Опубликован: 14.12.2009 | Доступ: свободный | Студентов: 1880 / 368 | Оценка: 4.28 / 4.12 | Длительность: 17:36:00
ISBN: 978-5-9963-0249-9
Лекция 15:

Основные проблемы, связанные с моделированием нейронных механизмов мозга

< Лекция 14 || Лекция 15: 1234 || Лекция 16 >

Проблема моделирования языка и абстрактного мышления

Язык и абстрактное мышление - это то, что отличает мышление человека от мышления животного. Выше говорилось о двух строящихся в мозгу человека моделях: словесно-логической и образной. Понятно, что моделирование словесно-логической модели невозможно без моделирования языка, и это представляет большую и очень сложную проблему. Говорилось также о взаимодействии между словесно-логической и образной моделями в процессе мышления. Как реализуется это взаимодействие, то есть передается информация и осуществляется управление процессом мышления на уровне взаимодействующих нейронных механизмов двух полушарий головного мозга, неизвестно.

Далеко не все ясно и при рассмотрении процесса мышления отдельно только в словесно-логической модели или отдельно только в образной модели. Можно лишь, как уже говорилось, предположить, что любое мышление сходно с процессом поиска в каком-то смысле лучшего пути между двумя ситуациями. Путь отображается в мозге стабильными очагами возбуждения и последовательно активируемыми нейронными ансамблями.

Приблизительно можно сказать, что в словесно-логической модели это должен быть каким-то образом реализованный поиск непротиворечивого пути (последовательности возбуждений ансамблей нейронов) между двумя возбужденными ансамблями нейронов, определяющими задачу. Этот поиск должен основываться на построении одношаговых переходов в виде предположений или гипотез на уровнях обобщения и укрупнения и на проверке реализуемости этих переходов на более конкретных уровнях. Выбор между несколькими непротиворечивыми вариантами переходов должен, по-видимому, управляться эмоциональным центром. Реализация этих процессов в модели является одной из наиболее трудных проблем.

Проблемы второго плана

Кроме выделенных основных проблем существуют и проблемы, которые условно можно отнести к проблемам второго плана. Относительно некоторых из них возможны приблизительные интерпретации, но, безусловно, необходимы и тщательные, в том числе и экспериментальные, проработки. Перечисляемые в этом разделе дополнительные проблемы при их подробной проработке могут оказаться не менее важными и не менее сложными, чем проблемы, условно отнесенные выше к группе основных.

К проблемам второго плана можно отнести:

  • отображение ситуаций, процессов и действий;
  • отображение себя в среде;
  • реализация переходов между уровнями модели снизу вверх и сверху вниз;
  • переходы по горизонтали - связь между причиной и следствием;
  • экстраполяция временных последовательностей;
  • предвидение результатов действий и процессов;
  • связь между потребностью в оптимизации функционального состояния нейронной сети с необходимостью получения информации о среде и построения модели проблемной среды.

Кроме того, общие свойства активных нейронов и А -сетей позволяют строить гипотетические интерпретации таких особенностей работы мозга, как сон и неспецифические эмоциональные реакции. Важно уточнить и промоделировать эти интерпретации.

Определенные качественные интерпретации неспецифических эмоциональных реакций уже приводились. На достаточно общем уровне возможны интерпретация и моделирование сна. При работе А -сети последовательно возбуждаются вторичные нейронные сети (нейронные ансамбли), соответствующие каким-то информационным элементам. Какие вторичные сети возбуждаются и в какой последовательности, определяется решаемой А -сетью задачей. В любом случае при переработке какой-то информации возбуждается только часть вторичных сетей.

Параметр Q нейрона при каждом срабатывании уменьшается на дискретную величину. У несрабатывающих нейронов параметр Q увеличивается. Если какая-то часть вторичных сетей регулярно возбуждается, а другая часть не возбуждается, то происходит увеличение средних отклонений значений параметров Q от оптимального значения. У нейронов неработающих вторичных сетей параметры Q становятся больше значения Q_{opt} у нейронов работающих вторичных сетей эти параметры могут стать меньше, чем Q_{opt}.Это приводит к ухудшению общего функционального состояния сети. Нормализация функционального состояния сети возможна только при "отдыхе".

Как уже говорилось в предыдущей лекции, отдых сети при бодрствовании и отсутствии актуальных внутренних задач основан на равномерном возбуждении нейронов за счет внутреннего случайного возбуждения (перемешивания). Отдыху при бодрствовании способствует также подача на нейронную сеть внешних равномерных случайных возбуждающих воздействий.

Если реальный нейрон живого мозга, так же как и нейрон А -сети, имеет параметр, аналогичный параметру Q и среднее отклонение этих параметров нейронов мозга от оптимального значения является эмоциональной переменной, то оптимизация при бодрствовании этой переменной будет восприниматься как приятное ощущение.

С этим, по-видимому, связаны неспецифические эмоциональные реакции, например, такие как реакции на спокойную музыку, свет костра или морской прибой. Эти положительные реакции могут возникать, когда случайный или ритмический характер внешних воздействий способствует равномерной работе нейронов и оптимизации функционального состояния нейронной сети. Известно, что для быстрого повышения работоспособности интенсивно работающих диспетчеров используется спокойная тихая музыка или специально подобранные случайные зрительные или, чаще, звуковые воздействия.

Для полного отдыха нейронной сети необходим специальный тип работы, когда прекращается обработка информации, блокируются внешние воздействия и включается описанный выше экспериментально полученный в А -сети режим саморегуляции. Этот режим полного отдыха интерпретируется как сон. Среднее отклонение параметров Q нейронов интерпретируется как "эмоциональная переменная". Увеличение этой эмоциональной переменной требует смены режима работы сети от кратковременного отдыха до длительного, то есть сна. Приблизительно в том же аспекте могут интерпретироваться разные зависящие от режимов работы мозга ритмы электроэнцефалограммы.

Вполне возможно, что со сном связана не только нормализация функционального состояния нейронной сети, но и некоторые функции, направленные на "приведение в порядок" запомненной информации. Например, существуют гипотезы о том, что во сне может осуществляться коррекция горизонтальных и вертикальных связей в модели проблемной среды или уже упоминавшаяся функция переноса информации из кратковременной памяти в долговременную.

На основе представлений о неустойчивости нейронов, синергично-сти и активности нейронной сети можно с разной степенью приближения интерпретировать и такие свойства мозга, как доминанта, навязчивый мотив, интуиция, инсайт (озарение) и творчество. О части таких интерпретаций мы поговорим в следующей лекции.

Выводы

Рассмотрение проблем, связанных с моделированием нейронных механизмов мозга, приводит к выводу о том, что нерешенных проблем много и они сложны. В отношении многих проблем нет не только никаких конструктивных гипотез решения на уровне нейронного моделирования, но отсутствует и конструктивная нейрофизиологическая информация. Эти проблемы будут представлять, по-видимому, наибольшие и очень серьезные затруднения при моделировании более или менее полных нейронных механизмов мышления.

Появляющиеся иногда оптимистические оценки ситуации в науке и прогнозы о перспективах моделирования нейронных механизмов мозга малообоснованны. Внимательное рассмотрение перечисленных проблем приводит к значительному снижению уровня оптимизма в отношении существующих и предполагаемых ближайших результатов моделирования мышления. И тем не менее если рассмотренные функции мозга и реализующие их нейронные механизмы имеют реальную материалистическую природу, то они в принципе решаемы, а следовательно, решать их можно и нужно.

Представляется, что для решения отмеченных проблем чрезвычайно полезным может быть продолжение и развитие компьютерного моделирования активных нейронных сетей, т. е. в конечном счете изобретение и экспериментальная проверка вариантов мышления. Безусловно, в плане понимания и конкретизации перечисленных вопросов значительную пользу могут и должны принести результаты целенаправленных нейрофизиологических исследований, выполняемых по возможности с позиций целостных представлений или гипотез о работе мозга.

< Лекция 14 || Лекция 15: 1234 || Лекция 16 >
Владислав Нагорный
Владислав Нагорный

Подскажите, пожалуйста, планируете ли вы возобновление программ высшего образования? Если да, есть ли какие-то примерные сроки?

Спасибо!

Лариса Парфенова
Лариса Парфенова

1) Можно ли экстерном получить второе высшее образование "Программная инженерия" ?

2) Трудоустраиваете ли Вы выпускников?

3) Можно ли с Вашим дипломом поступить в аспирантуру?