II. Нейрон – основной элемент биологических систем управления.

Как известно, в человеческом мозге насчитывается примерно триллион нейронов. Вообще говоря, не так уж и много – если считать нейрон за байт, можно их все записать на 1000Gbдиск за какую-то тысячу долларов. Однако возможности человеческого мозга несколько превышают возможности «Пентиума» со 1000-гигабайтным винтом. Связано это с тем обстоятельством, что нейрон – этодалеко не один байт.

Чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть на рисунок:

Рис. 26. Примерно так выглядят естественные нейроны.

Биологически нейрон представляет собой обычную (точнее, не совсем обычную) клетку, специализированную на передаче управляющих импульсов (не только электрических). В составе типичного нейрона обычно выделяют:

- дендриты– многочисленные короткие отростки, через которые в нейрон поступаетвходнаяинформация,

- аксон– как правило,одиндлинный отросток (от 0,1мм до 1 метра), через который нейрон выдаетвыходнуюинформацию;

- синапсы, или синаптические окончания – участки «стыковки» дендритов и аксонов, непосредственно обеспечивающие передачу нервных сигналов от клетки к клетке.

Передача сигналов в нервной системе осуществляется совсем не так, как в микропроцессоре. Нейрон порождает электрические импульсы, которые проходят по аксону и возбуждают его синапсы. Параметры таких импульсов едины для всех типов нейронов – длительность единичного «тика» 1мс, амплитуда 100мВ, минимальная пауза между импульсами порядка 4мс (можно сказать, что наша биологическая нейросеть работает на частоте в 200Гц). Получив импульс, синапсы аксона начинают выделять в окружающую среду специальные молекулы – нейротрансмиттеры. Попадая на синапсы дендритов, эти нейротрансмиттеры (всего их около 30 разновидностей) могут оказывать на них как возбуждающее, так и тормозящее действие. Таким образом, одиночный импульс, прошедший по аксону, может нести в себе гораздо больше информации, чем привычное для программиста «машинное слово». Кроме того, «понимание» этого импульса дендритами зависит еще и отобщегосостояния головного мозга – когда в нем циркулирует алкоголь, взаимодействие нейронов приобретает довольно причудливые формы.

Итак, нейрон сам по себе является достаточно сложным устройством (фактически, это целый ионный микрокомпьютер размером с клетку). Представлять его в виде примитивного сумматора получаемых дендритами импульсов можно было разве что на заре компьютерной эры:

Рис. 27. Первый искусственный нейрон – персептрон Маккалока-Питтса. 1946 год.

Сегодня мы уже хорошо понимаем, что между естественным нейроном и его самыми изощренными реализациями (самая свежая – STANNO,Self-TrainingArtificialNeuralNetworkObject), основанными на подобных формальных моделях, лежит пропасть. И пропасть эта заключается прежде всего в том, что формальные нейроны остаютсямертвыми. В отличие от живых, биологических нейронов, у них нет необходимости бороться за существование.

III. Жизненная цель нейрона.

Сначала - несколько необщеизвестных фактов. Мозг человека, составляя 2% от массы тела, потребляет 20% вдыхаемого кислорода. На питание мозга постоянно расходуется 20Вт мощности – вне зависимости от того, спит человек или бодрствует (есть данные, что во сне энергопотребление мозга даже повышается). Фактически, мозг – это самый прожорливый орган нашего тела.

Куда же уходит вся эта прорва энергии? Нетрудно догадаться, куда: на питание нейронов. Это только на формальных схемах нейрон – большая «сигма» в квадратике; на деле же этоклетка, которая должна получать из окружающих ее кровеносных сосудов питательные вещества, выращивать вовне дендриты и аксоны, регулировать свою внутреннюю среду... Словом – должна бороться за свое место под солнцем, иначе дело может кончиться совсем плохо (вы помните, что «нервные клетки не восстанавливаются»).

Что должен делать нейрон, чтобы жить и развиваться? Да очень просто – выполнять свою функцию! Возбужденный нейрон за счёт химических реакций оказывает воздействие на мембрану клетки, заставляет расширяться окружающие его кровеносные сосуды – и тем самым получает больший поток потребных ресурсов. Активный, то есть принимающий и проводящий импульсы нейрон получает «лучшее» питание. А это - возможность строить новые дендриты и находить новые аксоны, то есть и дальше усиливать свою активность.

Таким образом, нейрону не все равно, в каком состоянии он находится. Состояние с высокой активностьюпоощряется, а состояние с низкой активностьюнаказывается. Вот в чем отличиеживогонейрона от его механического аналога – бюрократа, который одной рукой принимает бумаги, а другой – передает их дальше по начальству. Но у биологического нейрона имеется и вторая особенность, в корне отличающая его от «винтика» формальной системы управления. Его активностьдолжна быть востребована. Чтобы аксон мог передавать сигналы, на нем должны быть сформированы синапсы – а они, как мы помним, возникают только при контактах с дендритами других нейронов. Каждый такой синапс может принять строго определенное количество нейротрансмиттеров, и количество это определяется принимающей (постсинаптической) стороной. Поэтому результирующая активность нейрона зависит не только от количества (и качества) поступающих к нему сигналов, но и от количества других нейронов, готовых его «выслушать».

Таким образом, каждый нейрон в своей долгой жизни имеет вполне конкретную Цель. Её можно сформулировать так:

Цель нейрона = Получить максимум Информации и быть максимально Полезным

Обратите внимание, что «удовольствие» нейрон получает в ситуации, когда его структура адекватна поступающей информации, а «неудовольствие» означает, что структуру надо менять, чтобы вновь стать адекватным окружающей среде. Назовем состояние нейрона со стабильно высокой активностью реализацией(ну не счастьем же его называть?), а состояние с опасно низкой активностью –трансформацией(в лучшем случае – в более активный нейрон, в худшем – в совсем мертвый). Как мы уже убедились, природа позаботилась о том, чтобы нейрон «на собственной шкуре» чувствовал, в каком состоянии – хорошем или плохом – он в каждый момент находится. И точно так же, как человеку, никакие силы на свете не могут гарантировать нейрону вечное блаженство. Для того чтобы жить, нейрон обязан постоянностремиться к реализации.

Действительно, если перенести этот принцип на человека, то он полностью укладывается в наблюдаемую действительность. Если человек делает то, что никому не нужно, то наивно ему ожидать от общества ресурсов, тут исхода два, так как человек мобилен в отличие от нейрона, искать общество или социум где его деятельность востребована, либо заниматься тем, что будет оценено социумом. А теперь рассмотрите с точки зрения этого принципа поведение российских учёных с начала 90-х годов прошлого века. Наглядно? Теперь понятно, что депрессия и трансформация идут рука об руку, а реализация и воодушевление/драйв это тоже вполне парные явления. Но человек, разумеется, сложней нейрона, поэтому у наиболее развитых и сложных натур полные закрома ресурсов не всегда вызывают прилив оптимизма, зачастую напротив. Дело тут в том, что не всё ограничивается этим законом, в дальнейшем будет показано, что мало быть «упакованным» снаружи, по настоящему сложным структурам для саморазвития необходимы другие сложные структуры, а вот здесь и начинаются проблемы.

Разряды нейрона – не реакция на полученный синаптический приток, а активность, направленная в будущее. Человек, так же как и нейрон работает не только ради физического выживания, у него, как правило, есть цель в жизни, которой он старается достичь, т.е. имеет некую модель будущего и стремится к ней. Человек имеет свою КМч отражающую окружающий его мир и некую КМб (Когнитивную модель будущего) которая соответствует его состоянию реализации. Т.е. человек как и нейрон устремлён в своих действиях в некое воображаемое будущее.

Итак, у нейрона, так же как и у человека, в этой жизни есть Цель. Как же он ее достигает?