Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Устройство и принцип на действие на биологичен неврон

<== предишна статия | следващата статия ==>

Биологичният неврон се състои от тяло с диаметър от 3 до 100 микрона, съдържащо ядрото и процесите. Разпределете два вида издънки. Аксонът обикновено е дълъг процес, адаптиран за провеждане на възбуждане от тялото на неврона. Дендрити - като правило, кратки и силно разклонени процеси, които служат като основно място на образуване на възбудителни и инхибиторни синапси, засягащи неврон (различни неврони имат различно съотношение на дължината на аксона и дендритите).

Невронът може да има няколко дендрита и обикновено само един аксон. Един неврон може да има връзки с 20 хиляди други неврони. Човешката мозъчна кора съдържа десетки милиарди неврони.

Биологичният неврон е съществен елемент от клетките на нервната система и строителния материал на мозъка. Невроните съществуват в няколко форми, в зависимост от тяхното предназначение и местоположение, но като цяло те са сходни по структура.

Фиг. 12.4 Невронова диаграма

Всеки неврон е устройство за обработка на информация, което приема сигнали от други неврони чрез специална входна структура, състояща се от дендрити. Ако общият входен сигнал надвишава праговото ниво, клетката предава сигнала по-нататък на аксона и след това към изходната сигнална структура, от която се предава към други неврони. Сигналите се предават с помощта на електрически вълни. (По време на живота на човека броят на невроните не се увеличава, но броят на връзките между тях нараства в резултат на обучението).

Човешките сетива се състоят от голям брой неврони, свързани с множество връзки. Чувственият орган включва рецептори и пътеки. В рецепторите се формират електрохимични сигнали, които се разпространяват със скорост от 5 до 125 метра в секунда. Рецепторите кодират различни типове сигнали в един универсален честотно-импулсен код.

Броят на нервните импулси за единица време е пропорционален на интензивността на експозицията. Органите за чувствителност имат долна и горна граница на чувствителност. Реакцията (Е) на човешките сетивни органи към интензивността (Р) на дразненето може да бъде приблизително представена от закона на Вебер-Фехнер:

, (12.3)

Очевидно, ако вземем под внимание влиянието на шума, тогава можем да стигнем до формулата на Шанън, която ни позволява да оценим информационната способност на такъв сензорен орган. Чрез обучение и обучение можете да увеличите разделителната способност на сетивата. Освен това, човек може да разграничи комбинация от честоти и амплитуди до степен, която не е достъпна за съвременните технически средства. Но сетивата функционират в ограничен диапазон от честота и амплитуда.

При прехода към възбуденото състояние в изходния процес (аксон) се генерира възбуждащ импулс, който се разпространява през него със скорост от 1 до 100 m / s; В основата на процеса на размножаване е промяната на локалната проводимост на аксонова мембрана по отношение на натриевите и калиевите йони. Няма директни електрически връзки между невроните. Прехвърлянето на сигнала от аксона към входящия процес (дендрит) на друг неврон се извършва химически в специална област - синапса, където краищата на двете нервни клетки се приближават една до друга. Някои от синапсите са специални, генериращи сигнали за обратна полярност за заглушаване на възбудителни сигнали.

В момента интензивно се изучават и глобалните аспекти на мозъчната дейност - специализация на големите му площи, функционални връзки между тях и др. В същото време, малко се знае за това как информацията се обработва на междинното ниво, в областите на невронната мрежа, съдържащи само десетки хиляди нервни клетки.

Понякога мозъкът се оприличава на колосален компютър, който се различава от обичайните компютри само със значително по-голям брой съставни елементи. Смята се, че всеки възбуждащ пулс носи единица информация, а невроните играят ролята на логически превключватели по аналогия с компютър. Този възглед е грешен. Мозъчната работа се основава на напълно различни принципи. Тя няма твърда структура на връзките между невроните, която би била подобна на електрическата верига на компютъра. Надеждността на отделните й елементи (неврони) е много по-ниска от елементите, използвани за създаване на съвременни компютри. Дори и унищожаването на такива зони, които съдържат доста голям брой неврони, често почти не засяга ефективността на обработката на информация в тази област на мозъка. Част от невроните умират по време на стареенето. Никой компютър, изграден въз основа на традиционни принципи, няма да може да работи с такива големи щети.

Съвременните компютри извършват операции последователно, една операция на часовник. Номерът се извлича от паметта , поставена в процесора , където се извършва някакво действие в съответствие с инструкцията, продиктувана от програмата , и резултатът отново се съхранява в паметта. Общо казано, когато се изпълнява отделна операция, електрическият сигнал трябва да се движи на определено разстояние по протежение на свързващите проводници, което може да ограничи скоростта на компютъра.

