Н. Вінер і біологія

Н. Вінер і биология

Бечин Сергію Веніаміновичу, р. Северодвинск Когда математикам і інженерам вдалося вперше створити технічні устрою, які могли моделювати деякі функції мозку, встав закономірне запитання — чого ж насправді працює наш головний орган? Нині відомий лише одне вид програмування — математичне. На його основі працюють все обчислювальні устрою — від побутових калькуляторів до сучасних суперкомпьютеров.

Суть математичного програмування у цьому, що у обчислювальне пристрій (процесор) вводиться інформація, представлена як набір чисел, і навіть набір команд — як програми. Підкоряючись правилам алгебри логіки й командам програми, процесор виробляє обчислення, і виході маємо самі цифри, але вже інший комбінації. Оскільки навколишній світ представлений не цифрами, а фізичними і хімічними явищами, то реальний сигнал перед обробкою може бути «оцифрований», тобто отримати математичний символ.

Таким чином, математичним називається програмування, у якому сигналу спочатку присвоюється цифровий код, та був він піддається перетворенням обчислювальному устрої відповідно до командами програми. Команда — це математичне дію, або сукупність таких дій. Для «машинного зручності» обчислення відбуваються в двоичной системі. Оскільки всю інформацію проходить через процесор, то природно, що його швидкодія є важливим характеристикою будь-який машины.

Преобразуя сигнали від і уявних об'єктів в набори цифр, і виконавши із нею обчислення за правилами алгебри логіки, вдається ставити необхідні параметри і алгоритми щоб одержати очікуваних результатов.

В 1943 р. американський фізіолог У Маккаллок із групи М Вінера висунув ідею формального нейрона. Прозвучало припущення, що нейрон — це граничний елемент, має на вході кілька гальмівних чи збудливих синапсів, але в виході, залежно від суми вступників впливів — сигнал або його відсутність, тобто нуль чи одиницю. Та щойно з’являються нулі і одиниці, виникають і математики, відповідно, намагаються побудувати математичне програмування. Отже, «технарі» півстоліття намагаються по-своєму витлумачити принципи роботи нервової системи та головного мозга.

Однако, хоч і побудовано нейронные мережі різних типів (бінарні, аналогові і ін.), виконують широкий клас математичних операцій, розуміння роботи мозку це принесло. Усе-таки мозок — не калькулятор і навіть компьютер.

Тем щонайменше, глибоко шануючи обчислювальної техніки, слід визнати, що став саме вона дозволяє нині найповніше моделювати наші деякі функції мозку. А роботи у сфері штучного інтелекту розглядаються як нового рівня програмування. І це явище, природно, невипадково. Мозок — це орган, створений природою керувати всім тілом. І він справді має різні програми сприйняття й поведінки. Програмування — ключове поняття, що дозволяє дати раду принципах роботи нервової системи. І ось основа створення та її реалізації програм, у тваринний світ зовсім інше, ніж те, що застосовується у машині. Це пов’язано з одним простим правилом, яке дотримується в біології завжди — відповідність структури та функції. Певна задана структура задає тільки один функцію. Це викликано тим, що таке життя в основі - це сукупність хімічних реакцій. Усі фізіологічні функції організму реалізуються у вигляді тих чи інших хімічних реакцій. А хімічні реакції, як відомо, явища специфічні. Нейронный імпульс — основа роботи нервової системи — є фізіологічна функція клетки.

Если вся обчислювальної техніки дбає про основі математичного програмування, у якому функція процесора визначається заданої в момент часу програмою і навіть між програмою і процесором немає жодної жорсткої зв’язку, то переважають у всіх тварин системах реалізується принцип структурного программирования.

Под структурним програмуванням автором розуміється спосіб записів програм сприйняття й поведінки (і мислення зокрема) на нейронних ланцюжках різної конфігурації. Ці ланцюжка утворені не формальними, а реальними, тобто спеціалізованими нейронами.

Использование нейронних ланцюгів різної конфігурації як носіїв сенсорно — рухових програм — єдино доступний спосіб живими системах. І це зближує його з генетичними програмами, у яких інформація про хімічних реакціях організму, (відповідно і фізіологічних), записана ланцюжками повторюваних ділянок молекул у різних поєднаннях. У цьому вся — головна відмінність мозку від обчислювальних машин, працівників основі цифрових маніпуляцій.

Построение нейронних мереж, і їхньої роботи за законами структурного програмування від початку відмінні від правил, якими і працюють цифрові програмні устройства.

Представление нейронних ланцюгів як носіїв програмних одиниць дозволяє зрозуміти формування мозку в філогенезі і пояснити розвиток основних його функцій до свідомості. У цьому є достатньо жорстка зв’язок між структурою нейронної кайдани й посадили обумовлених нею руховим відповіддю чи сприймаються як сигналом.

Основные принципи структурного програмування і філогенез мозку як процес вдосконалювання і взаємодії регуляторних програм різних напрямів автор викладав у свою роботу; «Еволюція нейронних систем». (Вишлю на запит електронною поштою, зазначте адрес).

(Первичные недиференційовані нейрони у процесі еволюції розділилися на дві функціональні групи. Клітини першої групи — рецептори — перетворять впливу середовища в нейронный імпульс — сигнал. Клітини другої групи — рухові нейрони (процесори) — перетворять сигнал з рецепторів в набір команд, вступників на м’язи та інші виконавчі органи. У результаті еволюції йшла розбіжна спеціалізація нейронів у кожному з цих груп, але початкове розподіл на рецептори і процесори збереглося. Усі наші найскладніші органи почуттів та все найскладніші регулятори рухових комплексів не що інше, як ускладнені одноклітинні рецептори і рухові нейрони. У цьому принципова схема нервової системи та мозку всіх тварин за процесі еволюції не змінилася).

Специфичность функції рецепторів і процесорів визначається, у перших, індивідуальністю конфігурації (структури) нейронної мережі, тоді як у других, функціональної приналежністю які входять у нейронну ланцюг нейронов.

Особенности регуляторних систем, побудованих з урахуванням структурного програмування, полягають у следующем;

Прямое (без «оцифровки») перетворення впливів середовища в сигнал. Розряд будь-якого нейрона в сенсорних відділах мозку — і є специфічний сигнал. Рецептори якості перетворять в сигнал химико-механические впливу середовища на нейрон. Рецептори наступних шарів в рецепторних системах перетворять в сигнал спільне вплив двох і більше попередніх нейронів. Говорити про сигнальному значенні нейронного імпульсу можна лише із зазначенням конкретного місцеположення нейрона в нейронної ланцюга. Поза ланцюга нейронный імпульс втрачає всякий сигнальний сенс.

Увеличение кількості нейронів в рецепторних відділах мозку дозволяє ускладнювати сприймалася сигнал («бачити» складніший об'єкт). Теж саме рухових відділах мозку дозволяє ускладнити комплекс вроджених або придбаних дій.

Прямое участь будь-якого сприйманого сигналу у формуванні рухового відповіді. Функціональна готовність будь-який програми (непотрібен завантаження) як і слідство, — висока швидкість роботи нервової системи.

Изменение конфігурації нейронної ланцюга, як і рецепторних, і у процессорных відділах мозку змінює як сприймалася сигнал, і руховий відповідь.

Сравним — в комп’ютерах сигнал представлений, у перших, як електричного імпульсу, тоді як у других, і найголовніше, з імпульсів формується цифровий код (набори нулів і одиниць на різних поєднаннях), що дозволяє один сигнал від іншого. У нервової системи сигнал представлений нейронным імпульсом і навіть все нейронные імпульси формою еквівалентні одна одній. Власне ж значення сигналу визначається місцезнаходженням нейрона в нейронної сіті й його функціональної приналежністю. Частота і кількість імпульсів для кодування сигналу значення немає, а визначають лише інтенсивність сигналу, та й лише приблизительно.

Процессор — це теж нейронна ланцюг різної конфігурації. Довжина кайдани й посадили швидкість нейронного імпульсу визначають час реалізацію програми, а конфігурація ланцюга — набір видавали команд. Для нервової системи поняття «програмне забезпечення» і «структура процесора», «структура рецептора» — эквивалентны.

Главное відмінність мозку будь-якого тваринного, включаючи людини, від комп’ютера у тому, що у мозку відбуваються лише дві процесу — формування сигналу і рухового відповіді. Ніяких обчислень мозок не виробляє, коли ми займаємося математикою. У комп’ютері ж, хоч би завдання не виконував, крім рахункових операцій щось происходит.

В ніж явно програють нейронные системи регуляції цифровим — то це по складності формованих рухових програм. Жоден нейропроцессор неспроможна утримувати стільки команд, скільки розмістити у однієї комп’ютерної програмі. Усі складні дії тваринного складені як ланцюг коротких рецепторно — процессорных комплексів, — тобто програмних фрагментів, узгоджених з сигналами довкілля чи положеннями тіла. Втім, природа вже провела експеримент по ускладнення рухових програм без рецепторного супроводу. Йдеться комах. Ці тварини здатні виконати складний «комплекс фіксованих дій» при активації його адекватним сигналом. Але наскільки безпорадними, або навіть просто шкідливими стають інстинкти при змінених умовах середовища, напевно, знає чимало. Отож генеральна лінія в розвитку регуляторних систем, обрана природою — провідна роль сигнального фактора.

Отсюда напрошується висновок, що системи математичного програмування — це лише допоміжний інструмент для систем структурного програмування. Таке становище існує тут і, швидше за все, збережеться у майбутньому. Швидкість рахунки і набори команд ніякого значення для зародження інтелекту не имеют.

Вероятнее всього, майбутнє за автомобілями і літаками, здатними «побачити й чути» приблизно таке ж, як у тварин. Тоді помилку пілота чи неуважність водія машина зможе виправити сама, рятуючи у своїй багато людські життя. З статистики відомо, у світі щороку відбувається один мільйон автокатастроф, а 85% всіх авіакатастроф трапляються з вини пилотов.

Автор сподівається, що у статті міркування зацікавлять фахівців із біоніці і інформатики. Початок практичних робіт зі створення регуляторних систем з урахуванням структурного програмування означатиме відкриття нового напрями у інформатики. Дослідження саме тут напрямі дозволить у повною мірою у технічних пристроях всі функції людського мозку, і навіть допоможуть людині зрозуміти багато таємниць його психики.

Проработанность цієї теми автор така, що дозволяє розпочати їх реалізацію систем структурного програмування в технічних устройствах.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.