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Autores: Duniel Delgado Castillo,I Rainer Martín Pérez,II Leonardo Hernández Pérez,IIIRubén Orozco Morález,IV Juan Lorenzo GinoriV I Centro de Estudios de Electrónica
y Tecnologías de la Información (CEETI), Universidad
Central de Las Villas (UCLV), Villa Clara, Cuba. E-mail:
duniel.delgado@etecsa.cu
RESUMEN Una caracterización morfológica precisa de las múltiples clases neuronales del cerebro facilitaría la elucidación de la función cerebral y los cambios funcionales que subyacen a los trastornos neurológicos tales como enfermedades de Parkinson o la Esquizofrenia. El análisis morfológico manual es muy lento y sufre de falta de exactitud porque algunas características de las células no se cuantifican fácilmente. Este artículo presenta una investigación en la clasificación automática de un conjunto de neuronas piramidales de monos jóvenes y adultos, las cuales degradan su estructura morfológica con el envejecimiento. Un conjunto de 21 características se utilizaron para describir su morfología con el fin de identificar las diferencias entre las neuronas. En este trabajo se evalúa el desempeño de cuatro métodos de aprendizaje automático populares en la clasificación de árboles neuronales. Los métodos de aprendizaje de máquinas utilizadas son: máquinas de vectores soporte (SVM), k-vecinos más cercanos (KNN), regresión logística multinomial (MLR) y la red neuronal de propagación hacia atrás (BPNN). Los resultados mostraron las ventajas de MLR y BPNN con respecto a los demás para estos fines. Estos algoritmos de clasificación automáticaofrecen ventajas sobre la clasificación manualbasada en expertos.Mientras que la neurociencia está pasando rápidamente a datos digitales, los principios detrás de los algoritmos de clasificación automática permanecen a menudo inaccesibles para los neurocientíficos, lo que limita las posibilidades de avances. Palabras Clave: neuronas, neuroinformática, aprendizaje automático, clasificadores. ABSTRACT Accurate morphological characterization of the multiple neuronal classes of the brain would facilitate the elucidation of brain function and the functional changes that underlie neurological disorders such as Parkinson's diseases or Schizophrenia. Manual morphological analysis is very time-consuming and suffers from a lack of accuracy because some cell characteristics are not readily quantified. This paper presents an investigation in the automatic classification of a data set of pyramidal neurons of young and adult monkeys, which degrade his morphologic structure with the aging. A set of 21 features were used to describe their morphology in order to identify differences between neurons. Thispaper evaluates the performance of four popular machine learning methods, in the classification of neural trees. The machine learning methods used are: support vector machines (SVMs), k-nearest neighbors (KNN), multinomial logistic regression (MLR) and back propagation neural network (BPNN). The results showed the advantages of MLR and BPNN with respect to others for this purposes. These automatic classification algorithms offer advantages over manual expert based classification. While neuroscience is rapidly transitioning to digital data, the principles behind automatic classification algorithms remain often inaccessible to neuroscientists, limiting the potential for breakthroughs. Key Words: neurons, neuroinformatics, machine learning, classifiers.
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