Работа мозга или другое программирование.
Программирование - установление в системе набора команд или последовательности действий. Что есть общего между мозгом и компьютером? Почему результаты их работы иногда так похожи? Хотя сети вычислительные и биологические нейронные априори не имеют ничего общего. Математических процессов в мозге не существует. Все живое это всегда набор различных структур. От молекул и более. В биологии функцию всегда задает структура. В цифровой технике функцию определяет программа - набор команд на любом носителе, реализуемый на универсальной структуре.
Попытка смоделировать работу мозга на уровне «общения» отдельных нейронов неверна в самой своей основе. Все живое представлено отдельными клетками, в том числе и нервная ткань, но мозг состоит не из отдельных клеток. Он образован в основном более крупными структурами. Лишь малая часть всех клеток мозга это самостоятельные элементы. И обработки информации по цифровым технологиям там быть не может. В мозге происходят совершенно иные процессы. Это поочередная выборочная активация элементов мозга из всего их наличия. Феномены сознания и мышления основаны на этих же процессах.
Несмотря на все различия все таки нечто общее между мозгом и компьютером все же есть. Это характер их работы. Мозг это тоже орган программирования и его работа также определяется программами, но тип программ и их реализация это совершенно другое, чем то, что мы наблюдаем в вычислительной технике.
Для понимания сути вопроса по моделированию работы мозга автор в данной статье представляет собственную теоретическую модель его физиологии. Модель построена с опорой на известные на сегодня данные из области нейрофизиологии, а также на законы физики и биологии. Также приведены соображения по созданию технических моделей биологических нейронных систем (БНС) на основании озвученных выводов. Это позволит проверить предлагаемую модель физиологии мозга.
1. О принципах работы БНС.
Примитивная нервная система далеких предков есть исходная эволюционная точка развития нашего мозга. Это значит, что та древняя простейшая структура уже имела необходимые свойства для того, что бы развиться до мозга человека. Это свойство заключается в физиологии нейрона.
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 в приложении к биологическим структурам. Любой нейрон, способный к разряду мембраны, является носителем свойства ИММВ. Эволюция всех биологических нейронных систем проходила на основе фактора ИММВ. Что такое свойство ИММВ? 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 приходящего на нейрон сигнала. Снижается меньше пороговой величины.
Фактор уровня мощности (времени) приходящих воздействий на мембрану нейрона критически важен потому, что на его мембране непрерывно работает механизм нейтрализации этих воздействий, физических и химических. Это «К - Na насос» - система постоянного восстановления электрического потенциала мембраны клетки.
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 отдельного нейрона, но также и главная характеристика работы нейронных систем в целом. Это физиологический фундамент работы БНС вообще. Так как фундамент в одном органе может быть лишь общим. Как единичные нейроны так и более сложные нейро структуры не могут работать в одном органе по разным правилам.
На уровне отдельных нейронов работают лишь самые примитивные типы нейросетей. В ходе эволюции происходило постоянное усложнение нейро структур. Природа на самых ранних этапах эволюции мозга начала создавать многоклеточные структуры из отдельных нейронов.
Вновь создаваемые структуры мозга могли работать только так же как и отдельные нейроны, то есть на основе принципа ИММВ.
И если мозг образован как одноклеточными так и многоклеточными структурами следует вывод, 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 часть нейронов в зрелых типах нейросетей это исходные единицы для построения более сложных типов морфо- функциональных элементов. Отсюда вывод.
Простейшей действующей единицей мозга является морфо- функциональный элемент, а его неотъемлемые характеристики — ИММВ + неделимая функция. Эти характеристики имеют все функциональные элементы в составе любой БНС.
Морфофункциональный элемент (МФЭ) - основная структурная единица мозга. Также это есть простейшая мини программа.
МФЭ - 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.
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. 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.
Природа создавала элементы мозга в соответствии с функциями, которые обеспечивали выживание их хозяев. Таких главных функций две - функция восприятия сигналов и функция управления мышцами и железами. Соответственно этому правилу все элементы мозга относятся к элементам восприятия или элементам управления. Нейроны, воспринимающие сигналы среды и которые мы по привычке называем рецепторами являются элементами восприятия первого порядка. ГМ имеет элементы восприятия и более высоких порядков и в гораздо больших количествах. Элементы управления это мотонейроны и другие более сложные двигательные структуры.
