Мозъкът е най-сложен организиран органчовек. В крайна сметка той е отговорен за работата на всички органи, както и много сложни процеси, като памет, мислене, чувства, реч. Освен това човешкият мозък е отговорен и за съзнанието. Нека да разберем как работи мозъкът.
Мозъкът е централният орган на нервната система. Той се намира в черепа, което го предпазва от увреждане и излагане на температура. При възрастен човек мозъкът тежи средно 1,4 кг, а на външен вид прилича на голям орех. Мозъкът се състои от сиво и бяло вещество, които се състоят от нервни клеткиИ нервни влакна. Невроните изпращат и получават електрически сигнали до всички органи на тялото чрез мрежа от нервни окончания. Главния и гръбначния мозък, както и нервни окончанияв цялото тяло съставляват човешката нервна система.
Анатомично мозъкът се състои от три основни части - мозъчен ствол, полукълба и малък мозък. Освен това в мозъка има жлези вътрешна секреция, като таламуса и хипоталамуса. Нека да разгледаме функциите и структурата на всяка част, за да разберем по-добре как работи човешкият мозък.
Полукълба на мозъка
Полукълбата на мозъка са най-голямата му част. Те съставляват приблизително 90% от общия обем. Полукълбата разделят мозъка на две приблизително равни части, свързани с плътен мост - corpus callosum. Структурата на полукълбата се състои от сиво и бяло вещество. Сивото вещество изгражда повърхността на мозъка и се състои от сложни нервни клетки, които генерират електрически импулси. А бели кахъри, който се намира вътре в полукълбата, се състои от нервни влакна. Те предават сигнали в цялото тяло.
Сложната структура на мозъчните полукълба им позволява да отговарят за много функции на човешкото тяло, повечето от които са свързани с висшите умствена дейност, например памет, мислене и др. Физиологично това представлява ясно разделение на зони, които не се забелязват отвън. Всяка зона отговаря за определени човешки функции. Можете да научите повече за какво са отговорни полукълбата в една от нашите статии - "".
Малък мозък
Малкият мозък се намира в задната част на мозъка, точно под задната част на главата. Малкият мозък получава двигателни сигнали от полукълбата, след което ги сортира, конкретизира и изпраща сигнали до определени мускули или сухожилия. Малкият мозък е отговорен за движенията както на отделните мускули, така и за цялостната плавност и координация на човешките движения.
Мозъчен ствол
Мозъчният ствол е в основата и свързва мозъка с гръбначния мозък. Мозъчният ствол е отговорен за жизненоважни автоматични процеси като сърдечен ритъм, храносмилане, телесна температура, дишане и др.
Хипоталамус и таламус
Хипоталамусът е жлеза с вътрешна секреция, която е отговорна за много сложни функциии човешки прояви. Например, той контролира глада, съня, жаждата и мощни емоции– гняв, радост, страх. Хипоталамусът се намира в горната част на мозъчния ствол.
Таламусът от своя страна е координатор на всички човешки жлези. Не по-голям от грахово зърно, таламусът регулира освобождаването на всички хормони в тялото.
Как работи мозъкът: вътрешен процес
На пръв поглед работата на мозъка изглежда изключително проста. Нервни импулси, влизат в едно полукълбо, където се четат и обработват. След това те се изпращат до желаната част от тялото. Между другото, сигналите, идващи от правилната странателата се изпращат в лявото полукълбо.
Като цяло можем да кажем, че мозъкът е органът, който контролира всички процеси в тялото. С помощта на невронна мрежа той насочва тялото като диригент, показвайки какво и кой орган трябва да направи.
Човешката невронна мрежа се състои от нервни клетки - неврони. В структурата си те имат няколко входа - дендрити и един изход - аксон. Можем да кажем, че невронът получава много сигнали, сумира ги и произвежда един общ изходен сигнал, който се предава по-нататък. Човешките неврони имат способността да се „учат“ – в течение на живота те могат да променят своя прагов обем на сигналите. Когато невроните увеличават сумата от сигнали, човек се учи, а когато сумата от сигнали намалява, човек забравя или губи умение.
Сега знаете как работи мозъкът. Смята се, че мозъкът е многократно по-мощен от всеки компютър, създаван някога. В човешкия мозък има около 100 милиарда нервни клетки, които постоянно умират и се появяват, а също така са склонни да се развиват.