Например, ако сигнал премине на разстояние 30 cm, тогава честотата на повторение на сигнала не трябва да надвишава 1 GHz. Ако операциите се изпълняват последователно, тогава ограничението на скоростта на такъв компютър няма да надхвърля един милиард операции в секунда. В действителност, скоростта, в допълнение, е ограничена от скоростта на реакция на отделните елементи на компютъра. Следователно скоростта на съвременните компютри е доста близо до теоретичната граница. Но тази скорост е абсолютно не е достатъчно, за да организира управлението на сложни системи, решаването на проблеми на "изкуствен интелект" и др.

Ако разширите горните разсъждения за човешкия мозък, резултатите ще бъдат абсурдни. В крайна сметка, скоростта на разпространение на сигнали през нервните влакна е десетки и стотици милиони пъти по-малко, отколкото в компютъра. Ако мозъкът работеше на принципа на съвременните компютри, теоретичната граница на нейната скорост беше само хиляда операции в секунда. Но това очевидно не е достатъчно, за да обясни значително по-високата ефективност на мозъка.

Очевидно, мозъчната дейност е свързана с паралелна обработка на информацията. Към днешна дата организацията на паралелните изчисления вече се използва в компютрите, например с матрични процесори, които са мрежа от по-прости процесори, които имат собствена памет. Техниката на паралелните изчисления е, че елементарният процесор "знае" само за състоянието на своя малък елемент на околната среда. Въз основа на тази информация, всеки процесор изчислява състоянието на своя елемент в следващия момент във времето. В същото време няма ограничение на скоростта, свързано със скоростта на разпространение на сигналите. Работата на матричния процесор е стабилна по отношение на локалните повреди.

Следващата стъпка в развитието на идеята за паралелни изчисления беше създаването на компютърни мрежи. Този вид "общност" на компютри прилича на многоклетъчен организъм, който "живее собствения си живот". В същото време функционирането на компютърна мрежа като общност от компютри не зависи от това как се подрежда всеки отделен компютър, или от това какви процеси в него се предоставят. Можем да си представим мрежа, състояща се от много голям брой примитивни компютри, способни да изпълняват само няколко операции и да съхраняват в паметта си моментните стойности на няколко величини.

От математическа гледна точка такива мрежи, състоящи се от елементи с прост репертоар от реакции, обикновено се разглеждат като клетъчни автомати . Мозъкът е много по-близък по принцип до работа и структура с матричния процесор, отколкото до традиционния компютър с последователно изпълнение на операции. Съществува обаче фундаментална разлика между човешкия мозък и всеки паралелен компютър. Факт е, че невронните мрежи на мозъка изобщо не са заети с никакви изчисления. Абстрактното мислене (обработка на числа и математически символи) е вторично по отношение на основните механизми на мозъка. Трудно е да си представим, че когато например котка улови птица в скок, мозъкът му решава за секунди система от нелинейни диференциални уравнения, описващи траекторията на скока и други действия.

По този въпрос можем да цитираме следното изявление на А. Айнщайн: „Думите и езикът очевидно не играят никаква роля в механизма ми на мислене. Физическите субекти, които в действителност очевидно са елементи на мислене, са определени знаци и повече или по-малко ясни образи, които могат да бъдат произволно възпроизведени и комбинирани ... Обикновените думи трябва да се избират само на втория етап ... ”.

Мозъкът работи като колосална "аналогова" машина, където светът около нас се отразява в пространствено-времевите структури на невронната активност. Подобен механизъм на мозъка може естествено да възникне в хода на биологичната еволюция.

За най-простото животно, основната функция на нервната система е да превърне усещанията, причинени от външния свят, в специфична двигателна активност. В ранните етапи на еволюцията връзката между усещането за образ и движението на изображението е пряка, недвусмислена и наследена в оригиналната структура на връзките между невроните. На по-късен етап тази връзка става по-сложна, появява се способността за учене. Образът-усещане вече не е строго свързан с плана за действие. Първо, това е междинна обработка и сравнение с изображенията, съхранени в паметта. Междинната обработка на изображенията става все по-сложна, докато се движите нагоре по еволюционната стълба. В крайна сметка след дълго развитие се формира процес, който наричаме мислене.

За разпознаване на образи може да се използва принципа на клетъчния автомат. Системата има асоциативна памет, ако при подаване на дадена картина на входа, тя автоматично избира и подава картина, която се съхранява в паметта, най-близо до нея.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Методи за изследване на наноматериали и наноструктури

Устройство и принцип на работа на електростатични и магнитни лещи

Практическо приложение на атомно силовия микроскоп

Архитектура на конзолни сензори и системи за наблюдение на положението на конзоли

Предавателен електронен микроскоп

Приложение на свръхпроводниците в измервателната техника

Физически характеристики на прехода от микро към наноустройства

Перспективи за използване на микроустройства в сензорни мрежи

Концепциите на експертната система и изкуствената невронна мрежа

Физични основи на методите на рентгеновия анализ

Сравнителни характеристики на аналитичните възможности на различни типове имуносензори

Използването на хаос за предаване на информация по комуникационни линии

Тунелна микроскопия.

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 11158

11.45.9.53 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .