Нейронные модели мышления

Модельное мышление.

Существует область знаний, которая называется нейрофизиологией. Она занимается изучением нервных клеток (нейронов), их строения, их мембран, ядер, митохондрий, дендритов, синапсов, аксонов и т.д. Учёные снимают электроэнцефалограммы, пытаются определить географию мозга, и области активности, отвечающие за какой-либо вид деятельности. Существует область знаний, которая называется психологией. Она занимается человеком, как таковым, делит людей на группы по образу мышления и поведения, тестирует их, фиксирует нормальные типы и отклонения от них и пытается методом аналогии или статистическими методами прогнозировать поведение человека и на этой основе объяснять мыслительную деятельность. Нейрофизиологические модели слишком подробны и поэтому не конструктивны, а психологические слишком абстрактны и недостаточно точны для адекватного отражения процессов мышления. Между этими двумя областями существует разрыв, т.к. ни одна из них не объясняет механизмов возникновения интеллекта, физических и биологических механизмов работы памяти, физики и энергетики работы мозга, мотивации и механизмов развития процессов мышления. Известно, что все прорывы в науке возникали на стыке различных областей знаний. В связи с последними достижениями в области информатики и компьютерных сетей, изучения физики работы нейронных сетей мозга и в области психологии можно предположить, что на этом стыке может возникнуть прорыв, который позволит объяснить работу механизмов развития процессов мышления, особенности работы физических и биологических механизмов работы памяти и принципы возникновения интеллекта.

Давайте рассуждать. Из чего состоит мозг? Из нервных клеток – нейронов. Что умеют делать нейроны в процессе мышления? Только одно - организовываться в нейронные сети, связывающие их друг с другом, и пропускать по ним биоэлектрические сигналы, связывающие их с сенсорикой (органы зрения, слуха, осязания, обоняния - нейроны с их дендритами, синапсами и аксонами) и с моторикой. Как происходит эта организация? Мозг представляет собой большую сеть нейронов. Восприятие мозгом реальных объектов и явлений внешнего мира является отражением на определенном уровне точности отдельных фрагментов сети внешнего мира (мир, в конечном, счете един) на сетевую структуру мозга, т.е. созданием нейронных моделей («паттернов», «мыслеформ»), поведение которых подобно поведению реальных объектов. И не нужно никакой, описывающих их математики, не нужно алгоритмов и программ, описывающих их работу,- ведут себя «подобно» и все! Как модель моста из спичек, которая ведет себя подобно и ломается там же, что и реальный деревянный мост из бревен. При этом для согласования количественных результатов и переноса масштабов поведения применяется теория размерности и подобия. Таким образом, помимо физических, математических и имитационных моделей в работе предлагается ввести новый класс моделей – нейронные модели. Заметим, что и первые, и последние отображают свойства и поведение реальных объектов всегда с определенной точностью, определяемой глубиной наших знаний о реальных объектах и явлениях и их отношениях.

Потом одни модели в мозге связываются с другими, и таким образом постепенно в мозге из нейронов создается модель внешнего мира. При этом можно обобщить и сказать, что у каждого человека в голове существует своя виртуальная модель мира, и что вся наша наука в определённой степени субъективна и фантазийна, поскольку она «придумана» и описывает внешний мир каждого субъекта всегда на определённом уровне абстракций и всегда с какой-то точностью. Думаю, что все известные предсказатели по сути были блестящими аналитиками, «модельерами», умеющими описывать у себя в мозге внешний мир и свойства субъекта достаточно точными нейронными моделями, а потом «проигрывать вперед» эти модели. Что же нас объединяет в общем понимании внешнего мира? - Обратная связь с реальностью! Но субъективность (из-за генетики, образования, предыстории, не способности принять чужую точку зрения, «договориться» и т.д.) все равно остается. Однако, в науке практика всегда оставалась и остается «критерием истинности».

Вопросы о подобии, точности (уровне абстракции и детализации), причинах и механизмах создания, связывания и активности нейронных моделей мало исследованы и заслуживают особого внимания. Мы же, говоря о точности, будем иметь в виду способность мозга на основе некой полученной идеальности (информации) строить из нейронов, устраивающие нас модели (реальности) систем внешнего мира и прогнозировать дальнейшее поведение этих систем для получения в реальности преимущества опережающего управления. Если точность модели перестаёт нас устраивать, то мозг пытается расширить или заменить данную модель на более точную. Например, заменяет модели законов Ньютона на модели законов Эйнштейна, модели законов Ома на модели законов Максвелла, создаваемую программу или алгоритм на более точные программы или алгоритмы и т.д. А что значит «перестает устраивать»? Каков и где находится тот функционал, тот «внутренний голос», который говорит нам о достаточности достигаемой на данный момент точности. Пока не определена его физическая природа, я буду называть этот функционал «Самочувствием». В мире постоянно идет борьба между живыми организмами за лучшее Самочувствие и постоянно идет совершенствование средств этой борьбы. Живой организм – это некоторая обособленность, имеющая свое единое Самочувствие, управляющее поведением этого организма как некоторой целостностью. Живое в самой главной своей сути – это способность ощущать «боль» и «радость» и способность к «Саморемонту», умению себя ремонтировать. Для неживого прочность внутренних связей намного больше величины внешних возмущающих воздействий и им «саморемонт» не требуется. Можно предположить, что в природе все стремится не только к выживанию, а и к улучшению Самочувствия. Малые живые организмы со своим Самочувствием могут объединяться в большие сложные организмы со своим Самочувствием, часто не согласующимся с самочувствием входящих в них малых. Наличие противоречий между интересами целого и частей и стремление к их гармонизации и являются главной причиной развития, усложнения и совершенствования организмов. Наверное, это стремление к оптимизации определяется какими-то более общими природными законами, например, принципом «минимума действия». При введении функционала Самочувствие при наличии мертвых «материи», «энергии» и «информации» природа оживает,- появляется мотивация, направленность движения, развития. Нужно отдавать себе отчет, что этот функционал, как и все остальное в наших знаниях о природе, тоже относителен и субъективен и должен уточняться в зависимости от типа объекта и внешних условий. Утилитарно, при применении к человеку это: F(«Я», «Семья», «Работа», «Деньги», «Страна», «Друзья», «Популяция» и т.д.). Параметры и коэффициенты можете добавлять и расставлять сами.

Меня с детства занимал вопрос: куда и как «перематываются» и запоминаются «кадры» при восприятии различных изображений на одну и ту же сетчатку или восприятия звуков ухом. Изучение научной литературы и дальнейшее осмысление проблемы привело меня к созданию следующей модели. Воздействие на нашу сенсорику (зрение, слух, обоняние - нейроны с их дендритами, синапсами и аксонами), можно представить себе, как рост в мозге из разных корней нейронных "деревьев знаний". И так много раз и все в одном и том же объёме мозга,- только разные корни и деревья соответственно разные. Деревья кратковременно запоминаются в каком-то одном из центров мозга, как голограммы в кристалле. Например, для зрения в гипофизе, непосредственно связанном с сетчаткой. Эти деревья живые и постоянно изменяются и «прорастают» от более абстрактных к более детальным при повторении и уточнении. Далее к ним по пути от эмоционального и речевых центров (Брока и Вернике) прирастают ветви других деревьев, тормозящие или поощряющие их работу и играющие роль фильтров. И эти деревья живут, то сворачиваясь, то разрастаясь, то укрепляясь при повторениях. Повторения сопровождаются «узнаванием» - облегченным прохождением по ранее «проложенным руслам». При многочисленных повторах или «усиленного» эмоциональным центром восприятия дерево прорастает в «большой мозг» для более длительного хранения в постоянной памяти. Далее дерево растёт, включая в работу нейроны моторики и запуская их при превышении порогов накопления особых биохимических веществ на мембранах. Таким образом создается "Лес знаний" - модель мира. Этот лес живой,- он постоянно шумит и упорядочивается, загрубляя излишне детальные и уточняя более абстрактные модели для оптимизации потребляемого мозгом питания. Работа эта является ритмичной, поскольку ритмичная работа энергетически "выгоднее" хаотичной,- отсюда и влияние на работу мозга природных ритмов и музыки. Можно представить себе, что проводимость корней, стволов и ветвей из-за постепенного их засорения изменяется с возрастом. Отсюда следует, что старение - это прежде всего старение мозга. Возникает запаздывание реакции при необходимости саморемонта и «отказ» по генетическому или «приобретенному» слабому месту (болезнь и смерть).

Поскольку одни деревья леса знаний получают сигналы не только от корней, а и от листьев на пересечении с другими деревьями (синапсов), то лес можно заставить "зашуметь" при внешнем или внутреннем воздействии на корни и листья одного или нескольких деревьев. Нейронов в мозге очень много (по разным оценкам от 1011 до 1012). Питание и поощрение (глюкоза, энзимы и т.п.) определяется их работой и поступает к ним в весьма ограниченных количествах. Для того, чтобы выживать, получать поощрение и улучшать самочувствие в условиях ограниченных ресурсов, нейроны стараются максимально помогать друг другу, используя то свойство, что после срабатывания (акта генерации) потребности в ресурсах у них резко снижаются. При этом срабатывая, они пытаются “запустить” в работу все схожие цепочки нейронов и цепочки, с которыми они как-то были связаны. Внешне мы воспринимаем это, как проявление воспоминаний.

Одной из основных задач мозга является гашение очагов возбуждения, - цепочек нейронов, которые сами не могут завершить свою работу и постоянно расходуют ресурсы. Если при бодрствовании или во сне дедуктивными рассуждениями долго не удаётся погасить очаг возбуждения, то мозг привлекает вариативный механизм индукции, механизм фантазий (из другого полушария мозга). Если не помогает и это, то привлекается механизм Веры в виде некой нейронной структуры, формируемой в эмоциональном центре, гасящей такой очаг возбуждения и использующей то свойство, что нейроны имеют «тормозящие» входы. Для кого-то эта нейронная структура ассоциируется с явлениями природы, для кого-то с Идолом, для кого-то с Богом (мусульманским, христианским, многобожием и т.п.), для кого-то с «Данностью». Другими словами, если для мозга появилась очень трудная задача, то, чтобы не погибнуть от перерасхода ресурсов или не угодить в «психушку» от «навязчивой идеи», мы должны во что-то «поверить» и отправить эту задачу к Богу. Таким образом, здесь решается трудный для любой религии и человека вопрос о местонахождении образа Бога. Он, как всякое нейронное образование – модель («паттерн», «мыслеформа»), у каждого в голове, и у каждого свой. Отсюда следует и положительная роль Веры, как необходимого механизма работы мозга, механизма, улучшающего Самочувствие. Отсюда и факты «вещих предсказаний», самоизлечения, и другие «чудеса» религии. Поверив, что всё то, чего мы не знаем - от Бога или обращаясь к нему с молитвой, или принимая как Данность, мы освобождаем ресурсы мозга для других, важных для организма дел.

В 1990г. Л.Б. Емельяновым-Ярославским¹ была предложена упрощенная модель индуктивного автомата, которая реализовывалась программно сначала на ЭВМ, а затем на современном персональном компьютере. Индуктивный автомат представляет собой упрощенную модель интеллектуальной и эмоциональной сферы человека. В основе принятой концепции были положены свойства некоторого гипотетического нейрона: нейрон существует потому, что может себя ремонтировать, затрачивая на это энергию, получаемую в виде питания от среды. Когда питания больше чем требуется, в нейроне образуется резерв, когда меньше чем нужно – резерв расходуется. Когда резерва нет, и питания требуется больше, чем поступает – нейрон погибает. Когда резерв превышает некоторый порог, возникает возможность размножения. Величиной резерва и скоростью его изменения определяется самочувствие нейрона, влияющее на происходящие в нём внутренние процессы и являющееся основным выходным параметром, влияющим на другие нейроны. Нейрон стареет, то есть изменяет некоторые свои свойства со временем. Свойства эти определяются количеством требуемого в единицу времени питания и возбудимостью. Возбудимость – это вероятность особого события – разряда, после которого происходит снижение возраста нейрона, т.е. некоторое обновление, как бы омоложение. При разрядах потребление питания в нейроне увеличивается, но потребности в нём после разрядов снижаются. Таким образом, в данной модели мозг – это большое множество нейронов, решающих задачу своего существования в условиях ограниченного питания путем постоянной организации взаимного стимулирования разрядов в связанных нейронных цепочках, добиваясь снижения своих потребностей в питании и улучшения самочувствия.

Задача снижать потребности в питании – это внешняя, объективная задача многих клеточных систем. При дарвиновском понимании эволюции путем конкуренции и естественного отбора решение этой задачи тоже происходит, но здесь одновременно существует необходимость решать и другую задачу - оперативную задачу оптимизации самочувствия. В индуктивном автомате самочувствие определяется как некоторая функция от резерва питания и скорости его изменения. Что же такое самочувствие в каждой физической реальности является важнейшим вопросом миропонимания. Трудно представить себе акт появления самочувствия из основных физических параметров, поэтому остаётся предположить, что это свойство является одним из первичных для живого, наряду с массой и энергией.

На модели индуктивного автомата, было показано, что процессы, протекающие в интеллектуальной сфере человека, определяются работой памяти, управляемой эмоциональным центром. Работа мозга становится ещё более простой и понятной, если рассматривать ее, в первую очередь, как направленную непосредственно на улучшение жизни клеток – нейронов, составляющих мозг, и лишь во вторую - как на работу устройства, обеспечивающего интеллект. Понятно, что при таком понимании задачи о мозге, центром ее становится определение необходимых и достаточных свойств нейрона, из которых бы следовало, во-первых, то, что разряд в нейроне необходим самому нейрону и, во-вторых, что самоорганизация нейронных ансамблей идёт в направлении оптимизации самочувствия. Процессы же в эмоциональной сфере, включающей в себя область психики, определяются работой эмоционального центра, управляемого памятью. В данной модели, основанной на энергетической концепции мозга, предполагается достаточным существование четырёх элементов памяти - четырёх особых нейронных ансамблей, осуществляющих управление расходованием и поступлением питания в эмоциональный центр. Два из них увеличивают или уменьшают критический возраст нейронов ансамблей и этим влияют на их потребности в питании, два других управляют питанием эмоционального центра и тем самым влияют на оперативное поступление питания. Сами эти четыре особых ансамбля имеют входные связи от многих других ансамблей, в которых конкретизируются некоторые базовые понятия психики, такие как "Я", "Он", "Мой", "Хочу", «Надо» и другие. Основные положения данной работы хорошо согласуются и развивают основные положения работы Л.Б. Емельянова-Ярославского.

Заключение.

В прошлом развитие человечества на каждом историческом этапе чаще определялось борьбой лидеров за власть, их обидами и завистью, чем борьбой классов, наций и религий, как нам долго и настойчиво внушали при социализме. Перераспределение “хлеба” никогда не было ведущим фактором исторического процесса, а только “наживкой”, с помощью которой лидеры пытались мобилизовать себе в помощь большие человеческие массы. При построении основ нового общества неплохо было бы использовать в качестве модели не очередной “…изм”, а опыт организации больших сообществ нейронов в мозгу человека, а их там значительно больше, чем людей на земле. Это к тому, что человек за счёт своей организации работы мозга пережил массу катаклизмов и развился в высшее существо природы. Работа мозга основана на принципах оптимизации самочувствия в условиях ограниченного питания за счёт взаимопомощи, не коррумпированности, а не за счёт конкурентной борьбы за ресурсы. Поэтому на вопрос: «какое общество мы строим?», нужно ответить, что мы должны построить общество с оптимальным самочувствием в условиях ограниченных ресурсов.

Стихийно и мы подходим к принципам управления по самочувствию, когда говорим о «всё для человека, всё для блага человека» и о «национальных» интересах. Надо только правильно определять эти интересы. При этом необходимо определить параметры самочувствия и найти рычаги снижения потребления ресурсов его членами за счёт взаимопомощи путём реализации принципа – «целое ради части». В конце концов, всё, что нам нужно в этом мире – это Любовь! Очень часто основные принципы работы мозга, как очень большого сообщества нейронов «срабатывают» и для общества в трудные для него времена: войны, землетрясения, наводнения и т.д. Общество сплачивается, чтобы выжить и снова обрести оптимальное для него самочувствие. Это часто происходит на генетическом уровне, поскольку в процессе естественного отбора, именно за счёт этого, и выжила современная популяция людей. Хотелось бы, чтобы и наука о мозге внесла свой посильный вклад в этот процесс.

Литература: