Глава 1. НЕЙРОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ИНДУКТИВНОГО АВТОМАТА В САМОМ СЖАТОМ ВИДЕ

Глава 1. НЕЙРОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ИНДУКТИВНОГО АВТОМАТА В САМОМ СЖАТОМ ВИДЕ

1.4. ОБРАЗОВАНИЕ НЕЙРОННЫХ АНСАМБЛЕЙ

Если на какую-то группу нейронов базовой структуры приходит внешнее возбуждение и его достаточно, чтобы нейроны заработали (загенерировали), то возбуждающие связи между нейронами группы начнут усиливаться. Если это внешнее возбуждение, выделяющее определенную группу, будет повторяться, то связи вырастут значительно и группа превратится в нейронный ансамбль. Нейронный ансамбль — это группа постоянного состава; это группа взаимопомощи, поскольку нейроны группы, обмениваясь возбуждением, помогают друг другу решать задачу функционального обновления, и наконец, это память о том объекте внешнего мира, который послужил первопричиной выделения группы. Таким образом, благодаря внешним воздействиям из базовой структуры выделяются ансамбли.

Ансамбли могут быть различных уровней. Уровни ансамблей определяются источниками возбуждения, первоначально выделяющего нейронные группы. Для первого уровня источником первоначального возбуждения являются входные устройства автомата с их сенсорными системами и средствами первичной селекции и классификации. Для всех ансамблей более высоких уровней источниками возбуждения являются генерирующие ансамбли предшествующих уровней.

Входные устройства создают на своих выходах описания внешних для автомата ситуаций в некоторых унифицированных алфавитах с относительно небольшим числом элементов этих алфавитов. Выходы входных устройств служат входами первого уровня памяти, и связь здесь организована таким образом, что каждый из элементов унифицированных алфавитов однозначно связан со своей группой нейронов. Это предопределяет смысловое, или языково-символьное, соотнесение ансамблей первого уровня с элементами алфавитов описания внешнего мира. Входные устройства закладываются в автомат конструктором. Тем самым сразу имеется источник входных воздействий для базовой структуры и, значит, сразу, если только внешний мир не есть пустота, начнут формироваться ансамбли первого уровня.

Один из центральных моментов концепции автомата состоит в том, что нейронные ансамбли первого уровня являются источниками шумового возбуждения для базовой структуры, в этом их первичное назначение. Но так как по способу образования они являются элементами памяти, то оказывается, что, создавая источники шумового возбуждения и систему управления для них в виде нейронных ансамблей более высоких уровней, автомат строит внутри себя модель внешнего мира. Система памяти вместе с сенсорными системами оказывается, если смотреть на них исходя из внутреннего энергетического плана автомата, просто источником шумового возбуждения.

Представление о памяти на основе нейронных ансамблей было высказано Хеббом и разделяется многими авторами (см., напр. [9]), но для нас важно подчеркнуть другое, а именно то, что нейронные ансамбли образуются непосредственно ради своих нейронов, образуются как группы взаимопомощи и используются непосредственно в задаче снижения потребности в питании нейронной массы. При этих акцентах мы приходим к выводу, что необходимость работы памяти первична, а ориентация работы в смысле внешних полезных эффектов вторична.

Характер работы памяти и автомата в целом во многом предопределен свойствами нейронного ансамбля. Ансамбль имеет два активных состояния: генерацию на низкой частоте и генерацию на высокой частоте — и одно неактивное состояние — покой. На рис. 1.1 показана характеристика возбудимости нейрона от времени, прошедшего после очередного разряда. (Это характеристика реального живого нейрона, и она же принята для условного нейрона автомата.) Через t обозначено время от момента последнего разряда, через П — возбудимость нейрона, понимаемая как порог нейрона. Когда возбуждение W на нейроне превышает значение порога, в нейроне происходит разряд. Характеристика П(t ) разделяется на две области: экзальтации (П < П₀) и рефрактерности (П > П₀).

Среди свойств нейрона мы указали на существование оптимальной частоты генерации. Оптимальная частота, соответствующая интервалу между разрядами, равному величине t _opt, приходится на область рефрактерности, т.е. на область высоких частот. Чтобы нейрон генерировал с оптимальной частотой, необходимо, чтобы возбуждение на нем было равно величине W_opt. Возбуждение на нейроне ансамбля создается другими генерирующими нейронами этого ансамбля и определяется величинами межнейронных связей, числом связей и частотой генерации. В соответствии со свойствами нейрона величины связей в ансамбле изменяются так, чтобы частота генерации нейронов стремилась к оптимальной.

Положение о существовании двух активных состояний ансамбля определяется тем, что при величине связей в ансамбле, достаточной для генерации на оптимальной частоте, ансамбль самостоятельно, т.е. без дополнительной помощи, не может перейти из режима низкочастотной генерации в режим высокочастотной генерации, не может самостоятельно преодолеть порог рефрактерности (задерживается в точке t ₁ при возбуждении W₁). Два активных состояния: высокочастотное и низкочастотное — обеспечиваются характером зависимости П(t ). Существование у ансамблей порога рефрактерности делает необходамым организацию взаимопомощи на уровне не нейронов, а ансамблей. Развитие отношений между ансамблями в конечном счете приводит к интеллекту.

Ансамбль в состоянии низкочастотной генерации мы будем называть очагом возбуждения, а само состояние — полуактивным. Ансамбли легко попадают в состояние очагов возбуждения; состояние это устойчиво, но энергетически невыгодно — ведет к истощению питательных резервов в нейронах.

Рис. 1.1. Зависимость возбудимости нейрона от времени после разряда

Состояние высокочастотной генерации будем называть рабочим, или активным. Это состояние непродолжительно — происходит самопроизвольное запирание нейронов и переход ансамбля в состояние покоя.

Шумовой поток для нейронной массы создается ансамблями первого уровня, находящимися в активных состояниях.