Біо нейрон складається з тіла діаметром від 3 до 100 мкм, що містить ядро та відростки. Виділяють два види відростків. Аксон зазвичай - д линяючий відросток, адаптований для проведення збудження від тіла нейрона.Дендрити - зазвичай, короткі і дуже розгалужені відростки, що служать основним місцем освіти впливають на нейрон збуджуючих і гальмівних синапсів (різні нейрони мають різне співвідношення довжини аксона і дендритів).
Нейрон може мати кілька дендритів і зазвичай лише один аксон. Один нейрон може мати зв'язку з 20 тисячами інших нейронів.Кора мозку людини містить десятки мільярдів нейронів.
Біо нейрон є важливим елементомклітин нервової системиі будівельним матеріаломмозку. Нейрони є в декількох формах, залежно від їх призначення та дислокації, але в цілому вони ідентичні за структурою.
Мал. 12.4 Схема нейрона
Кожен нейрон є пристроєм обробки інформації, яке отримує сигнали з інших нейронів через спеціальну структуру введення, що складається з дендритів. Якщо сукупний вхідний сигнал перевищує пороговий рівень, то клітина передає сигнал далі в аксон, та був у структуру виведення сигналу,від якої він передається до інших нейронів. Сигнали надсилаються за допомогою електронних хвиль. (Протягом життя в людини кількість нейронів не збільшується, але зростає кількість зв'язків між ними, як результат навчання).
Органи почуттів людини складаються з великої кількості нейронів, пов'язаних між собою великою кількістю зв'язків. Орган емоцій містить у собі сенсори та провідні шляхи. У сенсорах формуються хімічні сигнали, що розповсюджуються зі швидкістю від 5 до 125 метрівза секунду. Сенсори кодують різні видисигналів у єдиний універсальний частотно-імпульсний код
Число нервових імпульсів в одиницю часу пропорційне інтенсивності впливу. Органи емоцій мають нижні та верхні межі чутливості. Реакція (Е) органів емоцій людини на інтенсивність (Р) роздратування можна приблизно представити законом Вебера - Фехнера:
Вочевидь, якщо враховувати у своїй вплив шуму, можна дійти формули Шеннона, що дозволяє оцінити інформаційну здатність такого органу емоцій. Методом навчання та тренування можна підвищити роздільна здатність органівемоцій. Крім цього людина може розрізняти поєднання частот і амплітуд, настільки, яка недосяжна сучасним технічним пристроям. Але органи емоцій працюють в обмеженому спектрі за частотою та амплітудою.
При переході в збуджений стан у вихідному відростку (аксоні) генерується імпульс збудження, що по ньому поширюється зі швидкістю від 1 до 100 м/с; В основі процесу поширення лежить зміна локальної провідності мембрани аксона по відношенню до іонів натрію та калію. Між нейронами немає прямих електронних зв'язків.Перенесення сигналу з аксона на вхідний відросток (дендрит) іншого нейрона здійснюється хімічним шляхом у спеціальній області – синапсе, де закінчення двох нервових клітинпідходять близько один до одного. Деякі з синапсів є особливими, що виробляють сигнали зворотної полярності для гасіння сигналів збудження.
В даний час активно вивчаються і глобальні аспекти діяльності мозку - спеціалізація його великих областей, функціональні зв'язки міжними тощо. У той же час мало відомо, як здійснюється обробка інформації на проміжному рівні, в ділянках нейронної мережі, що містить всього десятки тисяч нервових клітин.
Іноді мозок уподібнюють колосальної обчислювальної машині, що відрізняється від стандартних комп'ютерів лише значно більшою кількістю складових елементів. Вважається, кожен імпульс збудження переносить одиницю інформації, а нейрони грають роль логічних тумблерів за аналогією з ЕОМ. Така думка неправильна. Мозкова діяльністьґрунтується на зовсім інших принципах. У ньому немає жорсткої структури зв'язків між нейронами, яка була б подібна до електронної схеми ЕОМ. Надійність його окремих елементів (нейронів) набагато нижче, ніж елементів, застосовуваних до створення сучасних комп'ютерів. Руйнування навіть таких ділянок, які містять досить багато нейронів, найчастіше мало впливає на ефективність обробки інформації у цій галузі мозку. Частина нейронів відмирає при старінні організму. Жодна обчислювальна машина, побудована на нормальних принципах, зможе працювати за таких широких ушкодженнях.
Сучасні ЕОМ виконують операції по черзі, по одній операції на такт. Число виймається з пам'яті, міститься у процесор, де з нього робиться певне вплив відповідно до диктованої програмою інструкцією, і результат знову заноситься на згадку.Втім, при виконанні окремої операції електронний сигнал повинен пробігти по сполучних проводах певну відстань, що може обмежити швидкодію ЕОМ.
Наприклад, якщо сигнал проходить відстань в 30 см, то частота проходження сигналів при цьому не повинна перевищувати 1 ГГц. Якщо операції проводяться по черзі, то межа швидкодії такої ЕОМ не перевищить мільярди операцій за секунду. Насправді швидкодія, ще, обмежуєтьсяшвидкістю спрацьовування окремих частин комп'ютера. Тому швидкодія сучасних ЕОМ вже досить близько підійшло до свого теоретичного ліміту. Але цього швидкодії обмаль, щоб організувати управління складними системами, вирішення завдань «штучного інтелекту» та інших.
Якщо поширити наведені міркування на людський мозок, результати будуть абсурдними. Адже швидкість поширення сигналів по нервових волокнах в десятки і сотні мільйонів разів менше ніж в ЕОМ. Якби мозок працював, використовуючи принцип сучасних ЕОМ, то теоретична межа його швидкодії становилалише тисячі операцій за секунду. Але цього явно недостатньо для пояснення значно вищої ефективності мозкової діяльності.
Вочевидь, діяльність мозку пов'язані з паралельної обробкою інформації. До теперішнього часу організація паралельних обчислень вже використовується в ЕОМ, наприклад, з матричними процесорами, що являють собою мережу з найбільш типових мікропроцесорів, що мають свою пам'ять. Техніка паралельного обчислення у тому, що простий мікропроцесор «знає» лише стан свого малого елемента середовища. Грунтуючись на цій інформації, кожен процесор обчислює стан власного елемента на наступний моментчасу. При цьому відсутнє обмеження швидкодії, пов'язане зі швидкістю розповсюдження сигналів. Робота матричного мікропроцесора стійка до локальних ушкоджень.
Наступним кроком у розвиток ідеї паралельних обчислень стало створення обчислювальних мереж. Таке своєрідне «спільнота» комп'ютерів нагадує багатоклітинний організм, який «живе своїм життям». При цьому функціонування обчислювальної мережі як суспільства комп'ютерів не знаходиться в залежно від того, як конкретно влаштований кожен окремий комп'ютер, якими процесамиі з усередині нього забезпечена обробка інформації. Можна уявити собі мережу, що складається з величезної кількості найпростіших комп'ютерів, здатних виконувати всього кілька операцій і зберігати у своїй пам'яті секундні значення кількох величин.
З математичної погляду подібні мережі, що з частин зі стандартним репертуаром реакцій, прийнято розглядати як клітинні автомати. Мозок набагато ближче за механізмом роботи та структурою до матричного мікропроцесора, ніж до класичної ЕОМ з послідовним виконанням операцій. Але є основне різницю між мозком людини і будь-яким паралельним комп'ютером. Справа в тому, що нейронні мережі мозку взагалі не зайняті жодними обчисленнями. Абстрактне мислення ( поводження з числами та математичними знаками) вдруге стосовно базовим принципамроботи мозку. Важко собі уявити, що коли, наприклад, кішка наздоганяє в стрибку пташку, її мозок вирішує в лічені частки секунди системи нелінійних диференціальних рівнянь, що описують лінію руху стрибка та інші дії.
На цю тему можна навести наступний вислів А. Ейнштейна: «Слова і мова, мабуть, не відіграють жодної ролі в моєму механізмі мислення. Фізичні суті, до інші в реальності, мабуть, елементами мислення, — це певні знаки і більш чи менш ясні образи, які можуть довільно відтворюватися і комбінуватися… Звичайні слова доводиться вибирати лише у другій стадії…».
Мозок працює як колосальна «аналогова» машина, де світ навколо нас знаходить відображення у просторово-часових структурах активності нейронів. Такий принцип роботи мозку міг природно виникнути у процесі біологічної еволюції. Для простого тваринного основна функція нервової системи у тому, щоб конвертувати почуття, викликані зовнішнім світом, у певну рухову активність. на ранніх стадіях еволюції зв'язок між образом-відчуттям і образом-рухом є прямий,конкретної та спадково закріпленої у початковій структурі сполук між нейронами. На пізніших стадіях цей зв'язок ускладнюється, виникає здатність до навчання. Образ-відчуття не пов'язаний агресивно з планом дій. Спочатку здійснюється його проміжна обробка і зіставлення з картинами, що зберігаються в пам'яті. Проміжна обробка образів стає дедалі складнішою у міру рухувгору по еволюційних сходах. Зрештою, після тривалого розвитку, формується процес, який ми називаємо мисленням.
Для визначення образів можна застосовувати принцип «клітинного автомата». Система має асоціативну пам'яттю, якщо при подачі на її вхід якийсьмалюнки вона автоматично відбирає і подає на вихід ближчу до неї картину, що лежить у пам'яті.
Loading...