Давайте продолжим погружаться в дивную тему, которая как бы окружает Искусственный Интеллект, привносит в чисто инженерную задачу некоторый гуманитарный шарм. В прошлый раз мы изучили самые основы философии сознания, познакомившись с мысленным экспериментом «Китайская комната». Сегодня я хотел бы рассказать вам про основы физиологии нервной системы живых существ на земле. Заинтригованы? Тогда вперёд.
Но для начала давайте я поясню, почему мы сейчас изучаем этот вопрос. Я глубоко убеждён, что любой инженер, программист, математик и человек любого иного такого же склада, когда хочет начать работать над Искусственным Интеллектом, должен узнать то, как устроен естественный интеллект. Более того, он должен постоянно изучать новую информацию из этой области, потому что мы до конца не знаем об устройстве нашего мозга и нашего сознания, и новые знания здесь появляются с завидной периодичностью.
Для чего это нужно? Во-первых, это гуманитарное знание позволит не забывать о том, что любое развитие научно-технического прогресса должно, в конечном итоге, вести к улучшению жизни людей и прогрессу человеческой цивилизации в целом.
Во-вторых, изучение этих тонких материй — естественного интеллекта и его материального носителя — позволит продвигаться и по пути построения интеллекта искусственного постольку, поскольку пока нам всё равно приходится брать знания у природы. Других интеллектов у нас нет, а потому если мы хотим создать искусственный, нам надо изучать естественный.
Надеюсь, что я вас убедил. Так что давайте кратко рассмотрим, что такое нейроны, как они устроены. Ведь нейроны являются базовыми кирпичиками для построения всей нервной системы любого существа на этой планете, у которого есть нервная система.
Нейрон — это нервная клетка. Как у практически каждой клетки, у нейрона есть ядро и множество других органелл, которые обеспечивают жизнедеятельность клетки, обмен веществ для неё, питание и вывод отходов. Но нейрон имеет несколько важных особенностей, которые, собственно, и делают его нейроном.
Первая особенность — у нейрона есть огромное количество отростков. Их два типа. Первые отростки короткие и толстые. Они называются дендритами, и это как бы входные отростки — нейроны принимают на них входные нервные импульсы.
Второй тип отростков — это аксон, длинный и тонкий. По нему идёт выходной импульс, когда нейрон активируется. Импульс доходит до синапсов на конце аксона, и через синапсы импульс передаётся на следующие нейроны в цепочке.
И вот вторая особенность — это то, что нейроны проводят импульсы, получая их на вход через дендриты и передавая их на выход в аксон. Аксон, кстати, у нейрона один, но в самом своём конце он может очень хорошо ветвиться.
Тело нейрона осуществляет суммирование входящих импульсов, как бы умножая каждый входящий импульс на определённый вес. С биохимической точки зрения там, конечно, никакого сложения и умножения нет, но в итоге получается так, что на мембране нейрона скапливаются ионы, и если их общий заряд выше какого-то порога, свойственного нейрону, то по аксону проходит выходной импульс.
Как образуются такие скопления ионов на мембране нейрона? Это происходит через синапсы. Когда импульс по аксону достигает синапса, то изнутри этого самого синапса высвобождается большое количество специальных молекул, называемых нейромедиаторами. Эти молекулы двигаются к мембране следующего нейрона и активируют на ней рецепторы. Такая активация ведёт либо к увеличению напряжения на мембране, либо наоборот к его снижению, то есть синапсы могут быть активирующими и тормозными.
И вот на нейрон с разных других нейронов приходят импульсы, причём это делается не одновременно, а как получится. На мембране нейрона при помощи активации и торможения суммируются потенциалы, и если потенциал превышает некоторый порог, то на аксоне запускается импульс.
Импульс идёт от начала аксона к его синапсам при помощи изменения баланса ионов калия и натрия внутри и снаружи мембраны аксона. Когда проходит импульс, натрий выходит, калий входит, потом всё возвращается. Этот процесс имеет свой временной интервал, и нейрон может отправлять только ограниченное количество импульсов в единицу времени. В нервной системе человека большинство нейронов работают на частоте примерно 200 Гц, но есть как более медленные нейроны, так и более интенсивные.
Вообще, внутри нервной системы человека всё очень сложно и запутанно. Ведь сотни миллионов лет эволюции не прошли даром, и естественный отбор, отбирая только то, что помогает здесь и сейчас, иногда делал крайне неоптимальные вещи. Но получилось так, как получилось. Так что изучение нервной системы человека и других существ так же помогает более оптимально проектировать связи в искусственном интеллекте.
В общем, заканчивая про нейроны, что надо отметить. Модели искусственных нейронов обычно основаны на естественном. В искусственных нейронах есть весовые коэффициенты, есть сумматор, есть порог активации, есть передача импульса далее по сети. В некоторых моделях также пытаются учесть использование различных нейромедиаторов. Но суть в одном — каким бы нейрон ни был, он суммирует импульсы от входных нейронов и передаёт импульс дальше на выходные. Или не передаёт, а гасит его.
Важное отличие в том, что информация в нервной системе кодируется не наличием или отсутствием импульсов, а частотой этих импульсов. Чем чаще проходят импульсы, тем больше информации передаёт нейрон. Чем реже — тем меньше.
Обычно все нейроны в сети время от времени проводят импульсы. Вопрос именно в частоте. Если в какой-то сети импульсы часты, то это значит, что эта сеть активно занимается переработкой информации, и её активность можно зарегистрировать либо при помощи электроэнцефалограммы, либо при помощи функциональной магнитно-резонансной томографии.
Именно так учёные исследуют, какие участки мозга отвечают за те или иные активности и высшие психологические функции у человека. Но в этом деле больше вопросов, чем ответов. И тема ещё ждёт своих многочисленных исследователей.
Теперь представьте себе нейронную сеть в голове у человека. Она состоит из большого количества подсетей, каждая из которых состоит из просто гигантского количества нейронов. У нас в голове около девяноста миллиардов нейронов, вдумайтесь в это число. И каждый может иметь связи с десятью тысячами других. Это в среднем. Есть нейроны, которые связаны с сотней тысяч других нейронов.
Всё это великолепие работает одновременно и параллельно, не останавливаясь ни на секунду. Каждую секунду все девяносто миллиардов нейронов запускают по двести импульсов. И вот в этом великолепии рождается наше сознание. Как?
Представьте себе девяносто миллиардов китайцев — это возможно, просто каждого китайца умножьте на девять. У каждого из них есть мобильный телефон, который получает сообщения от других китайцев. Каждый китаец просматривает полученные сообщения и по какому-то, неважно какому, правилу отправляет или не отправляет сообщения своим друзьям. Где-то в этой сети должно родиться сознание. Может ли оно родиться? Если да, то где оно?
С этим важным философским вопросом я вас оставляю. Думайте. Погружайтесь в эту тему, ведь она так интересна. Ну а мы очень поверхностно рассмотрели физиологию нейрона. А на следующем занятии мы поднимемся на уровень выше и узнаем про устройство нервной системы в целом. Всем всего хорошего и до новых встреч.
