عكس الدماغ الهندسي. ذاكرة

صورة

الدماغ جارتي القديمة. بالنظر إلى مقدار الوقت الذي قضيناه ، وكم لا يزال علينا أن نكون معًا ، وليس أن نكون مهتمين به - مجرد اللباقة.

أنت تمشي بصندوق أسود داخل صندوق الجمجمة ، ويدرك هذا الصندوق أنه يعطي نفسه مثل هذا الوصف. هذا فضولي جدا. إذا كانوا قد أعطوني قطعة من الحديد بمثل هذه الميزات ، لكنت قد قتلت كل وقت فراغي لفهم كيفية عملها. في الواقع ، أنا أقتل. موضوع الدراسة معي دائمًا - مريح للغاية. الشفقة الوحيدة هي أنه لا يمكنك الحفر في الداخل.

يسجل الدماغ المعلومات ويعالجها. ولكن كيف؟ لماذا يتم تخزين شيء ما لفترة طويلة ، ولكن يتم نسيان شيء ما في غضون يومين؟ كيف يرتبط هذا بالخلايا العصبية؟

هل من الممكن ، بناء على معلومات من علم الأعصاب ، بناء نموذج للدماغ يعطي سلوكًا مشابهًا للدماغ الحقيقي؟

ماذا تخمن؟ دعنا نجرب فقط.

شروط:

لن يكون هناك شرح كامل لكيفية عمل الدماغ. هذا وصف موجز للمبادئ الأساسية. الغرض من هذه المقالة هو إنشاء نموذج تقريبي. في بعض الأحيان لن يعمل. لكن هذا أفضل من عدم وجود أي نموذج.

يمكننا رسم تشابه مع صيغة الاحتكاك في الفيزياء. يتم الحصول عليها تجريبيا ، وليست دقيقة تماما. ولكنه دقيق بما يكفي لإجراء التقديرات واستخدامها في العمليات الحسابية.
جميع الروابط أدناه مخصصة للدراسة المتعمقة. لن تكون هناك حاجة لقراءة المقال. وكل شيء تقريبًا باللغة الإنجليزية. الإنترنت الروسي رديء في المعلومات ذات الصلة بشأن القضايا التي تهمنا.

من أين نبدأ؟


دعونا نضع جانبا نماذج الذاكرة من علم النفس في الوقت الحالي. جميع الأوصاف مثل: "قصيرة المدى - طويلة المدى" ، "ذاكرة العمل" ، "نظرية مستويات المعالجة" ، "الرقم السحري 7 + -2" الآن تربكنا فقط. محاولة فهم الدماغ بمساعدتهم يشبه محاولة تخمين جهاز الكمبيوتر من خلال النظر إلى الشاشة من تحت الحساب مع الرقابة الأبوية. بالنسبة لنا ، لن تصبح مفيدة إلا بعد أن نفهم المبادئ الأساسية.

سنذهب من الأسفل ونبدأ المسار بالخلايا العصبية.

الخلايا العصبية والاتصالات


صورة
من: ويكي

هناك أنواع عديدة من الخلايا العصبية. تختلف في عدد التشعبات التي تستخدمها الناقلات العصبية ، ومجموعة من المعلمات الأخرى التي يمكن تصنيفها من خلالها. لن ندخل في غابة التنفيذ. دعونا ننتقل إلى الإشارات الأساسية.

إذا كنت تصف العملية تقريبًا ، يبدو الأمر كما يلي:

1. هناك خلية عصبية مشحونة تحتوي على أيونات. عندما تتجاوز شحنتها عتبة التنشيط (تراكمت لدينا الكثير من الجسيمات المشحونة) ، تبدأ الأيونات في التحرك على طول المحور العصبي .

صورة
from: wiki

2. بعد الوصول إلى نهاية المحوار ، تقع أيونات في المشبك . يتم تخزين الناقلات العصبية في المشبك ، وتطلقها الأيونات بحرية.

صورة
من عند:wiki

3. فيما يلي عصبون آخر له مستقبلات . يقبلون الناقلات العصبية المحررة والقنوات المفتوحة لشحن أيون للخلايا العصبية التالية. باختصار ، الناقل العصبي هو المفتاح. مرة واحدة في قفل المستقبلات المقابلة ، فإنه يفتح الخلايا العصبية للشحن.

حول المواد المسموح بها وليس للغاية.
, , — .

— , . , , « ». , .

— . , — () . .. , , . .

— , , .

, ! — .

يمكن لخلايا عصبية واحدة أن تتلقى إشارات من عدة ، عبر التشعبات . ويمكن توصيل محوار واحد بالعديد من الخلايا العصبية.

الآن دعنا نعصر كل شيء:

  1. يمكن للخلايا العصبية تنشيط وإرسال إشارات إلى عصبون آخر.
  2. يتم شحن عصبون آخر ، بعد تلقي إشارة ، ويقترب من التنشيط.
  3. يمكن لخلايا عصبية واحدة أن تتلقى إشارات من عدة خلايا عصبية.
  4. عندما يتم تنشيط العصبون ، فإنه ينقل إشارة إلى جميع الخلايا العصبية المرتبطة به.

أو من حيث الدوائر والسهام:

صورة

كل هذا مفيد للغاية ، ولكن أين البيانات؟ كيفية تخزين المعلومات في الخلايا العصبية ، وكيفية القراءة وكيفية الكتابة؟

التخزين والقراءة


للتخزين والتسجيل ، هناك آلية تسمى اللدونة المشبكية .

على الأصابع ، يمكن تفسيره على النحو التالي: الروابط بين الخلايا العصبية لها "نقاط قوة" مختلفة. كلما كان الاتصال أقوى ، زاد شحن جهاز استقبال الخلايا العصبية عند تنشيطه.

صورة

والآن لحظة قد يكون من الصعب قليلاً فهمها. قوة العلاقات هي بياناتنا. ترى هذا النص - هذا هو تنشيط الخلايا العصبية في دماغك. "نمط التنشيط" الذي ينتج في شبكتنا العصبية هو ما نسميه "نرى". كما أسمع ، أشعر ، أتخيل ، أتذكر ، وما إلى ذلك. كل هذا هو تفعيل سلسلة محددة من الخلايا العصبية.

وبعبارة أخرى ، إذا وجدت في القشرة البصرية للدماغ قسمًا يتم تنشيطه عندما نرى ملعقة ، قم بإحضار الأسلاك هناك وقطع التيار- سيرى الدماغ ملعقة ، ولن يذهب إلى أي مكان. "أرى ملعقة" = تنشيط الخلايا العصبية في القشرة البصرية بسبب إشارات من المستقبلات الضوئية في العين.

مرحبًا بك في العالم الحقيقي ، Neo. توجد ملعقة ، وتوجد مستقبلات ضوئية ، وتوجد خلايا عصبية ، وكل محاولات رؤية شيء بجهد عقلي محكوم عليها بالفشل. على الرغم ، لا - يمكنك إغلاق عينيك.

تعتمد المناطق المحددة في الدماغ على كيفية مرور الإشارات عبر الاتصالات. يتم تحديد ذلك من خلال قوة السندات.

مكمل لصورتنا:
يتم تخزين المعلومات في الدماغ في شكل اتصالات ذات قوة مختلفة بين الخلايا العصبية.
تتم قراءة هذه المعلومات باستخدام تنشيط الخلايا العصبية. يعتمد شكل "نمط التنشيط" على الاتصالات وقوتها.

صورة
سوف يتعرف أي شخص يشارك في الرياضيات المنفصلة على الرسم البياني الموزون في هذه الصورة .

حسنًا ، ولكن كيف يمكنك تغيير قوة العلاقات وكتابة البيانات؟

سجل


هناك شيء من هذا القبيل ، يُدعى نظرية هيب ، أو حكم هيب:
الخلايا العصبية التي تعمل معًا - تتصل معًا. (الخلايا العصبية التي تطلق النار معا - الأسلاك معا).

في المستوى الأدنى ، يتم توفير ذلك من خلال آلية E-LTP (التقوية طويلة الأجل المبكرة أو LTP1).

يمكن إعادة صياغته على النحو التالي:
إذا قمنا بتنشيط عصبون واحد ثم تنشيطه بعده ، فسيصبح الاتصال أقوى.

صورة

نظرًا لحقيقة أنه يمكننا تنشيط الخلايا العصبية في الدماغ من الخارج ، على سبيل المثال باستخدام الرؤية أو السمع ، يمكننا تسجيل المعلومات عليها. سيتم تنشيطهما معًا ، وستتغير قوة الاتصال. في المرة القادمة ، يمكن الحصول على المعلومات عن طريق تفعيل بداية "سلسلة" العلاقات القوية.

لكن الأمر ليس بهذه البساطة. المشكلة هي أننا نميل إلى نسيان شيء ما. وهذا يعني أن العلاقات لا تتعزز فحسب ، بل تضعف أيضًا. وفي الوقت نفسه ، يحدث تدهور العلاقات بشكل غير متساوٍ - بعضها يصبح أرق بشكل أسرع ، والبعض الآخر - يستمر لفترة طويلة جدًا. وإلا كيف أشرح حقيقة أنني لا أتذكر امتحان الكيمياء في الصف 11 ، لكني أتذكر عيد ميلادي في نفس الفترة؟

يمكنك التوصل إلى نظام صعب من حلقات التنشيط المغلقة والحصول على اتصال مستمر. لكن الدماغ الحقيقي لديه طريقة أبسط بكثير ، ويسمى التأخير المتأخر طويل الأجل ، أو L-LTP.

بدلاً من الحفاظ على الاتصال من خلال التنشيط المستمر ، يلتقط الدماغ ببساطة حالته الحالية.

حسنا ، مع "فقط" ذهبت بعيدا. هناك دراسات مؤيدة لحقيقة أن العملية يتم إطلاقها باستخدام تخليق بروتينات خاصة . هناك دراسات أخرى تدعي أن تثبيط تخليق البروتين لا يؤثر على L-LTP. بعد القراءة عن هذا ، خلصت إلى أنه لا أحد يشك في فرضية إصلاح الحالة لفترة طويلة. لكنني لم أستطع معرفة تفاصيل العملية.

لحسن الحظ ، في عالمنا البسيط من الأسهم والدوائر ، هذه التفاصيل ليست كذلك. في الوقت الحالي ، نتذكر فقط أن الاتصالات قادرة على الحفاظ على الحالة ولا تضعف بمرور الوقت.

صورة

ملخص


دعونا نلخص النتائج المؤقتة لرحلتنا القصيرة إلى عالم علم الأعصاب:

  1. هناك خلايا عصبية. في صورتنا هم كرات. تتراكم الشحنة ، ويتم تنشيطها عندما تتجاوز عتبة معينة.
  2. . . , — , - . .
  3. . — . , -, .
  4. . , - . , , E-LTP.
  5. . — , — , — . L-LTP.

صورة

, :


إذا كنت مهتمًا بنموذج عصبي أكثر دقة ، وقائمة بالاختلافات المميزة للخلايا العصبية البيولوجية عن نماذجها في ANN ، فراجع هذه المقالة . كجزء من هذا المنشور ، وصفت فقط ما سأحتاجه في المستقبل.

استغرق هذا الجزء من الدراسة 4 أشهر. قرأت مقالات وكسرت العشرات من المصطلحات الغامضة بالنسبة لي ، وتحولت إلى المناطق الخاطئة ووجدت معلومات قديمة عن سؤالي.

يصل المستوى. الشبكات الفرعية والكائنات


لدينا نموذج للعمليات التي تحدث في الدماغ بالخلايا العصبية. لسوء الحظ ، ليس لدينا وصف تفصيلي للهياكل الأكبر ، "الشبكات الفرعية" في دماغنا. لكن لدينا قاعدة نبني عليها بنفسك. الآن سنقوم بإجراء التجارب وجمع المعلومات حول سلوك الدماغ. وبعد ذلك ، على أساس النموذج الأساسي ، سننشئ تفسيرًا للنتائج التجريبية. إذا قمنا ببنائه بشكل صحيح ، فلن يشرح فقط ما نعرفه بالفعل ، ولكنه أيضًا يتوقع نتائج المزيد من التجارب.

أول شيء لاحظته هو أن لدينا مفهوم الشيء. أو الكل. حسنًا ، بشكل عام ، كل شيء يمكن اعتباره أرقامًا طبيعية: الطاولات والكراسي والمنازل والأشجار والأوراق والعقول ... يحب الدماغ هذا المفهوم بشكل واضح ، فهو بديهي. لكننا نعلم أن العالم لا يتكون من أشياء ، كما نراها. الشاشة التي تقرأ هذا النص منها ليست كائنًا صلبًا. يمكننا تقسيمها إلى مكوناتها. لديها بكسل ، هناك إطار ... كسرها أكثر ، سوف نصل إلى الجزيئات والذرات. لكن الذرات والجزيئات ليست كلها أيضًا ، فهي تتكون من جزيئات أخرى.

لكن لماذا يعجب الدماغ حقًا بمفهوم الجسيم؟ على محمل الجد ، فإن أفضل طريقة لكسرها ru هي الحصول على مهام ru التي لا يتم التعبير عنها في الأعداد الصحيحة ru ليتم معالجتها .

وفكرت - ماذا لو تم تفسير وجود إدراك الشيء للعالم ببنية شبكتنا العصبية؟ ماذا لو كان "الكائن" هو كلمة تصف تنشيط منطقة متصلة؟ يفسر هذا سبب إدراكنا لمقعد أو طاولة ككل - لديهم كفاف واحد يبرز على الخلفية العامة. ربما يتسبب هذا في التنشيط المتزامن لشبكة فرعية كاملة في القشرة البصرية؟

وبالمثل ، يمكن التعرف على الكلمات والحروف. لتبسيط الأمر كثيرًا ، سيبدو في صورتنا على هذا

صورة

النحو : لقد صاغت فرضية: هناك مناطق في الدماغ ذات روابط قوية بين الخلايا العصبية. تنشيطها يعطي شعورا "بالنزاهة" أو "وجود شيء". الآن تحتاج إلى التحقق من قوتها.

النتيجة الأولى التي يمكن الحصول عليها هي أنه إذا كان لدينا شبكة فرعية متصلة بقوة ، فسيتم تنشيطها حتى مع عدم اكتمال المعلومات . يجب أن نكون قادرين على إكمال النمط المألوف بشكل مستقل. والعكس صحيح - إذا لم يكن هناك مثل هذا القالب ، فلن يتمكن الدماغ من استعادته. لقد صادفت هنا بضع مقالات مثيرة للاهتمام حول الخداع البصري ومواطن الخلل في معالجة المعلومات عن طريق الرؤية. هنا هو واحد. قضيت أيضًا الكثير من الوقت أجبر أصدقائي وزملائي على ملء الاستبيانات بالرسائل المفقودة. قمت بتقسيم الكلمات مع حذف إلى 3 فئات:

  1. المفاهيم العامة.
  2. المصطلحات الخاصة المعروفة للشخص الذي يخضع للمسح.
  3. مصطلحات خاصة من منطقة ضيقة غير معروفة للموضوع.

على سبيل المثال ، أعطيت الزملاء للمبرمجين استبيانًا يتضمن كلمات يومية ، مثل "الطاولات" و "الكراسي" ، والكلمات من مجال تكنولوجيا المعلومات ، مثل " الأنماط " و " جداول التجزئة " ، والكلمات من مجال علم الأحياء وعلم الوراثة ، مثل " polyadenylation " أو " أحادي فوسفات الأدينوزين ".

اتضح أن الناس نجحوا في ملء الفراغات بكلمات مألوفة ولا يمكنهم فعل ذلك بالغرباء. كان هذا يتفق بشكل جيد مع ما قرأته في مصادر أخرى ومع فرضيتي.

للسمع ، نجح هذا أيضا. تعرف الناس تمامًا على الكلام المألوف لهم ، حتى مع وجود إشارة سيئة ، لكنهم لم يتمكنوا من التأقلم إذا التقوا بنمط غير مألوف.

إذا كان لديك سؤال عن التنسيق: لماذا قمت بفحص الأشياء الواضحة بنفسك؟
, , , , . , . , — .

, , . , , . , , . ! , . , — .

. , , — . , . , « » — , . , . — .

, , « » « », . , , , . — . .

لقد اختبرت افتراضي لمدة 3 أشهر وعملت بشكل جيد بشكل مدهش.
أنت ترسل نموذجًا متصلًا بقوة إلى المدخلات - يقول الناس أنه يستحضر إحساسًا بالكل ، ويعرّفه ككائن واحد. كسر النظام ، في محاولة لإنشاء نمط تنشيط مختلف - ينقسم الكل إلى أجزاء ويصبح عدة كائنات.

على سبيل المثال: "الحقول" ، "النظرية" ، "الموحدة" / "الموحدة" ، "النظرية" ، "الحقول" (حاولت العثور على مثال باللغة الروسية لمدة 7 دقائق. من اخترع لمزامنة إدراك الكلمات من خلال صيغتها؟ مع اللغة الإنجليزية كل شيء أسهل: النسبية الخاصة / النسبية الخاصة ، معادلات اينشتاين الميدانية / معادلات اينشتاين الميدانية)

لذلك جئت إلى الفرضية 1 :

هناك شبكات متصلة بشدة من الخلايا العصبية في الدماغ. إن تنشيط مثل هذه الشبكة يؤدي إلى إحساس "كائن واحد" أو "كامل". تحدث كتابة كائنات جديدة في الذاكرة من خلال إنشاء منطقة جديدة متصلة بقوة.

وبعبارة أخرى ، أعتقد أن القدرة على التمييز بين الأشياء يتم توفيرها من خلال الاتصال والتأخير الزمني للتنشيط.

PS
I سوف أقوم بإجراء حجز على الأرجح وجود قيود على حجم الشبكة الفرعية. بغض النظر عن كيفية تعلم الآية ، لن يصبح النص بالكامل كائنًا واحدًا ، بل سيكون تنشيطًا تسلسليًا على طول السلسلة.

الإيجابيات:

  1. يشرح استعادة المعلومات بناء على بيانات غير مكتملة ووجود أوهام بصرية من خلال آلية تفعيل الشبكة الفرعية ككل.
  2. -> -> -> , . , .
  3. , , .. . -> -> .
  4. UX-.
  5. SRP. , , « ». , . , , .
  6. والقائمة تطول.

السلبيات: من

غير الواضح بالضبط كيف يظهر "الشعور بالنزاهة". أين تأتي الرسالة إلى الجزء من الدماغ الذي ندركه على أنه ذاتي أن الجزء الآخر "أغلق الجشطالت"؟

معايير التزييف:
سيتم طرح هذه الفرضية في سلة المهملات إذا:

  1. لا تشكل الخلايا العصبية شبكات فرعية مستقرة ومتصلة للغاية.
  2. هناك طريقة لإثبات تجريبيًا أن القدرة على "تمييز الأشياء الفردية" لا تتعلق بتنشيط الشبكة من النقطة أعلاه.
  3. سيكون هناك شرح لجميع العناصر من قائمة "الإيجابيات" ، باستخدام عدد أقل من الكيانات. في الوقت نفسه ، يجب اختزاله إلى الخلايا العصبية ، أو الأشياء الأخرى الموجودة أصلاً في الدماغ.
  4. أي طريقة أخرى للدحض الرسمي أو التجريبي. تناقضات منطقية ، نتائج غير مؤكدة ، إلخ.

برنامج مكافأة التزوير:

تشارك الفرضية في برنامج مكافأة التفكير النقدي: 50 دولارًا لكل نقض.
وصف إضافي تحت المفسد أدناه:

الظروف:
50 , .
, . . , — . , (, , , ).

:
, …, ..., , .

:
« , ?» — .
« , ...» — , - .
« ?» — , . , .
« ?» — . . .
« , , 4 »:
1 — , , .
2 — , . , .
3 — . , , , ---… , , «» - ---.
4 — , , — . , , .

"الشبكات الفرعية القوية للخلايا العصبية" سأدعو ببساطة "الأجسام". أنا كسول جدا لكتابة 3 كلمات. تعمل جميع النظريات النفسية للذاكرة على هذا المفهوم بالضبط ، وفي الحياة اليومية من المنطقي "ما يمكن تمييزه ككل".

ذاتي
, , — .
, , .
«» . .

كما تفهم ، ترتبط الكائنات بأشياء أخرى. إذا كانت النتيجة هي شبكة فرعية يتم تنشيطها على الفور ، فسوف نفترض أننا شكلنا كائنًا جديدًا. إذا لم يكن الاتصال قويًا بما يكفي أو كان هناك الكثير من الكائنات الفرعية للتنشيط الفوري ، فسأطلق على هذا التكوين اسم "النموذج".

أقترح استدعاء مجموعة كاملة من الكائنات والصلات بينها رسم بياني معرفي وتعيينه على KDPV.

صورة

ملخص


نظرنا في كيفية ترتيب الخلايا العصبية وتجميعها لنموذجها الرياضي (نعم ، الأسهم والدوائر هي نظرية الرسم البياني). تطرق بخفة إلى كيفية عمل مضادات الاكتئاب ومضادات الذهان في الدماغ - فهم ينظمون مستويات الناقلات العصبية وبالتالي يؤثرون على تنشيط الخلايا العصبية (في الواقع ، يغيرون قوة الاتصالات). تعلمنا عن قاعدة هيب (الخلايا العصبية التي تعمل معًا - تتصل معًا) ، وآلية E-LTP ، المسؤولة عن الذاكرة قصيرة المدى. نظرنا في كيفية حل الدماغ لمشكلة الحفظ على المدى الطويل - من خلال إصلاح قوة الاتصال من خلال L-LTP.

بناءً على نموذجنا ، توقعنا وجود شبكات فرعية من الخلايا العصبية ذات الروابط القوية.

بمساعدة هذا الافتراض ، حاولنا شرح بعض التأثيرات التي نلاحظها: خداع بصري ، تخمين وتخمين الأشياء بناءً على معلومات غير مكتملة ، ووجود الإحساس بـ "شيء واحد". من الغريب - اتضح. تمكنا من استخدام نفس الآلية لتكوين هياكل أكثر تعقيدًا - النماذج والأشياء المعقدة. وهي تعمل أيضًا.

يبدو لي أن هذه نتيجة متوسطة جيدة ، ولكن لدينا حتى الآن أسئلة أكثر من الإجابات:

  1. لماذا لا تستخدم الذاكرة "كليا"؟ أين الوصول الفوري إلى كل ما نعرفه؟ وبعبارة أخرى ، لماذا علينا أن نتذكر ، وكيف يعمل؟
  2. في أي مرحلة يتم تشغيل L-LTP وتنتقل المعلومات إلى ذاكرة طويلة المدى؟
  3. , , ? : « ?» « ?» — , .
    UPD: .
  4. , ? ?
  5. ?

سنتحدث عنها في المقالات التالية.

PS

إذا كان لديك أي أسئلة حول أي جزء - يمكنني أن أقول شيئًا بمزيد من التفصيل في التعليقات أو كتابة مقال توضيحي. هذا واحد ويعتمد على لونغريد ، ليذكر المزيد من التفاصيل - نحصل على كتاب كامل. لست متأكدا مما إذا كان هذا يتطابق مع تنسيق هبر.

إذا كان لديك أي اقتراحات حول أسلوب العرض - يسعدني سماعها.

الترخيص: CC BY-NC-ND 4.0

All Articles