделирования –– вам все равно будет интересно послушать эти лекции!

В первой части курса освещены ключевые темы из нейробиологии, которые слушателям необходимо в той или иной степени представлять для того, чтобы пытаться что-то моделировать: рассказывается о структуре и функционировании нервной системы на организменном, тканевом, клеточном и молекулярном уровнях, о биофизических явлениях, лежащих в основе процессов, происходящих при возникновении и передаче сигналов итд. Также рассматриваются модели тех самых биофизических явлений, а также модели генерации и проведения потенциала действия на уровне единичных и на уровне многих нейронов. Еще одна, несколько отдельно стоящая и чуть более приближенная к медицине глава в этой части курса –– это обработка данных электроэнцефалографии (ЭЭГ). Параллельно с лекциями первой части, студентам предлагаются практические задания –– реализация классической модели Ходжкина –– Хаксли, описывающей характеристики возбудимых клеток, работа с реальными данными ЭЭГ и создание модели химического синапса.

Во второй части курса мы рассказываем про то, как информация кодируется и декодируется в нервной системе, что такое пластичность и что ее обуславливает, чем спайкинговые нейронные сети отличаются от классических ИНС и как их можно использовать в биологических исследованиях, как осуществляется биохимическая регуляция работы нейронов и как происходит развитие нервной системы от оплодотворенного яйца до взрослого организма. В заключительной лекции мы говорим о том, как связаны между собой машинное обучение, искусственный интеллект и нейронауки, какие процессы и явления в биологии послужили вдохновением для развития новых подходов в области машинного обучения и как машинное обучение используется в исследованиях работы мозга.

Если вас заинтересовал наш курс или какие-то отдельные темы, которых мы коснулись –– приглашаем вас в следующем осеннем семестре: будет еще интереснее, поскольку мы постоянно расширяем и дорабатываем контент. Прослушать курс могут все желающие. Вы также можете посмотреть все лекции 2020 года в любое удобное для вас время –– видеоматериалы доступны на YouTube-канале JetBrains Research.