За да може мозъкът да се развива постоянно, той трябва да работи. Практически съветиза това можете да намерите в една от нашите статии - "
Всяка концепция се разкрива чрез редица принципи (от лат. principium - основа), включително концепцията за връзката между мозъка и психиката. В произведенията на A.R. Лурия, Е.Д. Чомски, О.С. Адрианова, Л.С. Цветкова, Н.П. Бехтерева и др. обобщават основните принципи на структурата и функционирането на мозъка. Благодарение на тези изследователи е възможно да се идентифицира как в мозъчната организация основни принципиструктура и функциониране, характерни за всички макросистеми и динамично променящи се индивидуални характеристикитези системи.
А.Р. Лурия подчертава следните принципиеволюция и структура на мозъка като орган на психиката:
- - принципът на еволюционното развитие, който се състои в това, че на различни етапи от еволюцията връзката на организма с околната среда и неговото поведение се регулират от различни апарати на нервната система и следователно човешкият мозък е продукт на дълги еволюционно развитие;
- - принципът на запазване на древните структури, който предполага, че предишните мозъчни апарати са запазени, отстъпвайки водещо мястонови образувания и придобиване нова роля. Те все повече се превръщат в апарати, които осигуряват фона на поведението;
- - принципът на вертикалната структура на функционалните системи на мозъка, което означава, че всяка форма на поведение се осигурява от съвместна работа различни ниванервен апарат, свързан помежду си както с възходящи, така и с низходящи връзки, превръщайки мозъка в саморегулираща се система;
- - принцип на йерархично взаимодействие различни системимозъка, според който възбуждането, възникващо в периферните сетивни органи, първо идва в първичните (проекционни) зони, след това се разпространява във вторичните зони на кората, които играят интегрираща роля, комбинирайки соматотопни проекции на възбуждания, възникващи в периферията, в сложни функционални системи. Този принцип по същество осигурява интегративната дейност на мозъка;
- - принципът на соматотопната организация на първичните зони на мозъчната кора, според който всяка част от тялото съответства на строго определени точки на кората мозъчни полукълба(точка до точка).
- - принципът на функционалната организация на кората, отразяващ връзката между ролята на функцията и нейната проекция в кората на главния мозък: какво по-висока стойностима едно или друго функционална система, толкова по-голяма е площта, заета от неговата проекция в първичните части на мозъчната кора. Илюстрация на този принцип са известните схеми на Пенфийлд; мозъчна психика невроанатомични
- - принципът на прогресивната кортиколизация, чиято същност е, че колкото по-високо стои едно животно на еволюционната стълба, толкова повече поведението му се регулира от кората и толкова повече се увеличава диференцираният характер на тези регулации.
Освен това А.Р. Лурия посочи, че формирането на човешката умствена дейност протича от прости към по-сложни, непреки форми.
ОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Адрианов, допълвайки и развивайки науката за мозъка, формулира два принципа:
- - принципът на многостепенно взаимодействие на вертикално организирани пътища на възбуждане, което предоставя възможности за различни видовеобработка на аферентни сигнали;
- - принципът на йерархично подчинение на различни мозъчни системи, поради което броят на степените на свобода на всяка система се намалява и става възможно да се контролира едно ниво на йерархията от друго.
Е.Д. Чомски, на базата на модерни идеиотносно основните принципи на организацията на мозъка като субстрат на психиката, обосновава два основни принципа на теорията за локализация на висшите психични функции:
- - принципът на системна локализация на функциите (всяка умствена функцияразчита на сложни взаимосвързани структурни и функционални системи на мозъка);
- - принципът на динамична локализация на функциите (всяка психична функция има динамична, променлива мозъчна организация, различна по различни хораи в различни възраститехните животи).
Основните принципи на структурно-функционалната организация на мозъка, изложени по-горе, са формулирани въз основа на анализ на невроанатомични данни.
Най-голямата мистерия за учените не е необятността на космоса или формирането на Земята, а човешкият мозък. Неговите възможности надминават тези на всеки съвременен компютър. Мислене, прогнозиране и планиране, емоции и чувства и накрая съзнание - всички тези процеси, присъщи на хората, по един или друг начин се извършват в малко пространство на черепа. работа човешки мозъки неговото изследване са свързани много по-силно от всички други обекти и методи на изследване. IN в такъв случайте са почти еднакви. Човешкият мозък се изучава с помощта на човешкия мозък. Способността за разбиране на процесите, протичащи в главата, всъщност зависи от способността на „мислещата машина“ да познава себе си.
Структура
Днес се знае доста за структурата на мозъка. Състои се от две полукълба, наподобяващи половини орех, покрити с тънка сива черупка. Това е кората на главния мозък. Всяка от половините е условно разделена на няколко дяла. Най-древните части на мозъка в еволюционно отношение, лимбичната система и мозъчният ствол, се намират под corpus callosum, което свързва двете полукълба.
Човешкият мозък е изграден от няколко вида клетки. Повечето отот тях са глиални клетки. Те изпълняват функцията да свързват други елементи в едно цяло, а също така участват в усилването и синхронизирането на електрическата активност. Около една десета от мозъчните клетки са неврони различни форми. Те предават и получават електрически импулси, използвайки процеси: дълги аксони, които предават информация от тялото на неврона по-нататък, и къси дендрити, които получават сигнали от други клетки. Свързващите се аксони и дендрити образуват синапси, места, където се предава информация. Дългият процес освобождава невротрансмитер в кухината на синапса, Химическо вещество, засягайки функционирането на клетката, той достига до дендрита и води до инхибиране или възбуждане на неврона. Сигналът се предава през всички свързани клетки. В резултат на това работата на голям брой неврони много бързо се възбужда или инхибира.
Някои характеристики на развитието
Човешкият мозък, както всеки друг орган на тялото, преминава през определени етапи от своето формиране. Детето се ражда, така да се каже, не в пълна бойна готовност: процесът на развитие на мозъка не свършва дотук. Най-активните му отдели през този период са разположени в древни структури, отговорни за рефлексите и инстинктите. Кортексът функционира по-слабо, тъй като се състои от голям брой незрели неврони. С възрастта човешкият мозък губи част от тези клетки, но придобива много силни и подредени връзки между останалите. „Допълнителните“ неврони, които не са намерили място в получените структури, умират. Колко работи човешкият мозък изглежда зависи от качеството на връзките, а не от броя на клетките.
Често срещан мит
Разбирането на особеностите на развитието на мозъка помага да се определи несъответствието между реалността на някои общи представи за работата на този орган. Има мнение, че човешкият мозък работи с 90-95 процента по-малко, отколкото може, тоест около една десета от него се използва, а останалата част мистериозно спи. Ако прочетете отново горното, става ясно, че невроните, които не се използват, не могат да съществуват дълго - те умират. Най-вероятно подобна грешка е резултат от идеи, съществували преди време, че работят само тези неврони, които предават импулс. За единица време обаче само няколко клетки са в такова състояние, свързани с действията, необходими на човек сега: движение, реч, мислене. След няколко минути или часове те се заменят с други, които преди това са били „безшумни“.
Така през определен период от време целият мозък участва в работата на тялото, първо с някои свои части, а след това с други. Едновременното активиране на всички неврони, което предполага 100% мозъчна функция, така желана от мнозина, може да доведе до един вид късо съединение: човек ще халюцинира, ще изпита болка и всичко останало възможни усещания, потръпнете с цялото си тяло.
Връзки
Оказва се, че не можем да кажем, че някоя част от мозъка не работи. Но способностите на човешкия мозък наистина не се използват напълно. Въпросът обаче не е в "спящите" неврони, а в количеството и качеството на връзките между клетките. Всяко повтарящо се действие, усещане или мисъл се фиксира на невронно ниво. Колкото повече повторения, толкова по-силна е връзката. Съответно по-пълното използване на мозъка включва изграждане на нови връзки. На това се гради обучението. Мозъкът на детето все още няма стабилни връзки, те се формират и укрепват в процеса на запознаване на детето със света. С възрастта става все по-трудно да се правят промени в съществуващата структура, така че децата учат по-лесно. Въпреки това, ако искате, можете да развиете способностите на човешкия мозък на всяка възраст.
Невероятно, но факт
Способността да създавате нови връзки и да се обучавате отново дава невероятни резултати. Има случаи, когато тя преодолява всички граници на възможното. Човешкият мозък е нелинейна структура. С пълна сигурност е невъзможно да се идентифицират зони, които изпълняват една специфична функция и не повече. Освен това, ако е необходимо, части от мозъка могат да поемат „отговорностите“ за увредените зони.
Това се случи с Хауърд Рокет, който беше обречен на живот в резултат на инсулт. инвалиден стол. Той не искаше да се откаже и с помощта на поредица от упражнения се опита да развие парализираните си ръка и крак. В резултат на ежедневната упорита работа, след 12 години той може не само да ходи нормално, но и да танцува. Мозъкът му много бавно и постепенно се пренастройва, така че незасегнатите части от него да могат да изпълняват функциите, необходими за нормално движение.
Паранормални способности
Пластичността на мозъка не е единствената характеристика, която изумява учените. Невролозите не пренебрегват такива явления като телепатия или ясновидство. В лаборатории се провеждат експерименти, за да се докаже или отхвърли възможността за такива способности. Изследванията на американски и английски учени дават интересни резултати, които предполагат, че тяхното съществуване не е мит. Невролозите обаче все още не са взели окончателно решение: за официалната наука все още има определени граници на възможното и човешкият мозък, както се смята, не може да ги премине.
Работете върху себе си
В детството, тъй като невроните, които не са намерили „място“, умират, способността да се помни всичко наведнъж изчезва. Така наречената ейдетична памет се среща доста често при децата, но при възрастните е изключително рядко явление. Човешкият мозък обаче е орган и като всяка друга част от тялото може да се тренира. Това означава, че можете да подобрите паметта си, да подобрите интелигентността си и да развиете творческо мислене. Важно е само да запомните, че развитието на човешкия мозък не е въпрос на един ден. Обучението трябва да е редовно, независимо от вашите цели.
необичайно
Нови връзки се формират в момента, в който човек прави нещо различно от обичайното. Най-простият пример: Има няколко начина да стигнем до работа, но по навик винаги избираме един и същи. Задачата е всеки ден да избирате нов път. Това елементарно действие ще даде плод: мозъкът ще бъде принуден не само да определи пътя, но и да регистрира нови визуални сигнали, идващи от непознати досега улици и къщи.
Такова обучение също включва използване на лявата ръка, когато дясната ръка е свикнала (и обратното, за левичарите). Писането, писането, държането на мишката е толкова неудобно, но, както показват експериментите, след месец на такова обучение креативно мисленеи фантазия.
Четене
За ползите от книгите са ни казвали още от детството. И това не са празни думи: четенето увеличава мозъчната активност, за разлика от гледането на телевизия. Книгите помагат за развитието на въображението. С тях се съчетават кръстословици, пъзели, логически игри и шах. Те стимулират мисленето и ни принуждават да използваме тези мозъчни способности, които обикновено не се търсят.
Физически упражнения
Колко работи човешкият мозък, на пълен капацитет или не, зависи и от натоварването на цялото тяло. Доказано е, че физическата тренировка чрез обогатяване на кръвта с кислород има положителен ефект върху мозъчната дейност. Освен това се подобрява удоволствието, което тялото получава от редовните упражнения общо състояниеи настроение.
Съществува голямо числоначини за увеличаване на мозъчната активност. Сред тях има както специално проектирани, така и изключително прости, към които ние, без да знаем, прибягваме всеки ден. Основното нещо е последователност и редовност. Ако правите всяко упражнение веднъж, няма да има съществен ефект. Усещането за дискомфорт, което възниква в началото, не е причина да се откажете, а сигнал, че това упражнение кара мозъка да работи.
Историята на компютърните науки като цяло се свежда до факта, че учените се опитват да разберат как работи човешкият мозък и да пресъздадат нещо подобно в неговите възможности. Как точно го изследват учените? Нека си представим, че през 21-ви век извънземни пристигат на Земята, без никога да са виждали компютрите, с които сме свикнали, и се опитват да проучат структурата на такъв компютър. Най-вероятно те ще започнат с измерване на напреженията на проводниците и ще установят, че данните се предават в двоична форма: точната стойност на напрежението не е важна, важно е само неговото присъствие или отсъствие. Тогава може би ще разберат, че всички електронни схеми са съставени от едни и същи „логически порти“, които имат вход и изход, и сигналът във веригата винаги се движи в една и съща посока. Ако извънземните са достатъчно умни, те ще могат да разберат как работят комбинационните схеми - те сами по себе си са достатъчни за изграждането на относително сложни изчислителни устройства. Може би извънземните ще разберат ролята на часовниковия сигнал и обратната връзка; но е малко вероятно те да могат, когато изучават модерен процесор, да разпознаят в него архитектура на фон Нойман с споделена памет, програмен брояч, набор от регистри и др. Факт е, че след четиридесет години преследване на производителността, в процесорите се появи цяла йерархия от „памети“ с гениални протоколи за синхронизация между тях; няколко паралелни конвейера, оборудвани с предиктори на разклонения, така че концепцията за „програмен брояч“ всъщност губи смисъла си; Всяка инструкция има собствено съдържание на регистър, свързано с нея и т.н. За реализиране на микропроцесор са достатъчни няколко хиляди транзистора; за да достигне производителността му нивото, на което сме свикнали, са необходими стотици милиони. Целта на този пример е да се отговори на въпроса „как работи компютърът?“ няма нужда да разбираме работата на стотици милиони транзистори: те само замъгляват простата идея, залегнала в основата на архитектурата на нашите компютри.
Моделиране на неврони
Човешката мозъчна кора се състои от около сто милиарда неврони. В исторически план учените, изучаващи функционирането на мозъка, са се опитвали да обхванат цялата тази колосална структура със своята теория. Структурата на мозъка е описана йерархично: кората се състои от лобове, лобовете са изградени от „хиперколони“, тези са изградени от „миниколони“... Една миниколона се състои от около сто индивидуални неврона.По аналогия със структурата на компютъра, по-голямата част от тези неврони са необходими за скорост и ефективност, за устойчивост на повреди и т.н.; но основните принципи на мозъка са също толкова невъзможни за откриване с микроскоп, точно както е невъзможно да се открие програмният брояч чрез изследване на микропроцесор под микроскоп. Следователно по-плодотворен подход е да се опитате да разберете мозъка на най-ниското ниво, на нивото на отделните неврони и техните колони; и след това, въз основа на техните свойства, се опитайте да отгатнете как би могъл да работи целият мозък. Нещо подобно, извънземните, след като са разбрали работата на логическите порти, биха могли в крайна сметка да изградят прост процесор от тях - и да се уверят, че той е еквивалентен по своите възможности на реалните процесори, въпреки че са много по-сложни и мощни.
На снимката точно по-горе, тялоневрона (вляво) - малко червено петно в долната част; всички останали - дендрити, „входовете“ на неврона и един аксон, "изход". Има многоцветни точки по протежение на дендритите синапси, чрез който невронът е свързан с аксоните на други неврони. Работата на невроните се описва много просто: когато на аксон възникне „скок“ на напрежение над прагово ниво (типичната продължителност на пика е 1 ms, ниво 100 mV), синапсът „пробива“ и скокът на напрежението преминава към дендрита . В този случай пренапрежението се „изглажда“: първо, напрежението нараства до около 1 mV за 5..20 ms, след което спада експоненциално; по този начин продължителността на импулса се удължава до ~50ms.
Ако няколко синапса на един неврон се активират с кратък интервал от време, тогава "изгладените изблици", възбудени в неврона от всеки от тях, се сумират. И накрая, ако достатъчно синапси са активни едновременно, тогава напрежението върху неврона се повишава над праговото ниво и неговият собствен аксон „пробива“ синапсите на невроните, свързани с него.
Колкото по-мощни са били първоначалните изблици, толкова по-бързо растат изгладените изблици и толкова по-кратко ще бъде забавянето до активирането на следващите неврони.
Освен това има „инхибиторни неврони“, чието активиране понижаваобщото напрежение на невроните, свързани с него. Такива инхибиторни неврони съставляват 15..25% от общия брой.
Всеки неврон има хиляди синапси; но във всеки даден момент не повече от една десета от всички синапси са активни. Време за реакция на неврона - единици ms; същият ред на забавяне за разпространение на сигнала по протежение на дендрита, т.е. тези забавяния оказват значително влияние върху работата на неврона. И накрая, чифт съседни неврони, като правило, е свързан не с един синапс, а с около дузина - всеки със собствено разстояние до телата на двата неврона и следователно със собствена продължителност на забавяне. На илюстрацията вдясно два неврона, показани в червено и синьо, са свързани с шест синапса.
Всеки синапс има собствено „съпротивление“, което намалява входящия сигнал (в примера по-горе - от 100mV до 1mV). Това съпротивление се регулира динамично: ако синапсът е активиран точно предиактивиране на аксона - тогава, очевидно, сигналът от този синапс корелира добре с общия изход, така че съпротивлението намалява и сигналът ще има по-голям принос към напрежението върху неврона. Ако синапсът е активиран веднага следактивиране на аксона - тогава, очевидно, сигналът от този синапс не е бил свързан с активирането на аксона, така че съпротивлението на синапса се увеличава. Ако два неврона са свързани чрез няколко синапса с различна продължителност на забавяне, тогава тази настройка на съпротивлението ви позволява да изберете оптималното забавяне или оптималната комбинация от забавяния: сигналът започва да пристига точно когато е най-полезен.
По този начин моделът на неврон, възприет от изследователите на невронни мрежи - с единична връзка между двойка неврони и с мигновено разпространение на сигнал от един неврон към друг - е много далеч от биологичната картина. Освен това традиционните невронни мрежи не работят времеотделни изблици, и тях честота: Колкото по-често пикове на невронните входове, толкова по-често ще пие изходът. Тези детайли от невронната структура, които са изхвърлени в традиционния модел - те са съществени или маловажни за описание на работата на мозъка? Невролозите са натрупали огромно количество наблюдения за структурата и поведението на невроните - но кои от тези наблюдения хвърлят светлина върху цялостната картина и кои са само „детайли за внедряване“ и - подобно на предиктора на разклоненията в процесора - не влияят нещо различно от оперативна ефективност? Джеймс вярва, че точно времевите характеристики на взаимодействието между невроните ни позволяват да се доближим до разбирането на проблема; че асинхронността е толкова важна за функционирането на мозъка, колкото синхронността е важна за функционирането на компютъра.
Друга „подробност на изпълнението“ е ненадеждността на неврона: с известна вероятност той може да се активира спонтанно, дори ако сумата от напреженията на неговите дендрити не достигне праговото ниво. Благодарение на това, "обучението" на колона от неврони може да започне с всяко достатъчно голямо съпротивление във всички синапси: първоначално никаква комбинация от активиране на синапса няма да доведе до активиране на аксон; тогава спонтанните изблици ще доведат до намаляване на устойчивостта на синапсите, които са били активирани малко преди тези спонтанни изблици. По този начин невронът ще започне да разпознава специфични „модели“ на входни импулси. Най-важното, моделите подобенна тези, на които невронът е бил обучен, също ще бъдат разпознати, но шипът на аксона ще бъде по-слаб и/или по-късно, колкото по-малко невронът е „уверен” в резултата. Обучението на колона от неврони е много по-ефективно от обучението на конвенционална невронна мрежа: колона от неврони не се нуждае от контролен отговор за пробите, върху които се обучава - всъщност тя не се нуждае разпознава, А класифициравходни модели. Освен това тренира колона от неврони локализиран- промяната в съпротивлението на синапса зависи от поведението само на два свързани от него неврони и никакви други. В резултат на това обучението води до промяна в съпротивлението по пътя на сигнала, докато при обучение на невронна мрежа теглата се променят в обратна посока: от неврони, които са най-близо до изхода, към неврони, които са най-близо до входа.
Например, тук е колона от неврони, обучени да разпознават модела на избухване (8,6,1,6,3,2,5) - стойностите обозначават времето на избухване на всеки от входовете. В резултат на обучението закъсненията се коригират така, че да съответстват точно на разпознатия модел, така че напрежението върху аксона, причинено от правилния модел, да е максимално възможно (7):
Същата колона ще реагира на подобен входен модел (8,5,2,6,3,3,4) с по-малък скок (6) и напрежението достига праговото ниво значително по-късно:
И накрая, инхибиторните неврони могат да се използват за осигуряване на обратна връзка: например, както на илюстрацията вдясно, потискане на повтарящи се пикове в изхода, когато входът дълго времеостава активен; или потиснете пик в изхода, ако е твърде забавен в сравнение с входните сигнали - за да направите класификатора по-„категоричен“; или, в невронна верига за разпознаване на образи, различни колони на класификатора могат да бъдат свързани чрез инхибиторни неврони, така че активирането на един класификатор автоматично потиска всички останали класификатори.
Разпознаване на изображения
За да разпознае ръкописни числа от базата данни на MNIST (28x28 пиксела в скала на сивото), Джеймс сглоби аналог на петслойна „конволюционна невронна мрежа“ от колоните на класификатора, описани по-горе. Всяка от 64-те колони в първия слой обработва фрагмент от 5x5 пиксела от оригиналното изображение; такива фрагменти се припокриват. Колоните на втория слой обработват по четири изхода от първия слой всяка, което съответства на 8x8 пикселов фрагмент от оригиналното изображение. Третият слой има само четири колони - всяка съответства на фрагмент от 16x16 пиксела. Четвъртият слой - последният класификатор - разделя всички изображения на 16 класа: класът се присвоява в съответствие с това кой от невроните се активира първи. И накрая, петият слой е класически перцептрон, който корелира 16 класа с 10 контролни отговора.
Класическите невронни мрежи, базирани на MNIST, постигат точност от 99,5% и дори по-висока; Но според Джеймс неговата „хиперколона“ се обучава в много по-малък брой повторения, поради факта, че промените се разпространяват по пътя на сигнала и следователно засягат по-малко неврони. Що се отнася до класическата невронна мрежа, разработчикът на „хиперколона“ определя само конфигурацията на връзките между невроните и всички количествени характеристики на хиперколоната - т.е. резистентност на синапсите с различно забавяне – придобива се автоматично в процеса на обучение. В допълнение, работата на хиперколона изисква порядък по-малко неврони, отколкото невронна мрежа с подобни възможности. От друга страна, симулацията на такива „аналогови невросхеми“ на електронен компютърдонякъде усложнено от факта, че за разлика от цифровите схеми, които работят с дискретни сигнали и дискретни времеви интервали, непрекъснатостта на промените на напрежението и асинхронността на невроните са важни за работата на невросхемите. Джеймс твърди, че стъпка на симулация от 0,1 ms е достатъчна, за да работи разпознавателят му правилно; но той не уточни колко „реално време“ отнема обучението и работата на класическа невронна мрежа и колко е необходимо за обучение и работа с неговия симулатор. Самият той отдавна е пенсионер и свободно времетой се посвещава на подобряването на своите аналогови невронни вериги.
Поводът за написването на тази статия беше публикуването на материал от американски невролози по темата за измерване на капацитета на паметта на човешкия мозък и представено в GeekTimes предишния ден.
В подготвения материал ще се опитам да обясня механизмите, особеностите, функционалността, структурните взаимодействия и особеностите във функционирането на паметта. Освен това защо е невъзможно да се правят аналогии с компютрите в работата на мозъка и да се извършват изчисления в машинни езикови единици. Статията използва материали, взети от трудовете на хора, посветили живота си на упорит труд в изучаването на цитоархитектониката и морфогенетиката, потвърдени в практиката и имащи резултати в медицина, основана на доказателства. По-специално се използват данните на S.V. учен, еволюционист, палеоневролог, доктор на биологичните науки, професор, ръководител на лабораторията за развитие на нервната система в Института по морфология на човека на Руската академия на науките.
Преди да пристъпим към разглеждане на въпроса и проблема като цяло, ще формулираме основни идеи за мозъка и ще направим редица обяснения, които ни позволяват да оценим напълно представената гледна точка.
Първото нещо, което трябва да знаете: човешкият мозък е най-променливият орган, той се различава при мъжете и жените, расовите и етническите групи, променливостта е както количествена (мозъчна маса), така и качествена (организация на браздите и извивките) по природа, това разликата има различни вариации се оказва повече от двойна.
Второ: мозъкът е органът, който консумира най-много енергия човешкото тяло. С тегло 1/50 от телесното тегло, той изразходва 9% от енергията на цялото тяло в спокойно състояние, например, когато лежите на дивана и 25% от енергията на цялото тяло, когато започнете активно да мислите, е огромен разход.
Трето: поради високата консумация на енергия, мозъкът е хитър и избирателен, всеки енергозависим процес е неблагоприятен за тялото, това означава, че без крайна биологична необходимост такъв процес няма да бъде подкрепен и мозъкът се опитва да спести ресурсите на тялото чрез всякакви средства.
Ето, може би, три основни точки отдалеч пълен списъкхарактеристики на мозъка, които ще са необходими при анализиране на механизмите и процесите на човешката памет.
Какво е памет? Паметта е функция на нервните клетки. Паметта няма отделна, пасивна енергия Нескъпоструваща локализация, която е любима тема на физиолози и психолози, привърженици на идеята за нематериални форми на паметта, което се опровергава от печален опит клинична смърт, когато мозъкът спре да получава необходимото кръвоснабдяване и приблизително 6 минути след клиничната смърт започват необратими процеси и спомените изчезват безвъзвратно. Ако паметта имаше енергия Независим източник, тя може да бъде възстановена, но това не се случва, което означава, че паметта е динамична и постоянни енергийни разходи за нейната поддръжка.
Важно е да се знае, че невроните, които определят човешката памет, се намират предимно в неокортокса. Неокортексът съдържа около 11 милиарда. неврони и многократно повече глия. (Глията е вид клетка в нервната система. Глията е средата за невроните; глиалните клетки служат като поддържащ и защитен апарат за невроните. Метаболизмът на глиалните клетки е тясно свързан с метаболизма на невроните, които те заобикалят.
Неокортекс:
Глия, невронни връзки:
Добре известно е, че информацията се съхранява в паметта различно време, има такива понятия като дългосрочна и краткосрочна памет. Събитията и явленията бързо се забравят, ако не се актуализират и повтарят, което е още едно потвърждение за динамичността на паметта. Информацията се запазва по определен начин, но при липса на търсене изчезва.
Както споменахме по-рано, паметта е енергийно зависим процес. Няма енергия - няма памет. Следствие от енергийната зависимост на паметта е нестабилността на нейното съдържание. Спомените за минали събития се фалшифицират във времето до степен на пълна неадекватност. Паметта не брои времето, но се заменя със скоростта на забравянето. Споменът за всяко събитие намалява обратно пропорционално на времето. За един час се забравя ½ от всичко, което е в паметта, за един ден – 2/3, за един месец – 4/5.
