Мозг напрокат. Как работает человеческое мышление и как создать душу для компьютера - [5]

Шрифт
Интервал

 Традиционное представление о нейроне выглядит так.

 Нервная система и мозг человека состоят из нейронов, соединенных между собой нервными волокнами. Нервные волокна способны передавать электрические импульсы. Все процессы передачи раздражений от нашей кожи, от ушей и глаз к мозгу, процессы мышления и управления действиями — все это реализуется в живом организме в виде передач электрических импульсов между нейронами. Каждый нейрон имеет отростки (нервные волокна) двух типов: дендриты, которыми импульсы принимаются, и единственный аксон, по которому нейрон может передавать импульс. Аксон контактирует с дендритами других нейронов посредством специальных образований — синапсов. Синапсы влияют на силу импульса. Можно считать, что при прохождении через синапс сила импульса меняется в определенное число раз. Это явление принято называть весом синапса. Импульсы, поступившие к нейрону одновременно по нескольким дендритам, суммируются. Если суммарный импульс превышает некоторый порог, нейрон возбуждается, формирует собственный импульс и передает его далее по аксону. Важно отметить, что веса синапсов могут со временем изменяться, а значит, меняется и поведение соответствующего нейрона (Бергер, 2006).

 Нейроны делятся на возбуждающие (то есть активирующие разряды других нейронов) и тормозные (препятствующие возбуждению других нейронов).


Рисунок 4. Устройство нейрона

Известно, что головной мозг человека (кора) содержит около 10—15 млрд нейронов. Нейрон коры имеет от 10 до 100 тыс. связей.

Основные типы нейронов представлены на схеме рисунка 5.


Рисунок 5. Классификация типов нейронов в зависимости от степени разветвленности их отростков и функциональной топографии.

Нейроны мозга достаточно сложно устроены и обладают массой способностей, о которых мы здесь не упомянули. Что это за способности и зачем они нужны, станет понятно несколько позже, когда мы подойдем к описанию «главного секрета мозга», к тому как он работает и как нейроны взаимодействуют между собой.

Нейронные сети

 Упрощенное понимание работы нейрона легло в основу компьютерного моделирования процессов, напоминающих работу мозга. Такие модели называются нейронными сетями.

 Нейронная сеть — это совокупность моделей нейронов, объединенных между собой большим числом связей. Нейрон имеет связи, по которым к нему поступает информация. Все входы — взвешенные, то есть каждому входу присвоен весовой коэффициент. Сигналы, попадающие на нейрон, суммируются и через функцию входа-выхода подаются на выход нейрона. Топология соединений нейронов зависит от типа сети.

 По структуре связей нейронные сети делятся на два больших класса: однослойные и многослойные.

 К однослойным относятся так называемая модель Хопфилда и последующие ее модификации, а также сеть, известная под названием «машина Больцмана».

 Многослойная сеть имеет входной, выходной и скрытые слои: на входной подается информация, с выходного снимается ответ, скрытые слои участвуют в обработке. Число нейронов во входном и выходном слоях определяется обучающей выборкой (примерами с известным решением) и задается на этапе постановки задачи. А размеры скрытой части, как правило, выбираются «методом проб и ошибок», который зачастую отнимает немало времени и не гарантирует хорошего результата.

 Изменяя структуру связей и весовые коэффициенты, можно обучать нейронную сеть решать определенные задачи. Основные задачи, с которыми хорошо справляются нейронные сети,— это задачи классификации или, говоря по-другому, распознавания образов.

 Тот нейрон, что используется при компьютерном моделировании нейронных сетей, только отдаленно похож на нейрон головного мозга. Элементы, используемые при моделировании нейронных сетей, принято называть формальными нейронами (Гутчин, и др., 1967).

 Как устроен формальный нейрон?


Рисунок 6. Математическая модель одиночного формального нейрона.

На входы нейрона Х (синапсы) подаются сигналы, которые могут быть внешними, а могут быть сигналами с выходов (аксонов) других нейронов. В нормальном состоянии нейрон неактивен, то есть на выходе Y — ноль (нет сигнала). Каждому входу сопоставлен весовой коэффициент W, определяющий «важность этого входа». Если сумма произведений сигналов на входе на весовые коэффициенты превышает некое пороговое значение — нейрон активируется (на выходе — единица) и продолжает быть активным, пока взвешенная сумма входов не опустится ниже порогового значения. В некоторых моделях формальных нейронов изменение выхода происходит скачкообразно, а в некоторых — в соответствии с сигмоидной логистической функцией.


Рисунок 7. Скачкообразное и сигмоидное изменение состояния формального нейрона.

 Описанный формальный нейрон — это некая абстрактная конструкция, наделенная перечисленными свойствами, дающая возможность строить нейронные сети, применимые в определенных ситуациях. Еще раз подчеркнем, что такой формальный нейрон очень далек от реального нейрона головного мозга. Можно придумать другие формальные нейроны, обладающие более сложными свойствами,— например способные работать в разных режимах, каждому из которых свойственен свой алгоритм поведения. Более того, можно описать нейрон, одновременно работающий в нескольких режимах, и задать сложное информационное использование его связей. Такие более сложные формальные нейроны могут оказаться удобнее для решения специфических задач или служить иллюстрацией того, как работают реальные нейроны головного мозга.


Еще от автора Алексей Дмитриевич Редозубов
Цветные эмоции холодного разума. Книга 1. Логика эмоций

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.


Рекомендуем почитать
Неофеодализм. Ренессанс символизма

То состояние, которое за неимением ясности назвали «постиндустриальным капитализмом», приобретает четкие очертания. Эту новую формацию можно назвать «символическим капитализмом» на том основании, что наиболее вознаграждаемым становится символический обмен. Эта трансформация капитализма в новое качество более всего напоминает переход от раннего к развитому феодализму В период развитого феодализма символическое восприятие мира достигло своего рассвета. В XX веке наряду с символическими знаками появились и вошли в обиход информационные символы, самым элементарным из которых стал бит.


Укутанное детство. Не прячьте детей от жизни

Современные дети лишены трудностей. Мы ограждаем их от всех возможных рисков и… отбираем возможность оценить опасность, рассчитать свои силы, понять собственный потенциал! Если ты не знаешь, на что ты способен, то о какой самооценке может идти речь? Все наши сверхзаботливые ограничения приводят к тому, что у детей нет опыта успешного преодоления трудностей! Особенно туго приходится выросшим в "стерильной атмосфере" подросткам, которые неизбежно сталкиваются с реальным миром.


Стратегическая психотерапия. Ступень II

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.


Только вперед! Пошаговое руководство по достижению успеха

Вы устали от своей работы? Надоело топтаться на месте и быть посредственностью? Если вы ответили «да» хотя бы на один из этих вопросов, пришло время взять свою жизнь под контроль и искупаться в море возможностей. Пришло время нырнуть в успех! Ничего не изменится в вашей жизни, в окружении, пока вы не предпримете меры. Но важно то, что вы уже взяли в руки эту книгу и готовы спланировать свой путь к успеху. Первый шаг – быть честным с самим собой. Автор книги, один из самых авторитетных мировых специалистов по личностному росту, поможет вам определиться с внутренними желаниями и целями и на их основе построить пошаговый план по качественному изменению своей жизни. Мечтайте больше.


Характеры. Как изучить и приручить

Вы никогда не задумывались, отчего все люди столь сильно отличаются друг от друга? Или наоборот, почему некоторые люди так во многом схожи? Эта книга расскажет вам, что объединяет людей под таким привычным нам словом «характер». Оказывается, от характера зависит очень многое: привычки, поведение и даже внешность. Прочитайте эту книгу, и вы узнаете, как научиться определять тип характера человека и использовать это знание в своих целях; как свои слабости превратить в силу; как с выгодой и успехом использовать те черты характера, которые у вас есть; и как научиться не подавлять, а изучать и приручать себя и других.


Сбитые с толку

Чаще всего мы заблуждаемся о том, как на самом деле устроен окружающий мир. Эта книга обнажает интуитивные теории, которые мы обычно формируем в детстве, и показывает, когда и каким образом они могут сбить нас с толку.