Аркадий Воловник - Знакомьтесь, информационные технологии
Назовем ассоциированными нейронами множество нейронов, имеющих двухстороннюю (диадную) информационную связь с данным нейроном. При этом исходный нейрон является «источником» управляющего сигнала, единого для всей ассоциации. На рис. П5 показана структура информационных связей нейронов. Цифрами обозначены:
Рис. П5. Образование тракта передачи информации в нейронной сети1. Нейрон.
2. Синаптический переход, не используемый в данном «сеансе связи».
3. Ассоциированные нейроны.
4. Нейрон – следующее «звено» цепочки ассоциаций.
В связанных между собой нейронах можно выделить два вида информационных связей: прямые , обеспечивающие возбуждение и торможение ассоциированных нейронов при изменении состояния данного нейрона, а также обратные связи , сообщающие данному нейрону реакцию его ассоциированных нейронов на попытку их активации.
Возбуждение (активация) нейронов предположительно проходит в две фазы. Первая фаза (первичная активация всех ассоциированных нейронов) начинается с появления сигнала в аксоне данной клетки. Реакция на первую фазу возбуждения – обратная связь от всех ассоциированных нейронов. После чего в данном нейроне проводится анализ информации, пришедшей в виде сигналов по обратным связям от всех ассоциированных нейронов, находящихся в первой фазе возбуждения.
Вторая фаза активации заключается в переходе нейрона в устойчивое возбужденное состояние. Эта фаза возможна только после первой фазы. Однако не все нейроны переходят из первой фазы активации во вторую.
Формирование магистрали (тракта) передачи информации из ВП в запоминающую среду начинается одновременно с синтезом БКХИ. Магистраль представляет собой неразрывную цепочку связанных между собой нейронов. Формирование реализуется следующим образом: на последнем звене цепочки происходит активация ассоциированных нейронов, в которые из данного нейрона поступает заданный (установочный) признак. Те из нейронов, в которых записаны теги, совпадающие с заданным признаком, остаются активированными, т. е. переходят во вторую фазу активации, и цепочка «увеличивается» еще на одно звено: происходит ассоциативное движение к приемнику информации. По-видимому, теги могут изменяться под действием сознания. При этом возможны новые ассоциации, новые пути движения информации и, следовательно, новые нетрадиционные суждения.
Как происходит запоминание образа? После прохождения информации через орган чувств она попадает во входную память (ВП), и ее форма преобразуется. Одновременно в ВП из нейронной сети поступают теги. Так, при встрече с новым лицом его образу присваиваются определенные признаки человека, коллеги и т. д. Пройдя по всей цепочке ассоциаций, «управляющий» сигнал «определяет», что человек неизвестен, т. е. не будет получен сигнал ни от одного из нейронов о наличии данного образа в ДП. Если необходимо, происходит запоминание этого образа в одном из «свободных» нейронов (популяции нейронов) вслед за «последним» звеном цепочки ассоциаций. Аналогично происходит запоминание информации и от других органов чувств. При фиксации очередного образа объем запоминающей среды нейронной сети увеличивается еще на один нейрон (популяцию нейронов).
В предлагаемой модели процесс распознавания образа начинается с поступления информации в ВП, синтеза БКХИ и формирования тракта передачи информации. При достижении оконечных нейронов цепочки происходит сравнение поступивших данных с информацией, уже имеющейся в этой части запоминающей среды. Далее сравниваются непосредственно образы объектов, записанных на БХИ, ибо в процессе построения тракта передачи информации ведется селекция нейронов по тегам, которые вблизи окончания цепочки ассоциированных нейронов становится одинаковыми (например, остались только мужчины, коллеги и т. д.). Поэтому для вывода о том, знаком ли данный объект, необходимо сравнивать непосредственно данные, описывающие образ. Анализ (сравнение) данных проводится сразу же во всех оконечных нейронах. В случае совпадения поступающей из ВП информации с данными, содержащимися в нейроне, этот нейрон генерирует бинарный сигнал. Тем самым реализуется отождествление образа, созданного органом чувств, с информацией, хранимой в нейронной сети.
