Вычислительные технологии интересны и привлекательны. В настоящее время лишь они одни позволяют моделировать некоторые функции мозга. Но не позволяют объяснить работу мозга в целом. Какие либо вычислительные нейросети в ГМ вы не найдете. Их нет у нас. Биология и математика не совместимы по своей сути. Так как в биологии неизменно действует одно правило - структура всегда определяет функцию. Все живое это всегда набор различных структур. Молекулы, органеллы, клетки итп. В цифровой же технике функцию определяет программа. В биологии каждая рецепторная и двигательная программы реализуется через индивидуальную специфическую структуру.
Сторонники цифровых технологий давно пытаются смоделировать работу мозга на уровне взаимодействий нейронов, предполагая, что в головном мозге имеется некая «обработка информации» путем сочетания тормозных и возбуждающих импульсов на мембране нейрона.
Это подход неверный в самой своей основе. И вот почему. Нервная ткань действительно представлена отдельными клетками -нейронами, но удивительное в том, что мозг состоит не из нейронов. Мозг состоит из более крупных структур, образованных нейронами. И лишь малая часть нейронов в мозге имеет значение как самостоятельные элементы.
Выражение «Обработка информации» является понятийной опорой для всех, кто связан с цифровыми технологиями. Однако в мозге нет никакой «обработки информации». И быть не может. «Обрабатывать» там нечего и нечем. Но имеется процесс мышления.
В этой статье автор представляет свою точку зрения и основные идеи по физиологии мозга. На формирование данных идей у автора ушли многие годы. Быстрее не получилось. Слишком много нейроструктур необходимо сформировать в мозге для решения данной загадки.
Фундамент нейрофизиологии.
Иногда случается так, что знакомые нам предметы оказываются не очень то и знакомы, а порой и вовсе совсем не тем, чем казались раньше. Это касается и самого мозга.
Главная загадка в работе мозга - это технология, которую выбрала эволюция при создании данного органа, необычная для живой природы. Это технология индикации минимальной мощности воздействий - ИММВ. Любой нейрон, способный к разряду мембраны, является носителем свойства ИММВ. Эволюция всех биологических нейронных систем (БНС) проходила на основе фактора ИММВ.
Что такое свойство индикации минимальной мощности воздействий? Данное свойство нейрона прямо вытекает из его классических характеристик. Они следующие.
«Закон «всё или ничего». «Закон силы-времени.
«Закон аккомодации. «Локальные ответы.
Все описанные свойства нейрона с разных сторон отражают несколько связанных параметров, которые имеют один общий знаменатель. Этот знаменатель можно выразить именно этой фразой-ИММВ. Данная физическая характеристика является главной для любой нервной клетки, способной к деполяризации мембраны. Что это значит?
Нейрон переходит из состояния покоя в состояние деполяризации при условии, что на него произошло воздействие какого либо агента в нужном количестве энергии и за минимально допустимое время. Этот физический показатель называется мощность. (Отношение энергия / время).
Воздействие на нейрон раздражителя достаточной энергии, но за время большее минимально допустимое эффекта деполяризации мембраны не вызывает, так как при этом снижается мощность воздействующего на нейрон раздражителя. Снижается меньше пороговой величины.
Фактор уровня мощности (времени) приходящих воздействий на мембрану нейрона критически важен потому, что на мембране нейрона постоянно работает механизм нейтрализации приходящих на мембрану воздействий, физических и химических. Это механизм непрерывного восстановления электрического потенциала мембраны нервной клетки - «К - Na насос».
Воздействия недостаточной для активации мощности этот механизм просто тут же «обнуляет».
Активация нейрона происходит лишь в том случае, когда величина мощности приходящего на мембрану воздействия превышает скорость «утилизации» этого же воздействия механизмом поляризации мембраны.
Поскольку нейрон путем разряда индексирует эту минимальную и необходимую для своей активации мощность воздействий, то нейрон — это индикатор минимальной мощности воздействий. Это его главная функция. И она полностью определяет всю физиологию головного мозга.
Нейрон это «биологическое электрическое устройство», которое после приложения к нему адекватного по мощности воздействия выполняет предусмотренное конструкцией действие — генерацию электрического импульса и проведение этого импульса на предусмотренные структурой нейросети другие подобные «устройства».
Индикация минимальной мощности воздействий как функция нейрона для биологии очень необычна, но это его биофизические свойства. Их должно принимать в том виде, как они есть. Принятие данного параметра нейрона за основу его работы приводит к далеко идущим выводам.
ИММВ - главная характеристика работы нейрона, а также главная характеристика работы нейронных сетей. Это физиологический фундамент работы БНС вообще. Так как фундамент в одном органе может быть лишь общим. Как единичные нейроны так и более сложные нейроструктуры не могут работать в одном органе по разным правилам.
На уровне отдельных нейронов работают лишь самые примитивные типы нейросетей. В ходе эволюции наблюдается постоянное усложнение нейроструктур. Функция ИММВ при этом сохраняется.
Природа на самых ранних этапах эволюции мозга стала создавать многоклеточные нейроструктуры, также работающие по принципу ИММВ. С учетом функции ИММВ как общей для всех нейроструктур приходим к выводу, что мозг состоит не из нейронов,... а из морфо- функциональных элементов, работающих на основе свойства ИММВ. Отдельные нейроны — это лишь малая часть всех самостоятельных элементов мозга. Большая же часть всех нейронов в зрелых типах нейросетей это исходные единицы для построения более сложных типов морфо- функциональных элементов. Отсюда вывод.
Простейшей структурной и функциональной единицей НС является ее морфо- функциональный элемент, а его неотъемлемые характеристики — ИММВ + неделимая функция. Эти характеристики имеют все функциональные элементы в составе любой БНС.
Что такое морфофункциональный элемент (МФЭ)?
Морфо- функциональный элемент это структура НС и ГМ, образованная одним, несколькими или многими нейронами и имеющая простейшую функцию, определяемую её структурой и которая выполняется одновременно с активацией данного элемента.
Абсолютное большинство типов нейросетей это совокупность одноклеточных и многоклеточных функциональных элементов «на взводе», входящих в состояние саморазряда при поступлении на эти элементы воздействий с энергией необходимой мощности.
Понятие простейшая или «неделимая функция» означает, что при изъятии из данного элемента хотя бы одного нейрона, либо даже какой либо функционально значимой части нейрона, данный элемент, какой бы он не был сложности, утратит одновременно с прежней структурой и ту специфическую функцию, которую имел ранее и которая как раз и обеспечивалась именно данной конкретной структурой такого функционального элемента.
В ходе эволюции процесс преобразования нейронов и МФЭ проходил на основе функции ИММВ. Например, добавление к нейрону без специализации белков группы опсинов, способных приводить клетку к разряду при восприятии фотонов света, превращает нейрон уже в фоторецептор. То есть общая схема расширения функций выглядит так - готовая структура с ИММВ + дополнительная структура = новая функция.
Параметр ИММВ основа физиологии БНС, он может быть только общий. Этот параметр определяет очередность активаций и совместную работу в единой системе элементов БНС, независимо от их структуры, сложности и выполняемой функции. Каждый элемент БНС имеет свой уровень ИММВ, пропорциональный сумме входящих в него нейронов.
Элементы клеточного типа даются животным от природы по факту рождения. Они не модифицируемые.
Многоклеточные элементы формируются за счет образования устойчивых межнейронных связей в ходе обучения. Эти связи облегчают совместный разряд нейронов в едином элементе.
Нейросети зрелого типа это сумма одноклеточных и многоклеточных функциональных элементов «на взводе», входящих в состояние саморазряда при поступлении на эти элементы воздействий с энергией необходимой мощности.
Работа мозга - есть поочередная выборочная активация набора элементов мозга из общей их суммы на конкурентной основе.
Природа создавала элементы мозга в соответствии с теми необходимыми функциями, которые могли обеспечить выживание их хозяев. Таких главных функций две - функция восприятия сигналов и функция управления мышцами и железами. Соответственно этому правилу все элементы мозга относятся к рецепторным или двигательным структурам.
Любой функциональный элемент ГМ можно представить как простейший нейрон первичной БНС, прошедший эволюционные изменения и получивший новые структуру и функцию.
Рефлексы - это сумма врожденных, данных природой животному рецепторных и двигательных элементов мозга.
Обучение это процесс формирования в ГМ человека новых многоклеточных элементов на созданных для этой цели в ходе эволюции нейро структурах.
Знания человека это сумма накопленных за период жизни многоклеточных элементов мозга.
Процесс мышления это процесс активации имеющихся в нашем ГМ функциональных элементов плюс процесс перехода от одних рецепторных элементов к другим. Возможно сочетание процесса мышления и процесса обучения.
Известная нам на сегодня анатомия мозга - это не более, чем его «скелет». Настоящие функционально значимые мозговые нейроструктуры скрыты от нас в паутине межнейронных связей. Поэтому решение главной загадки мозга на сегодня — это выявление структурных и функциональных характеристик таких элементов и их взаимодействий.
Что касается возможностей технического моделирования работы биологических нейронных сетей, то автор не видит в этом никаких технических сложностей. И вполне возможно, что наряду с вычислительными технологиями технические биологические нейросети, работающие по технологии ИММВ вполне смогут занять достойное место в нашей жизни.
Какие типы нейросетей уже сейчас вполне доступны для технического моделирования. По мнению автора, следующие.
Диффузная недифференцированная сеть.
Диффузная специализированная сеть. А также это системы диффузно узлового и узлового типов.
Воспроизвести поведение моллюска или мухи через технологию ИММВ вполне реально. Например научить неживое восприятию простейших зрительных образов, хотя бы на уровне мухи или лягушки. Технические разработки в данном направлении также будут являться и своеобразным изучением физиологии мозга.
Одно из возможных направлений моделирования это создание комбинированных систем с применением вычислительных технологий и на основе ИММВ.
Желающих более детально разобраться с работой и эволюцией структур на основе технологии ИММВ автор отсылает к своей работе «Настоящая физиология головного мозга».
Кто интересуется возможностями технического моделирования БНС, созданием нейроноподобных систем восприятия и управления на основе технологии ИММВ автор предлагает организоваться в какое либо сообщество. Найти автора можно на сайтах во Вконтакте и Врачи РФ.