Очередность активаций элементов в системе определяется характером межнейронных связей.
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 одно- и много- клеточных функциональных элементов «на взводе», входящих в состояние саморазряда при поступлении на эти элементы воздействий необходимой мощности.
Любой функциональный элемент ГМ это по сути простейший нейрон первичной БНС, прошедший эволюционные изменения и получивший новые структуру и функцию при прежней физиологии.
Мозг работает на основе функции ИММВ потому, что он такое же программное устройство, но не цифрового, а биологического типа. Работа мозга определяется рецепторными и двигательными программами, которые при этом «вшиты» в структуру его элементов.
Таким образом работа мозга есть поочередная и выборочная активация набора функциональных элементов, то есть мини программ, по технологии ИММВ из общей их суммы на конкурентной основе.
Уважаемые коллеги, изложенная выше физиология мозга может показаться вам слишком простой. Но она и не может быть сложной. Она такая же как в простейших БНС. Законы физиологии не позволят поменять её в ходе эволюционных преобразований. Так как самые древние и самые новейшие структуры нашего мозга «обязаны» работать по одним и тем же принципам. По тем же, по которым работают единичные нейроны.
Рефлексы - это сумма врожденных, данных природой животному элементов восприятия и управления. Обучение это процесс формирования в ГМ новых многоклеточных элементов на созданных для этой цели в ходе эволюции нейро структурах.
Поскольку в биологии в основе всего лежит структура, то и знания человека это также сумма накопленных за период жизни многоклеточных элементов мозга. Сознание человека это результат работы сформированных в ГМ его нейро структур.
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 нейро структуры скрыты от нас в паутине межнейронных связей. Увеличение массы мозга и его объема в ходе эволюции объясняется накоплением числа программных элементов и созданием нейронных структур для формирования на их основе подобных элементов.
Главное направление развития мозга, сыгравшее основную роль в появлении природного интеллекта это растущая интеграция первичных и других сенсорных фрагментов во все более крупные сенсорные блоки с присвоением каждому индивидуального двигательного кода. Это разработчикам интеллекта искусственного.
Желающих более детально разобраться с работой мозга и эволюцией биологических нейронных систем на основе технологии ИММВ автор отсылает к своей работе «Настоящая физиология головного мозга». (Вконтакте, Врачи РФ).
2. Элементы в системах ИММВ.
Анатомы изучили мозг, но не смогли понять принцип его работы. Классический подход в данном случае оказался бесполезен. Попробуем подход программно - элементный.
Программные элементы мозга многоклеточного характера это предполагаемые, еще не открытые наукой образования с неизвестной структурой. Но их познание ограничено лишь нашей научной фантазией.
Структура рецепторного многоклеточного элемента возможно напоминает раскинутую в «нейронном лесу» своеобразную «ловчую сеть» форма и контакты которой позволяют «уловить» именно нужный специфический сигнал среди всех проходящих мимо импульсов. В случае поступления необходимой суммы сигналов на все нейронные контакты такой «сети» происходит активация данного рецептора на основе функции ИММВ и передача воздействий на тот элемент управления, с которым уже установлена связь. Таким образом форма рецептора - сети в нейронном пуле определяет качество воспринятого сигнала.
Формирование рецепторных элементов мозга и установление устойчивых связей внутри и между элементами есть результат перестройки синапсов. Рецепторы подобных порядков в первую очередь могут формироваться в участках наибольшей нейронной активности, формируя его структуру, буквально из «нейронного хаоса» за счет перестройки синапсов и улучшения проведения импульса между клетками.
Возможная структура элементов управления это цепочки нейронов различной конфигурации, по которым проходит волна деполяризации и последовательно активирует контактные нейроны и мышечные волокна. Конфигурация нейронной цепочки задает набор и характер двигательных команд. Или другими словами конфигурация нейронной цепочки и есть конкретная двигательная программа, «вшитая» в ее структуру.
Почему появились двигательные системы мозга и как они связаны с элементами управления?
Мотонейроны двигательных систем мозга это вынесенные в отдельные образования в ходе эволюции повторяемые части элементов управления, напрямую связанные с органами - исполнителями.
Такой ход эволюции позволил оптимизировать структуру мозга, уменьшить массу и объем и улучшить его работу. Двигательные системы мозга, ставшие постоянной структурой, образовали часть его «скелета». Это позволило в дальнейшем ходе эволюции формироваться новым элементам управления и восприятия уже на основе этих новых постоянных двигательных структур.
Что касается проявления высших психических функций. Они могли появиться только на основе тех же фундаментальных процессов мозга, что и остальные. Иначе и быть не могло. Это все те же самые элементы восприятия и управления, но в наиболее сложной форме. Весьма вероятно, что данные сложные структуры мозга состоят по большей части из более простых элементов - программ, что может напоминать некоторым образом создание сложных программ в вычислительной технике.
Разработка в нейрофизиологии новых методов исследования даст и новые возможности в изучении мозга. А прежде чем что-то начать искать желательно хотя бы приблизительно представлять что искать. И вот тут может помочь предлагаемая автором точка зрения.
А в ожидании появления новых возможностей в исследовании мозга можно обратиться к проверенному методу, такому как техническое моделирование. Этот метод может подсказать немало новых идей в изучении мозга. Вот возможные шаги в этом направлении.
3. Сборка системы ИММВ.
Мозг есть программное устройство биологического типа, работающее на основе выборочной активации программных элементов. Функции мозга задаются программами, «вшитыми» в структуру элемента.
Как может выглядеть сборка систем БНС? Сначала создается двигательный «скелет» системы, а далее к двигательным структурам «подшиваются» рецепторные и двигательные элементы. В итоге получаем систему ИММВ технического типа. Расширение таких систем возможно с любой её точки.
При сборке систем такого типа первоочередная задача это создание набора команд из элементов управления и обеспечение их согласованной работы. Интеграция элементов управления в системе ИММВ это главное условие её формирования. К одним и тем же исполнительным органам мы можем привязать вообще то любое количество таких элементов. Условие их правильной работы одно- при своей активации они должны оказывать на другие подобные элементы тормозящие влияния в случае функционального конфликта, либо активирующие, в случае когда работа двух и более элементов управления обеспечивает выполнение более сложного действия. То есть такие элементы по функции будут антагонисты или синергисты.
Со стороны рецепторных элементов взаимных тормозящих воздействий и интеграции их в компактные структуры не требуется.
Простейший элемент в таких искусственных системах будет генератор стандартных импульсов с изменяемой частотой. Частота импульсов должна быть обусловлена интенсивностью сигнала, ориентировочно от 0 до 1000. Элемент должен иметь блоки восприятия и суммирования по мощности приходящих воздействий с возможностью отсекания сигналов менее пороговой мощности. Различные модификации элементов и их объединения превращают последние в рецепторные или двигательные структуры с разными программами. Создание технических систем БНС это конструктор из подобных мини программ - элементов.
По мере реализации подобного технического проекта детали и нюансы его будут становиться все более ясными. Появится понимание морфологии структур, и их взаимодействий, необходимых для работы БНС.
Заключение.
1. Программирование - ключевое слово для понимания принципов работы мозга. Мозг животных это «программное устройство» биологического типа с теми же основными функциями, что и другие ему подобные.
2. При создании этого органа природа использовала создание рецепторных и двигательных мини программ, «вшитых» в структуру МФЭ.
3. Для выборочной активации данных структур - мини программ, то есть МФЭ мозга природа применила технологию ИММВ.
4. По технологии ИММВ происходит активация как отдельных нейронов так и более крупных образований мозга.
5. Моделирование на принципах ИММВ в настоящее время доступно и будет являться новым направлением развития в технике. Системы биологического программирования имеют как свои сильные стороны, так и слабые. Как и все остальные программные устройства.
6. Накопление и усложнение в системе ИММВ программных элементов это прямой путь к появлению высших психических функций. При этом свобода действий обладателя такой системы возрастает в максимальной степени.
