Logica gândirii

Să ne întoarcem la descrierea muncii neuronilor reali. Semnalele de la un neuron prin axonii lor intră în intrările altor neuroni. În sinapsele chimice, se eliberează un mediator care, în funcție de tipul de sinapse, are fie un efect de activare sau inhibitor asupra neuronului primit. Sensibilitatea sinapsei, care se poate schimba, determină contribuția acestei sinapse la excitația globală. Dacă efectul total depășește un anumit prag, membrana se depolarizează și neuronul generează un vârf. Spike este un singur impuls, durata și amplitudinea căruia nu depinde de ce activitate sinaptică a dat naștere.

Cel mai simplu model, inspirat de activitatea de impuls a neuronului, este modelul de prag adder. În acest caz, presupunând că dispozitivul poate fi asociat cu un semnal binar, se crede că intrările și ieșirile de vipera lua doar valorile 0 și 1. Dacă un astfel de intrări oficiale neuron furnizate de impulsuri, un ciclu care se repetă de un ciclu de ceas, neuronul conform formulei ajusta greutățile sale trebuie să fie în fiecare ciclu de ceas pentru a emite un semnal de răspuns sau să fie silențios. Acest lucru este logic - o imagine constantă de intrare este în concordanță cu rezultate permanente la ieșire.

Dacă încercăm să aproximăm modelul pragului de prag în realitate, primul lucru de făcut este să presupunem că imaginea activității de intrare nu poate fi strict sincronă. Adică semnalele de la diferite intrări pot fi codificate prin impulsuri având fiecare frecvența proprie. Cu această ipoteză, nu mai puteți folosi doar o imagine instantanee a stării intrărilor. Va fi necesar să alegeți un interval de timp exponențial și să utilizați imaginea activității acumulate în acest interval. La frecvențe diferite ale semnalelor de intrare la anumite intervale, impulsurile de intrare vor forma heapsuri suficiente pentru a activa neuronul, iar pe altele da o descărcare, lăsând neuronul inactiv. Astfel, răspunsul neuronului își va dobândi frecvența proprie, care va depinde de frecvența semnalelor de intrare și de sensibilitatea sinapselor corespunzătoare.

Aceste considerații ne conduc la un model de neuron ca un combinator liniar, în care nivelele de semnal la intrările neuron, iar răspunsul său nu este descris în cele două niveluri și cantitățile reale care corespund frecvenței de repetiție de crampoane. Trecerea la un combinator liniar vă permite de a simplifica foarte mult de modelare și parțial pentru a uita de natura chimică a activității neuronale originale.

Dar totul are început. Pentru ca informația să intre în creier, neuronii care interacționează cu lumea exterioară sunt necesari. Sensibilitatea acestei interacțiuni diferă brusc de sensibilitatea sinaptică. În sinapse, al căror număr poate fi măsurat cu zeci de mii într-un neuron, mediatorul este eliberat din bule cu o capacitate constantă. Cuantumul minim al unei eliberări de mediator este o porțiune de aproximativ 7000 de molecule. Sensorii neuronilor funcționează destul de bine cu alte volume. Astfel, bastoanele vizuale sunt activate literal din două cani de lumină, receptorii neuronilor din sistemul olfactiv sunt capabili să detecteze doar câteva molecule dintr-o substanță mirositoare. O astfel de susceptibilitate ridicată este realizată datorită mecanismelor de amplificare internă a semnalului.

Interacțiunea neuronului cu mediul apare datorită moleculelor de proteine ​​- receptori, care permit efectelor chimice externe să schimbe starea în interiorul celulei. O substanță care interacționează cu un tip specific de receptor se numește ligand. Pentru receptorii sinaptici, liganzii sunt aceiași neurotransmițători care asigură interacțiunea neuronilor.

Receptoarele vecine se pot conecta, creând dimeri (vezi figura de mai jos), care, la rândul lor, unesc clustere receptive.

Receptorii sunt împărțiți în ionotropi și metabotropi. Receptorii ionotropici creează canale ionice care mișcă ionii încărcați prin membrană, schimbând potențialul membranei. Atunci când ligandul interacționează cu receptorul ionotropic, acesta din urmă modifică conductivitatea canalului ionic, deschizând sau închizând-o. Acești receptori sunt localizați în cleștele sinaptice. Lucrările lor comune determină dacă trebuie sau nu să existe un vârf cauzat de adăugarea de semnale externe.

O natură oarecum diferită în receptorii metabotropici. Acestea sunt situate în afara sinapselor și nu creează canale ionice. Când interacționează cu ligandul lor, acestea declanșează activitatea mediatorilor intracelulare, care asigură amplificarea semnalului original de sute de mii de ori, ceea ce duce în cele din urmă la activarea neuronului. Aceasta inseamna ca chiar si o mica parte dintr-o substanta care este un ligand pentru un receptor metabotropic poate cauza un neuron corespunzator la spike. Un astfel de mecanism este utilizat de neuronii senzoriali, le permite să răspundă unor influențe externe nesemnificative. Dar, în plus față de percepția senzorială, receptorii metabotropici sunt responsabili pentru o proporție semnificativă a activității creierului în general.

Un stimul caracteristic pentru un neuron este o imagine a semnalelor de intrare care coincid cu imaginea sensibilității sinapselor sale. Cu cât semnalul de intrare este mai apropiat de stimulul caracteristic, cu atât este mai mare frecvența vârfurilor generate de neuron. Această reacție este denumită de obicei activitate indusă. Se întâmplă în acești neuroni care au reacționat cumva la imaginea curentă. Dar activitatea indusă este doar o mică parte din activitatea creierului total. Activitatea principală este reprezentată de așa-numita activitate de bază (figura de mai jos).

Răspunsul neuron la stimulent și activitatea spontană

Activitatea de fundal constă în ocazionale singure spikes care apar din când în când. Astfel de spikes sunt numite spontane, deoarece ele se manifestă indiferent de prezența sau absența activității induse. Dacă protejăm creierul de informațiile externe, activitatea spontană din zonele senzoriale nu va slăbi, ci, dimpotrivă, va crește doar. Pentru un singur neuron, activitatea sa spontană arată ca o serie de vârfuri aleatorii. Dar pentru neuronii dintr-o zonă a cortexului această activitate este adăugată la ritmul general, care în sine creează fluctuații electrice semnificative. Aceste oscilații pot fi fixate prin atașarea de electrozi la nivelul scalpului, care se numește de fapt electroencefalografie.

Pentru diferitele zone ale cortexului și diferitele stări ale unei persoane, frecvențele și nivelurile lor de ritmuri sunt inerente. Cel mai puternic ritm dintr-o zonă corticală separată este urmărit în zona pielii direct deasupra acestei zone. Prin urmare, pentru a înregistra ritmul creierului folosind un set de electrozi, distribuit uniform pe suprafața capului. Rezultatul arată ca un set de grafice, fiecare dintre acestea fiind înregistrat din propriul electrod (imaginea de mai jos).

Radchenko a descris mai multe stări caracteristice clusterelor receptive metabotropice și a comparat aceste stări cu diferite stadii de memorare (figura de mai sus). Abilitatea receptorilor de a influența starea unei celule depinde de poziția diviziunilor lor divizate. Cu cat distanta dintre ele este mai mare, cu atat mai puternice sunt capetele exterioare care ies pe suprafata, iar interiorul patrunde in mediul celular. În consecință, o distanță mai mare corespunde unei sensibilități mai mari a receptorului. Pe măsură ce distanța scade, capetele receptorilor sunt imersate în membrană, iar receptorii își pierd capacitatea de a influența starea neuronului. Distanța poate fi controlată de potențialul membranar al neuronului. Depolarizarea împinge părțile finale din membrană spre exterior și respectiv în celulă, iar hiperpolarizarea le trage înapoi în membrană.

Inițial, grupurile receptive metabotropice au caracteristici de histerezis. Histerezisul implică faptul că comportamentul sistemului este determinat de preistorie (graficul de mai jos). Trecând la o anumită stare saturată stabilă, sistemul nu se întoarce după îndepărtarea forței, dar rămâne în această poziție. Pentru al scoate din această poziție, este necesar să se aplice o forță inversă care, după trecerea unui anumit prag, va transfera sistemul într-o altă stare stabilă, cu aceeași proprietate "lipită".

Histerezisul oferă proprietățile receptorului declanșatorului. Ca răspuns la un ventru al receptorilor pentru neurotransmițători poate fi „lipicios“ în stare scos din membrană, cât și în stare de imersiune în ea. Prima condiție spune ca neuron devine sensibil la o anumită imagine a activității de mediu și poate reacționa la sine repetarea Spike, al doilea, dimpotrivă, face imun la ea. Dar acest lucru este pe termen scurt, blocat ca o schimbare clară a potențialului de membrană poate reseta clusterului la starea sa inițială.

Radchenko a comparat acest comportament al clusterelor receptive cu memorie pe termen scurt (pe termen scurt). Asta este de a spune că, în orice moment dat este determinat de gândirea noastră - acest lucru este pe de o parte, modelul activității neuronale, iar pe de altă parte, stabilirea de urme ale acestei activități, care vă permite să recuperați imagini recente rapid. Fragilitatea acestor piste asigură eficiența memoriei. Ne putem întoarce rapid la un gând care a fost acum un secol sau un minut, dar pierdem această ușurință când trece orele sau zilele.

Sub influența mediatorilor de forfecare puternice și potențialii receptori de membrană poate salva proprietăți de histerezis și muta într-un mod stabil, care este fixat permanent starea dobândit de cluster, care poate fi asociat cu o memorie pe termen lung. În acest caz, în funcție de poziția de blocare, pentru a împinge starea sau adâncită, cluster-ul sau să răspundă la un model de activitate specifică, sau invers - devine imunitate stabilă la ea. Aceste stări stabile pot fi stocate de foarte mult timp, puteți spune pentru totdeauna, deși în anumite condiții pot fi suprascrise.

Mai departe, în modelul nostru, vom porni de la faptul că neuronii cerebrale au trei forme de stocare a informațiilor. O formă este o schimbare în sensibilitatea sinapselor, care determină imaginea caracteristică a neuronului. A doua formă este o fixare de declanșare pe termen scurt a clusterelor receptive metabotropice ale unei imagini a activității din jur. Și a treia este o fixare pe termen lung, datorită tranziției clusterelor receptive la o stare stabilă, a unor părți de imagini fixe pe scurt.

Sensibilitatea sinapselor unui neuron descrie singura imagine caracteristică pentru aceasta (dacă neuronii cu mai multe secțiuni ale sinapselor nu sunt luați în considerare). În acest caz, suprafața extra-sinaptică a neuronului, care conține sute de mii de clustere receptive metabotropice, poate stoca un număr comparabil de amintiri care indică evenimentele în care această imagine caracteristică sa manifestat.

Rețineți că activitatea de impuls a neuronilor constă din două componente. O componentă este o imagine a activității induse, care indică ce neuroni au învățat stimulii caracteristici pentru ei. A doua componentă este o imagine a activității spontane condiționate, care există relativ independent de prima și care creează un fundal comun al creierului. Acest fundal este mai puțin accentuat decât activitatea indusă, dar este mai amplu, deoarece este distribuit pe tot spațiul crustale.

Articole similare

• Esența gândirii audiovizuale și a sistemului figurativ al unui ecran de televiziune

• Plan-rezumat al lecției pe cursul "informatică, logică, geometrie" pe tema "copiere în oglindă

• Ceea ce oferă gândirea corectă în biliard, biliard preferat - site-ul lui Igor Litovchenko

Trimiteți-le prietenilor: