O cérebro é meu antigo vizinho. Considerando quanto tempo passamos e quanto ainda temos que ficar juntos, para não nos interessar por ele - pura falta de tato.Você anda com uma caixa preta dentro da caixa do crânio, e essa caixa entende que ele se descreve. Isso é muito curioso. Se eles tivessem me dado um pedaço de ferro com tais características, eu teria matado todo o meu tempo livre para entender como funciona. Na verdade, eu estou matando. O objeto de estudo está sempre comigo - muito conveniente. A única pena é que você não pode cavar por dentro.O cérebro registra e processa informações. Mas como? Por que algo é armazenado por um longo tempo, mas algo é esquecido em alguns dias? Como isso está relacionado aos neurônios?É possível, com base em informações da neurobiologia, construir um modelo do cérebro que dê comportamento semelhante ao cérebro real?O que adivinhar? Vamos apenas tentar.AVISO LEGAL:Não haverá uma explicação completa de como o cérebro funciona. Esta é uma breve descrição dos princípios básicos. O objetivo deste artigo é criar um modelo aproximado. Às vezes não vai funcionar. Mas isso é melhor do que não ter nenhum modelo.Podemos traçar uma analogia com a fórmula do atrito na física. É obtido empiricamente e não é totalmente preciso. Mas é preciso o suficiente para fazer estimativas e usá-lo nos cálculos.Todos os links abaixo são para um estudo aprofundado. Eles não serão necessários para ler o artigo. E quase tudo está em inglês. A Internet russa é pobre em informações relevantes sobre questões de interesse para nós.Por onde começar?
Vamos deixar de lado os modelos de memória da psicologia por enquanto. Todas as descrições como: "curto prazo - longo prazo" , "Memória de Trabalho" , "teoria dos níveis de processamento" , "número mágico 7 + -2" agora agora apenas nos confundem. Tentar entender o cérebro com a ajuda deles é como tentar adivinhar o dispositivo do computador olhando para o monitor na conta com controle dos pais. Para nós, eles só serão úteis depois que entendermos os princípios básicos.Iremos de baixo e iniciaremos o caminho com neurônios.Neurônios e Comunicações
from: wikiExistem muitos tipos de neurônios. Eles diferem no número de dendritos usados pelos neurotransmissores e em vários outros parâmetros pelos quais eles podem ser classificados. Não entraremos na selva da implementação. Vamos ao básico - sinalização.Se você descrever o processo de maneira mais ou menos grosseira, ele se parece com o seguinte:1. Há um neurônio carregado contendo íons. Quando sua carga ultrapassa o limite de ativação (acumulamos muitas partículas carregadas), os íons começam a se mover ao longo do axônio .
from: wiki2. Depois de atingir o final do axônio, os íons caem na sinapse . Os neurotransmissores são armazenados na sinapse e os íons os liberam para a liberdade.
de:wiki3. Abaixo está outro neurônio que possui receptores . Eles aceitam neurotransmissores liberados e canais abertos para carregamento de íons do próximo neurônio. Em suma, o neurotransmissor é a chave. Uma vez no bloqueio do receptor correspondente, ele abre o neurônio para carregar.Sobre substâncias que são permitidas e não muito., , — .
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Um neurônio pode receber sinais de vários, através de dendritos . E um axônio pode ser conectado a vários neurônios.Agora vamos apertar tudo:- Um neurônio pode ativar e transmitir sinais para outro neurônio.
- Outro neurônio, que recebeu um sinal, é carregado e se aproxima da ativação.
- Um neurônio pode receber sinais de vários neurônios.
- Quando um neurônio é ativado, ele transmite um sinal para todos os neurônios associados a ele.
Ou, em termos de círculos e setas:
tudo isso é muito informativo, mas onde estão os dados? Como armazenar informações nos neurônios, como ler e como escrever?Armazenamento e leitura
Para armazenamento e gravação, existe um mecanismo chamado plasticidade sináptica .Nos dedos, isso pode ser explicado da seguinte forma: as conexões entre os neurônios têm diferentes "pontos fortes". Quanto mais forte a conexão, mais carregado o receptor de neurônios é ativado.
E agora um momento que pode ser um pouco difícil de entender. A força dos laços são nossos dados. Você vê este texto - esta é a ativação dos neurônios no seu cérebro. O "padrão de ativação" que produz em nossa rede neural é o que chamamos de "ver". E também ouço, sinto, imagino, lembro, e assim por diante. Tudo isso é a ativação de uma sequência específica de neurônios.Em outras palavras, se você encontrar no córtex visual do cérebro uma seção que é ativada quando vemos uma colher, traga os fios para lá e corte a corrente- o cérebro verá uma colher e não irá a lugar algum. "Vejo uma colher" = ativação de neurônios no córtex visual devido a sinais de fotorreceptores no olho.Bem-vindo ao mundo real, Neo. Existe uma colher, existem fotorreceptores, neurônios e todas as tentativas de ver algo com um esforço mental estão fadadas ao fracasso. Embora não - você pode fechar os olhos.Quais áreas específicas do cérebro serão ativadas dependem de como os sinais passam pelas conexões. Isso é determinado pela força dos títulos.Complemente nossa imagem: asinformações no cérebro são armazenadas na forma de conexões de diferentes forças entre os neurônios.A leitura dessas informações é realizada com a ativação dos neurônios. A aparência do "padrão de ativação" depende das conexões e de sua força.
Qualquer pessoa envolvida em matemática discreta reconhecerá um dígrafo ponderado nesta figura . Ok, mas como você altera a força dos relacionamentos e grava dados?Registro
Existe uma coisa assim, chamada teoria de Hebb , ou regra de Hebb:neurônios que se ligam juntos - se conectam. (Neurônios que disparam juntos - se unem).No nível inferior, isso é fornecido pelo mecanismo E-LTP (Early Long-Term Potentiation ou LTP1).Ele pode ser reformulado da seguinte maneira:se ativarmos um neurônio e o próximo depois dele, a conexão ficará mais forte.
Devido ao fato de podermos ativar neurônios cerebrais de fora, por exemplo, usando visão ou audição, podemos registrar informações sobre eles. Eles serão ativados juntos, a força da comunicação mudará. Na próxima vez, é possível obter informações ativando o início da "cadeia" de fortes laços.Mas não é tão simples. O problema é que tendemos a esquecer algo. E isso significa que as relações não estão apenas se fortalecendo, mas também se enfraquecendo. E, ao mesmo tempo, a degradação das relações ocorre de maneira desigual - algumas se tornam mais finas mais rapidamente, outras - duram muito tempo. De que outra forma explicar o fato de que eu não lembro do exame de química na 11ª série, mas lembro do meu aniversário no mesmo período?Você pode criar um sistema complicado de loops de ativação fechados e obter uma conexão constantemente mantida. Mas o cérebro real tem um método muito mais simples, chamado de Potenciação tardia a longo prazo , ou L-LTP.Em vez de manter a comunicação através da ativação constante, o cérebro simplesmente captura seu estado atual.Ok, com "apenas" eu fui longe demais. Existem estudos a favor do fato de que o processo é iniciado usando a síntese de proteínas especiais . Existem outros estudos que afirmam que a inibição da síntese de proteínas não afeta o L-LTP. Depois de ler sobre isso, concluí que ninguém duvida da hipótese de fixar o estado por um longo período. Mas não consegui descobrir os detalhes do processo.Felizmente, em nosso mundo simples de flechas e círculos, esses detalhes não são. Por enquanto, apenas lembramos que as conexões são capazes de manter o estado e não enfraquecer com o tempo.
Sumário
Vamos resumir os resultados intermediários de nossa curta excursão ao mundo da neurobiologia:- Existem neurônios. Na nossa foto são bolas. Eles acumulam uma carga e são ativados quando excede um certo limite.
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Se você estiver interessado em um modelo de neurônio mais preciso e uma lista das diferenças características dos neurônios biológicos em relação a seus modelos na RNA, consulte este artigo . Como parte deste post, descrevi apenas o que precisarei no futuro.Esta parte do estudo levou 4 meses. Li artigos e descobri dezenas de termos obscuros para mim, me voltei para as áreas erradas e me deparei com informações desatualizadas sobre minha pergunta.Subir de nível. Sub-redes e objetos
Temos um modelo dos processos que ocorrem no cérebro com neurônios. Infelizmente, não temos uma descrição detalhada das estruturas maiores, "sub-redes" do nosso cérebro. Mas temos uma base sobre a qual construir você mesmo. Agora vamos realizar experimentos e coletar informações sobre o comportamento do cérebro. E então, com base no modelo base, construiremos uma explicação dos resultados experimentais. Se a construirmos corretamente, ela não apenas explicará o que já sabemos, mas também preverá os resultados de outras experiências.A primeira coisa que notei foi que temos o conceito de um objeto. Ou o todo. Bem, em geral, tudo o que pode ser considerado um número natural: mesas, cadeiras, casas, árvores, folhas, cérebros ... O cérebro claramente gosta desse conceito, é intuitivo. Mas sabemos que o mundo não consiste em objetos, como os vemos. O monitor do qual você está lendo este texto não é um objeto sólido. Podemos decompô-lo em seus componentes. Tem pixels, há um quadro ... Quebrando-o ainda mais, alcançaremos moléculas e átomos. Mas átomos e moléculas também não são um todo, eles são compostos de outras partículas.Mas por que o cérebro realmente gosta do conceito de partícula? Sério, a melhor maneira de quebrá-lo ru é obter ru tarefas não expressos em números inteiros ru para ser processado .E pensei - e se a existência da percepção do objeto no mundo for explicada pela própria estrutura de nossa rede neural? E se "objeto" for uma palavra que descreva a ativação de uma área conectada? Isso explica por que percebemos uma cadeira ou mesa como um todo - elas têm um contorno que se destaca no contexto geral. Talvez isso cause a ativação simultânea de uma sub-rede inteira no córtex visual?Da mesma forma, palavras e letras podem ser reconhecidas. Para simplificá-lo muito, então, em nosso quadro, ficará assim:
Formulei uma hipótese: Existem áreas no cérebro com fortes conexões entre os neurônios. Sua ativação dá uma sensação de "integridade" ou "presença de um objeto". Agora você precisa verificar se há força.A primeira consequência que pode ser obtida é que, se tivermos uma sub-rede fortemente conectada, ela será ativada mesmo com informações incompletas . Devemos ser capazes de completar independentemente o padrão familiar. E vice-versa - se não houver esse modelo, o cérebro não poderá restaurá-lo. Aqui me deparei com alguns artigos interessantes sobre ilusões de ótica e falhas no processamento de informações por visão. Aqui está um deles. Também gastei muito tempo forçando meus amigos e colegas a preencher questionários com as letras ausentes. Dividi as palavras com omissões em 3 categorias:- Conceitos gerais.
- Termos especiais que são conhecidos da pessoa submetida à pesquisa.
- Termos especiais de uma área estreita desconhecida para o assunto.
Por exemplo, dei a colegas de programadores um questionário que incluía palavras do dia-a-dia, como "tabelas" e "cadeiras", palavras do domínio de TI, como " padrões " e " tabelas de hash " e palavras do campo da biologia e genética, como " poliadenilação " ou " adenosina monofosfato ".Aconteceu que as pessoas preenchem os espaços em branco com palavras familiares e não podem fazer isso com estranhos. Isso estava de acordo com o que li em outras fontes e com minha hipótese.Para a audiência, isso também funcionou. As pessoas reconheciam perfeitamente a fala familiar a elas, mesmo com um sinal ruim, mas não conseguiam lidar se encontrassem um padrão desconhecido.Se você tem uma pergunta sobre o formato: Por que diabos você verificou as coisas óbvias?, , , , . , . , — .
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. Testei minha suposição por 3 meses e funcionou surpreendentemente bem.Você envia um modelo fortemente conectado à entrada - as pessoas dizem que evoca uma sensação do todo, definem-no como 1 objeto. Ordem de interrupção, tentando criar um padrão de ativação diferente - o todo é dividido em partes e se torna vários objetos.Por exemplo: "Campos", "Teoria", "Unificado" / "Unificado", "Teoria", "Campos" (tentei encontrar um exemplo em russo por 7 minutos. Quem teve a idéia de sincronizar a percepção das palavras através de sua forma? É mais fácil com o inglês: Relatividade Especial / Relatividade Especial, Equações de Campo de Einstein / Equações de Campo Einstein)Então, cheguei à Hipótese 1 :Existem redes fortemente conectadas de neurônios no cérebro. A ativação de uma rede desse tipo gera uma sensação de "um objeto" ou "todo". A gravação de novos objetos na memória ocorre através da criação de uma nova área fortemente conectada.Em outras palavras, acredito que a capacidade de distinguir entre objetos é fornecida pela conectividade e atraso de tempo de ativação.PSFarei uma reserva de que provavelmente existe uma restrição no tamanho da sub-rede. Não importa como você aprenda o versículo, o texto inteiro não se tornará um objeto, será uma ativação seqüencial ao longo da cadeia.Prós:- Explica a recuperação de informações com base em dados incompletos e a existência de ilusões de ótica, através do mecanismo de ativação da sub-rede como um todo.
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- A lista continua.
Contras:Não está claro exatamente como o "senso de integridade" aparece. De onde vem a mensagem para a parte do cérebro que percebemos como o Eu que a outra parte "fechou a gestalt"?Critérios de falsificação:Essa hipótese será jogada no lixo se:- Os neurônios não formam sub-redes estáveis e altamente conectadas.
- Existe uma maneira de provar experimentalmente que a capacidade de "destacar objetos individuais" não está relacionada à ativação da rede a partir do ponto acima.
- Haverá uma explicação de todos os itens da lista de "vantagens", usando menos entidades. Ao mesmo tempo, deve ser reduzido a neurônios ou outros objetos que existem autenticamente no cérebro.
- Qualquer outro método de refutação formal ou experimental. Contradições lógicas, consequências não confirmadas, etc.
Programa de recompensa por falsificação:A hipótese participa de um programa de recompensa por pensamento crítico: US $ 50 por refutação.Descrição adicional sob o spoiler abaixo:Condições:50 , .
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"Sub-redes de neurônios fortemente conectadas" chamarei simplesmente de "objetos". Estou com preguiça de escrever 3 palavras. Todas as teorias psicológicas da memória operavam exatamente nesse conceito, e na vida cotidiana faz sentido "aquilo que pode ser distinguido como um todo".Subjetivamente, , — .
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Como você entende, os objetos estão associados a outros objetos. Se o resultado for uma sub-rede que será ativada instantaneamente, assumiremos que formamos um novo objeto. Se a conexão não for forte o suficiente ou houver muitos subobjetos para ativação instantânea, chamarei essa configuração de "modelo".Proponho chamar o conjunto inteiro de objetos e as conexões entre eles de Gráfico do Conhecimento e designá-lo no KDPV.
Sumário
Vimos como os neurônios são organizados e compilamos seu modelo matemático (sim, setas e círculos são teoria dos grafos). Levemente tocados em como os antidepressivos e antipsicóticos funcionam no cérebro - eles regulam os níveis de neurotransmissores e, portanto, afetam a ativação dos neurônios (na verdade, eles alteram a força das conexões). Aprendemos sobre a regra Hebb (neurônios que se ligam - se conectam) e o mecanismo E-LTP, responsável pela memória de curto prazo. Vimos como o cérebro resolveu o problema da memorização a longo prazo - fixando a força da comunicação através do L-LTP.Com base em nosso modelo, previmos a existência de sub-redes de neurônios com fortes conexões.Com a ajuda dessa suposição, tentamos explicar alguns dos efeitos que observamos: ilusões de ótica, adivinhação e adivinhação de objetos com base em informações incompletas, a existência da sensação de "um objeto". Curiosamente - acabou. Conseguimos usar o mesmo mecanismo para compor estruturas mais complexas - modelos e objetos complexos. E isso também funciona.Parece-me que este é um bom resultado intermediário, mas até agora temos mais perguntas do que respostas:- Por que a memória não é usada "inteiramente"? Onde está o acesso instantâneo a tudo o que sabemos? Em outras palavras, por que precisamos lembrar e como isso funciona?
- Em que momento o L-LTP é ativado e as informações são armazenadas na memória de longo prazo?
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Falaremos sobre eles nos seguintes artigos.PSSe você tiver alguma dúvida sobre qualquer parte, posso comentar algo mais detalhadamente nos comentários ou escrever um artigo esclarecedor. Este e assim se baseia em Longrid, para declarar ainda mais detalhadamente - temos um livro inteiro. Não tenho certeza se isso corresponde ao formato Habr.Se você tiver alguma sugestão sobre o estilo da apresentação, ficarei feliz em ouvi-las.Licença: CC BY-NC-ND 4.0