Нека разгледаме принципите на паметта, основани на биологичната целесъобразност на резултатите от нейната работа. Физически компонентиспомените се състоят от нервни пътища, свързващи една или повече клетки. Те включват зони на постепенно и активно провеждане на сигнала, различни системисинапси и клетъчни тела на неврони. Нека си представим събитие или явление. Човекът беше изправен пред нова, но доста важна ситуация. Чрез определени сетивни връзки и сетивни органи човек получаваше различна информация, анализът на събитието завършваше с решение. В същото време човекът е доволен от резултата. Има остатъчно възбуждане в нервната система - движение на сигнали през мрежите, които са били използвани за решаване на проблема. Това са така наречените „стари вериги“, които съществуват преди ситуацията с необходимостта от запомняне на информация. Поддържането на циркулацията на различни информационни сигнали в рамките на една структурна верига е изключително енергоемко. Тъй като имайки предвид нова информацияобикновено трудно. По време на повторения или подобни ситуации могат да се образуват нови синаптични връзки между клетките и тогава получената информация ще се помни за дълго време. По този начин запаметяването е запазване на остатъчната активност на невроните в мозъчната област.
Мозъчната памет е принудителна компенсаторна реакция на нервната система. Всяка информация се съхранява във временно съхранение. Поддържането на стабилността на краткосрочната памет и възприемането на сигнали отвън е изключително енергийно скъпо; нови вълнуващи сигнали пристигат до същите клетки и се натрупват грешки в предаването и се изразходват прекомерни енергийни ресурси. Ситуацията обаче не е толкова лоша, колкото изглежда. Нервна системаима дългосрочна памет. Често трансформира реалността по такъв начин, че прави оригиналните обекти неузнаваеми. Степента на модификация на даден обект, съхраняван в паметта, зависи от времето за съхранение. Паметта пази спомените, но ги променя по начина, по който собственикът иска. В основата дългосрочна паметлъжа проста и случайни процеси. Факт е, че невроните образуват и разрушават връзките си през целия си живот. Синапсите непрекъснато се образуват и разрушават. Доста груби данни показват, че този процес на спонтанно образуване на един невронален синапс може да се случи при бозайници приблизително 3-4 пъти на всеки 2-5 дни. Разклоняването на колатералите, съдържащи стотици различни синапси, се случва малко по-рядко. Нов полисинаптичен колатерал се образува за 40-45 дни. Тъй като тези процеси протичат във всеки неврон, е напълно възможно да се оцени дневният капацитет на дългосрочната памет за всяко от животните. Може да се очаква, че в мозъчната кора на човека всеки ден ще се образуват около 800 милиона нови връзки между клетките и приблизително толкова ще бъдат унищожени. Дългосрочната памет е включването в новообразуваната мрежа на зони с напълно неизползвани, новообразувани контакти между клетките. Колкото повече нови синаптични контакти са включени в мрежата на първичната (краткосрочна) памет, толкова по-вероятно е тази мрежа да оцелее дълго време.
Запомняне и забравяне на информация. Краткосрочна паметформирани въз основа на съществуващи връзки. Появата му е обозначена с оранжеви стрелки във фрагмент b. Сигнали, съдържащи както стара (лилави стрелки), така и нова (оранжеви стрелки) информация, циркулират по едни и същи пътища. Това води до изключително скъпо и краткотрайно съхранение на нова информация, базирана на стари връзки. Ако не е важен, тогава енергийните разходи за поддръжката му намаляват и се получава забравяне. При съхраняване на „краткосрочна“, но сега необходима информация, се формират нови физически връзки между клетките по фрагменти a-b-c. Това води до дългосрочна памет, базирана на използването на новообразувани връзки (жълти стрелки). Ако информацията остане непотърсена дълго време, тя се заменя с друга информация. В този случай връзките могат да бъдат прекъснати и да настъпи забравяне. фрагменти b-b-aили in-a (сини стрелки)."
От гореизложеното става ясно, че мозъкът е динамична структура, непрекъснато се преустройва и има определени физиологични граници, а освен това мозъкът е орган с прекомерна консумация на енергия. Мозъкът не е физиологичен, а морфогенетичен, следователно неговите дейности са неправилни и неправилни за измерване в системите, използвани и прилагани в информационни технологии. Поради индивидуалната променливост на мозъка не е възможно да се правят заключения, които обобщават различни функционални показателичовешки мозък. Математически методиНе са приложими и при изчисляване на структурното взаимодействие в работата на човешкия мозък, поради непрекъснатата промяна, взаимодействие и преструктуриране на нервните клетки и връзките между тях, което от своя страна довежда до абсурд работата на американските учени в изследване на паметта на човешкия мозък.
