Cтраница 2
Таким образом, мы косвенно уже показали, что теория обучаемости имеет то преимущество, что обучение может быть исследовано нейрохимическими методами [13]: суть в том, что память - это свойство нервных клеток, зависящее от пластичности сети нейронов. Эта гипотеза пластичности была выдвинута итальянскими учеными Танци и Лугаро в конце XIX в. Гипотеза пластичности подразумевает химические изменения, которые могут приводить к морфологическим отличиям: выросты нейритов и образование синапсов, тогда как динамическая гипотеза предусматривает электрические изменения. След, оставляемый запасенной информацией, так называемый энграм, должен иметь или химическую, или электрическую природу. [16]
Возможной альтернативой клетки-бабушки может быть постоянный набор нейронов - скажем, несколько дюжин - на узком конце воронки, любой из них реагирует на появление бабушки в поле зрения Подобно этому, для каждого отдельного предмета существовала бы специфическая сеть нейронов и некая воронка, сводящая сложные впечатления к этой сети Существуют более сложные альтернативы, основанные на той же идее, они включают сеть нейронов, которая может отвечать на стимул по-разному, вместо одного строго определенного способа. [17]
Как уже было сказано, в эволюции животных организмов, обладающих нервной системой, прежде всего начинает формироваться механизм, способный осуществлять координированные рефлекторные ответы на раздражения. Другими словами, элементарная сеть нейронов ( см. рис. 1) прежде всего предстает перед нами как координационный механизм. [18]
Синхронизация является механизмом, который поддерживает такие жизненно важные ритмы, как дыхание. Koshiya and Smith [1999] показали, что этот ритм генерируется сетью синаптически связанных пейсмекерных нейронов в нижней части ствола мозга. Если связь была нарушена фармакологической блокадой синаптического проведения, то нейроны продолжали генерировать ритмически, но не синхронно. [19]
Чрезвычайно любопытны вопросы, касающиеся химической основы памяти. Если процесс мышления осуществляется путем прохождения каких-то систем электрических волн через сеть нейронов в коре мозга, то где и в какой форме накапливаются следы этого процесса, или эн-граммы памяти. Как показали эксперименты, существуют кратковременная память с относительно малой способностью к накоплению и долговременная память. Накопленная информация может переходить из кратковременной формы запоминания в более длительную. Считается, что кратковременная форма памяти представлена реверберирующи-ми контурами, возникающими в коре больших полушарий и быстро исчезающими. Кратковременная память может полностью исчезнуть, например, после удара по голове. [20]
Параллельно с прогрессом в нейроанатомии и нейрофизиологии психологами были созданы модели человеческого обучения. Дополненный сегодня множеством других методов он продемонстрировал ученым того времени, как сеть нейронов может обучаться. [21]
Ответ на все эти вопросы, безусловно, можно получить, анализируя работу мозга. Этот ответ заключается в том, что мозг - наша машина для восприятия реального мира - представляет собой сеть нейронов, принимающих всего два состояния. Наверняка можно было бы показать, что операции такой машины неизбежно приводят к дихотоми-зации результата. Если это так, то возникает еще одна проблема дихотомии, которую необходимо разрешить - скрытая от нас, величайшая, фундаментальная тайна, раскрывающаяся на недоступном нам метаязыке. [22]
Человеческий мозг содержит свыше тысячи миллиардов вычислительных элементов, называемых нейронами. Превышая по количеству число звезд в Млечном Пути галактики, эти нейроны связаны сотнями триллионов нервных нитей, называемых синапсами. Эта сеть нейронов отвечает за все явления, которые мы называем мыслями, эмоциями, познанием, а также и за совершение мириадов сенсомоторных и автономных функций. Пока мало понятно, каким образом все это происходит, но уже исследовано много вопросов физиологической структуры и определенные функциональные области постепенно изучаются исследователями. [23]
По мере того, как рассказ продолжается, вы дополняете ваш мысленный образ дороги: там есть глубокий кювет, куда машина могла упасть. Без сомнения, верно и то и другое. Дело в том, что сеть нейронов, составляющих символ дорога, может быть активирован разными путями, и вы выбираете, какая из его подсистем будет активирована в данный момент. Одновременно с этим, вы активируете символ кювет, что, в свою очередь, влияет на способ активации символа дорога, поскольку нейроны этих двух символов могут обмениваться сигналами друг с другом. Это может показаться немного запутанным, поскольку я смешиваю здесь два уровня описания, пытаясь представить одновременно как символы, так и составляющие их нейроны. [24]
В эволюционном аспекте мы рассматриваем возникновение и развитие анализаторов как дальнейшее усложнение и качественное преобразование основных черт нейронной организации, которые в более элементарной форме присущи уже координационному механизму. Анализаторы строятся из тех же основных типов нейронов - эфферентных и специальных переключательных ( вставочных, или промежуточных), - что и координационный механизм. Усложнение общей схемы нейронных переключений в анализаторах по сравнению с координационным механизмом может рассматриваться как умножение параллельно и последовательно сочлененных элементарных единиц координационного механизма; каждый такой элементарный фрагмент сети нейронов образован определенной комбинацией взаимосвязей между афферентными волокнами, эфферентными и специальными переключательными нейронами. [25]
Нейроны взаимодействуют короткими сериями импульсов продолжительностью, как правило, несколько миллисекунд. Сообщение передается посредством частотно-импульсной модуляции. Частота может изменяться от нескольких единиц до сотен герц, что в миллион раз медленнее, чем быстродействующие переключательные электронные схемы. Тем не менее сложные задачи распознавания человек решает за несколько сотен миллисекунд. Эти решения контролируются сетью нейронов, которые имеют скорость выполнения операций всего несколько миллисекунд. Это означает, что вычисления требуют не более 100 последовательных стадий. Другими словами, для таких сложных задач мозг запускает параллельные программы, содержащие около 100 шагов. Отсюда следует, что основная информация не передается непосредственно, а захватывается и распределяется в связях между нейронами. [26]
До сих пор неизвестно, каким кодом пользуется нервная система для передачи взаимодействия. Может быть, он является бинарным, и значение имеют указанные состояния нейронов. Возможно, важна частота электрической активности нейронов, кодирующая интенсивность сигнала. Например, у нейронов коры эта частота может быть пропорциональна вероятности некоторого события. Однако при любом предположении модель сети взаимодействующих нейронов оказывается исключительно богатой и обладающей свойствами, которые можно сопоставить с реальными возможностями мозга. [27]
Однако, чтобы объяснить удивительную емкость человеческой памяти, этого еще недостаточно. Память, зафиксированная в голограмме, но способна осуществить эту операцию. Необходимая пластичность может быть достигнута с помощью оптических средств: например, хрусталик может выполнять исследовательскую функцию, сопоставляя размеры воспринимаемого образа и образа, сохраненного в памяти. По-видимому, естественно предположить, что нейронная сеть обладает такой пластичностью. Она может реализовываться благодаря изменяющим свою протяженность полям, аналогичным тем, которые используются в электронной оптике, и электрическим или химическим путем вызывать различные изменения в скорости проведения сигнала через сеть нейронов. Это могло бы повлечь за собой изменение фокального расстояния, или вращение образа, или не-больтие его искажения для достижения ясного, четкого распознавания сигнала в плоскости проекции. [28]