Процесс узнавания требует больших затрат энергии, чем процесс запоминания, ибо происходит активная работа значительно большего числа нейронов: магистрали и множество нейронов оконечных каскадов, количество которых определяется числом ассоциированных нейронов нескольких оконечных каскадов.
Можно объяснить и забывание информации. При неразрушенном БХИ (при отсутствии нарушений элементов ЦНС, необходимых для хранения или считывания информации) в запоминающей среде сохраняется информация. Для использования этой информации необходимо совместное выполнение двух условий:
• наличие и работоспособное состояние элементов хранения и считывания информации (неразрушение и вращение БХИ, наличие и колебание В И К);
• работоспособность тракта передачи информации (наличие глиальных клеток вокруг каждого из нейронов цепочки ассоциаций).
В нормальных условиях тракт передачи информации может и не создаться даже при активации цепочки ассоциированных нейронов, что объясняется подвижностью глии.
Если возле нейрона количество глиальных клеток будет достаточным для поддержания жизнеобеспечения нейрона и недостаточным для организации тракта (слишком большие разрывы между глиальными клетками блокируют передачу ультразвуковых сигналов), то затребованная информация не будет поступать в «приемник»: вспомнить (воспроизвести) требуемую информацию человек не сможет. Можно предположить, что глиальные клетки или какая-то их часть мигрируют к активированным нейронам, на поверхности которых имеется измененный по сравнению с состоянием покоя электрический потенциал. Те же из нейронов, которые достаточно давно не активировались, будут окружены малым числом эмигрировавших глиальных клеток. При попытке воспользоваться информацией, записанной в запоминающей среде, будет возбуждена вся цепочка, в том числе нейрон с необходимыми данными, но отсутствие тракта, состоящего из упорядоченных БТИ, не позволит передать информацию.
Известно, что длительные (измеряемые минутами и более) усилия при попытке вспомнить необходимые данные зачастую приводят к успеху. Объяснения могут заключаться в том, что человек сознательно поддерживает все это время нейроны, входящие в цепочку ассоциаций, в возбужденном состоянии, тем самым обеспечивая перемещение глиальных клеток к ним и заполнение лакун в тракте передачи информации. Возможно, воздействие гипноза (экстрасенсов) на головной мозг приводит к увеличению подвижности глии или повышению потенциала активированных нейронов, в результате уменьшается время создания тракта передачи информации.С алгоритмами и без…
У животных нет потребности в вычислениях и алгоритмах, ибо основные виды обработки информации у них заключаются в узнавании объектов, селекции наиболее привлекательных и опасных. Иными словами, это различные формы распознавания образа. Рассмотренный ранее механизм ассоциативного поиска информации, зафиксированной в памяти, позволяет распознавать образцы без реализации алгоритма.
Необходимость вычислений (последовательной обработки абстрактной информации, например чисел) появилась у человека относительно недавно, с развитием технической цивилизации, т. е. не более 10 тысяч лет назад. Поэтому алгоритмическая форма обработки информации является искусственной и требует специальных методов работы, которые осваиваются человеком в процессе обучения.
Под обучением будем понимать двуединый процесс запоминания образов (элементов) и характеризующих их признаков (тегов) или правил работы с этими элементами. Для анализа выполнения алгоритмических работ вновь рассмотрим организацию памяти в ЦНС человека. Запоминающая среда нейронной сети человека может быть представлена в виде совокупности локальных памятей, между которыми существуют информационные связи (такая организация напоминает вычислительную сеть, внутри которой возможна передача информации между запоминающими устройствами различных ЭВМ).
Рассмотренная ранее долговременная память является центральным звеном запоминающей среды. В ней накапливаются и хранятся на протяжении всей жизни знания человека. Набор кратковременных памятей, связывающих ДП с внешним миром и служащих вспомогательным целям, является источником и приемником информации для ДП. Можно считать, что имеется также связанная с мотонейронами выходная память (ВХ), обеспечивающая осознанное сокращение мышц для выполнения результирующих действий (например, произношение слов, написание знаков и т. д.). Назовем эту память рабочей (РП). Кроме того, в запоминающей среде есть зона памяти, служащая для хранения промежуточной информации. Будем называть ее оперативной памятью (ОП). На рис. П6 схематично показаны взаимосвязи различных памятей нейронной сети. На рисунке цифрами обозначены:
