Екологія життя. Наука і відкриття: Людина освоїв морські глибини та повітряні простори, проникнув у таємниці космосу та земних надр. Він навчився протистояти багатьом хворобам

Людина освоїв морські глибини та повітряні простори, проникнув у таємниці космосу та земних надр.Він навчився протистояти багатьом хворобам і почав жити довше.Він намагається маніпулювати генами, «вирощувати» органи для трансплантації та шляхом клонування «творити» живих істот.

Але для нього, як і раніше, залишається найбільшою загадкою, як функціонує його власний мозок, як за допомогою звичайних електричних імпульсів і невеликого набору нейромедіаторів нервова система не тільки координує роботу мільярдів клітин організму, але й забезпечує можливість пізнавати, мислити, запам'ятовувати, відчувати найширшу гаму емоцій. .

На шляху до розуміння цих процесів людина повинна, перш за все, зрозуміти, як функціонують окремі нервові клітини (нейрони).

Найбільша загадка – як функціонує мозок

Живі електромережі

За приблизними оцінками, у нервовій системі людини понад 100 млрд нейронів. Усі структури нервової клітини орієнтовані виконання найважливішої для організму завдання – отримання, переробка, проведення та передачі інформації, закодованої як електричних чи хімічних сигналів (нервових імпульсів).

Нейрон складаєтьсяз тіла діаметром від 3 до 100 мкм, що містить ядро, розвинений білок-синтезуючий апарат та інші органели, а також відростків: одного аксона, і кількох, як правило, розгалужених, дендритів. Довжина аксонів зазвичай помітно перевищує розміри дентритів, окремих випадках досягаючи десятків сантиметрів і навіть метрів.

Наприклад, гігантський аксон кальмара має товщину близько 1 мм і кілька метрів у довжину; експериментатори не забули скористатися такою зручною моделлю, і досліди саме з нейронами кальмарів послужили з'ясування механізму передачі нервових імпульсів.

Зовні нервова клітина оточена оболонкою (цитолемою), яка забезпечує обмін речовин між клітиною і навколишнім середовищем, але й здатна проводити нервовий імпульс.

Справа в тому, що між внутрішньою поверхнею мембрани нейрона та зовнішнім середовищем постійно підтримується різниця електричних потенціалів. Це відбувається завдяки роботі про «іонних насосів» – білкових комплексів, здійснюють активний транспорт позитивно заряджених іонів калію і натрію через мембрану.

Такий активний перенесення, а також пасивна дифузія іонів, що постійно протікає, через пори в мембрані зумовлюють у спокої негативний щодо зовнішнього середовища заряд з внутрішньої сторони мембрани нейрона.

Якщо подразнення нейрона перевищує певну порогову величину, то у точці стимуляції виникає серія хімічних та електричних змін (активне надходження іонів натрію в нейрон та короткочасна зміна заряду з внутрішньої сторони мембрани з негативного на позитивний), які поширюються по всій нервовій клітині.

На відміну від простого електричного розряду, який через опір нейрона поступово слабшатиме і зуміє подолати лише коротку відстань, нервовий імпульс у процесі поширення постійно відновлюється.

Основними функціями нервової клітини є:

• сприйняття зовнішніх подразнень (рецепторна функція),
• їх переробка (інтегративна функція),
• передача нервових впливів інші нейрони чи різні робочі органи (ефекторна функція).

За дендритами – інженери назвали б їх «приймачами» – імпульси надходять у тіло нервової клітини, а за аксоном – «передавач» – йдуть від її тіла до м'язів, залоз або інших нейронів.

У зоні контакту

Аксон має тисячі відгалужень, які тягнуться до дендритів інших нейронів. Зона функціонального контакту аксонів та дендритів називається синапсом.

Чим більше синапсів на нервовій клітині, тим більше сприймається різних подразнень і, отже, ширша сфера впливів на її діяльність та можливість участі нервової клітини у різноманітних реакціях організму. На тілах великих мотонейронів спинного мозку може налічуватися до 20 тис. синапсів.

У синапсі відбувається перетворення електричних сигналів на хімічні і назад.Передача збудження здійснюється за допомогою біологічно активних речовин – нейромедіаторів (ацетилхоліну, адреналіну, деяких амінокислот, нейропептидів та ін.). Проні містяться у спеціальних бульбашках, що у закінченнях аксонів – пресинаптичної частини.

Коли нервовий імпульс досягає пресинаптичної частини, відбувається викид нейромедіаторів у синаптичну щілину, вони зв'язуються з рецепторами, розташованими на тілі або відростках другого нейрона (постсинаптичної частини), що призводить до генерації електричного сигналу постсинаптичного потенціалу.

Розмір електричного сигналу прямо пропорційна кількості нейромедіатора.

Одні синапси спричиняють деполяризацію нейрона, інші – гіперполяризацію; перші є збуджуючими, другі – гальмуючими.

Після припинення виділення медіатора відбувається видалення його залишків із синаптичної щілини та повернення рецепторів постсинаптичної мембрани у вихідний стан. Результат сумації сотень і тисяч збуджуючих і гальмівних імпульсів, що одночасно стікаються до нейрона, визначає, чи буде він на даний момент генерувати нервовий імпульс.

Нейрокомп'ютери

Спроба змоделювати принципи роботи біологічних нейронних мереж призвела до створення такого пристрою переробки інформації як нейрокомп'ютер .

На відміну від цифрових систем, що являють собою комбінації процесорних і запам'ятовуючих блоків, нейропроцесори містять пам'ять, розподілену у зв'язках (своєрідних синапсах) між дуже простими процесорами, які формально можуть бути названі нейронами.

Нейрокомп'ютери не програмують у традиційному сенсі цього слова, а «навчають», налаштовуючи ефективність усіх «синаптичних» зв'язків між їх «нейронами», що їх складають.

Основними сферами застосування нейрокомп'ютерів їх розробники вбачають:

• розпізнавання візуальних та звукових образів;
• економічне, фінансове, політичне прогнозування;
• управління у реальному часі виробничими процесами, ракетами, літаками;
• оптимізація під час конструювання технічних пристроїв тощо.

"Голова - предмет темний ..."

Нейрони можна розбити на три великі групи:

• рецепторні,
• проміжні,
• ефекторні.

Рецепторні нейронизабезпечують введення у мозок сенсорної інформації. Вони трансформують сигнали, що надходять на органи почуттів (оптичні сигнали в сітківці ока, акустичні – у вушному равлику, нюхові – у хеморецепторах носа та ін.), електричну імпульсацію своїх аксонів.

Проміжні нейрониздійснюють обробку інформації, що отримується від рецепторів, і генерують керуючі сигнали для ефекторів. Нейрони цієї групи утворюють центральну нервову систему (ЦНС).

Ефективні нейронипередають сигнали, що приходять на них, виконавчим органам. Результат діяльності нервової системи – та чи інша активність, основу якої лежить скорочення чи розслаблення м'язів чи секреція чи припинення секреції залоз. Саме з роботою м'язів та залоз пов'язаний будь-який спосіб нашого самовираження.

Якщо принципи функціонування рецепторних і эффекторных нейронів більш менш зрозумілі вченим, то проміжний етап, у якому організм «перетравлює» інформацію, що надійшла, і приймає рішення про те, як на неї відреагувати, зрозумілий лише на рівні найпростіших рефлекторних дуг.

У більшості випадків нейрофізіологічний механізм формування тих чи інших реакцій залишається загадкою. Недарма у науково-популярній літературі головний мозок людини часто порівнюють із «чорним ящиком».

«…У вашій голові живе 30 млрд нейронів, які зберігають ваші знання, навички, накопичений життєвий досвід. Після 25 років роздумів цей факт здається мені не менш разючим, ніж раніше.Найтонша плівка, що складається з нервових клітин, бачить, відчуває, творить наш світогляд. Це просто неймовірно!Насолода теплотою літнього дня і сміливі мрії про майбутнє - все створюється цими клітинами ... Нічого іншого не існує: ніякої магії, ніякого спеціального соусу, тільки нейрони, що виконують інформаційний танець, - писав у своїй книзі «Про інтелект» відомий розробник комп'ютерів, засновник Ред Інституту нейрології (США) Джефф Хокінс.

Вже понад півстоліття тисячі вчених-нейрофізіологів у всьому світі намагаються зрозуміти хореографію цього «інформаційного танцю», проте на сьогодні відомі лише його окремі постаті та па, які не дозволяють створити універсальну теорію функціонування головного мозку.

Слід зазначити, що багато робіт у галузі нейрофізіології присвячені так званій "функціональної локалізації" – з'ясування того, який нейрон, група нейронів чи ціла галузь мозку активується у тих чи інших ситуаціях.

На сьогодні накопичено величезний масив інформації про те, які нейрони у людини, щури, мавпи вибірково активуються при спостереженні різних об'єктів, вдиханні феромонів, прослуховуванні музики, розучуванні віршів тощо.

Щоправда, іноді подібні досліди здаються дещо курйозними. Так, ще в 70-ті роки минулого століття одним із дослідників у мозку у щура були виявлені «нейрони зеленого крокодильчика»: ці клітини активувалися, коли тварина, що біжить по лабіринту, серед інших предметів натикалася на вже знайому йому іграшку маленького зеленого крокодильчика.

А іншим вченим пізніше в мозку у людини був локалізований нейрон, який «реагує» на фотографію президента США Біла Клінтона.

Всі ці дані підтверджують теорію, що нейрони в головному мозку спеціалізовані, проте жодною мірою не пояснюють, чому і як відбувається ця спеціалізація.

Лише загалом зрозумілі вченим нейрофізіологічні механізми навчання та пам'яті.Передбачається, що у процесі запам'ятовування інформації відбувається формування нових функціональних контактів між нейронами кори мозку.

Інакше кажучи, нейрофізіологічним «слідом» пам'яті є синапси. Чим більше виникає нових синапсів, тим «багатіша» пам'ять індивідуума.Типова клітина у корі головного мозку утворює кілька (до 10) тисяч синапсів. З урахуванням загальної кількості нейронів кори виходить, що тут можуть сформуватися сотні мільярдів функціональних контактів!

Під впливом якихось відчуттів, думок чи емоцій відбувається пригадування- Порушення окремих нейронів активізує весь ансамбль, відповідальний за зберігання тієї чи іншої інформації.

У 2000 р. шведському фармакологу Арвіду Карлссону та американським нейробіологам Полу Грінгарду та Еріку Кенделу було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини за відкриття, що стосуються «передачі сигналів у нервовій системі».

Вчені продемонстрували, що пам'ять більшості живих істот працює завдяки дії так званих нейротрансмітерів – дофаміну, норадреналіну та серотоніну, Ефект яких на відміну від класичних нейромедіаторів розвивається не за мілісекунди, а за сотні мілісекунд, секунди і навіть годинник. Саме цим і зумовлено їх тривалий, що модулює вплив на функції нервових клітин, їх роль в управлінні складними станами нервової системи – спогадами, емоціями, настроями.

Слід також відзначити, що величина сигналу, що генерується на постсинаптичній мембрані, може бути різною навіть за однакової величини вихідного сигналу, що досяг пресинаптичної частини. Ці відмінності визначає так звана ефективність, або вага, синапс, який може змінюватися в процесі функціонування міжнейронного контакту.

На думку багатьох дослідників, зміна ефективності синапсів також відіграє важливу роль роботі пам'яті. Можливо, інформація, що часто використовується людиною, зберігається в нейронних мережах, пов'язаних високоефективними синапсами, і тому швидко і легко «згадується». У той самий час, синапси, що у зберіганні другорядних, рідко «витягуваних» даних, очевидно, характеризуються низькою ефективністю.

А таки вони відновлюються!

Одна з найбільш хвилюючих з медичної точки зору проблем нейробіології – можливість регенерації нервової тканини. Відомо, що перерізані або пошкоджені волокна нейронів периферичної нервової системи, оточені неврилемою (оболонкою зі спеціалізованих клітин), можуть регенерувати, якщо тіло клітини збереглося в цілості. Нижче місця перерізання неврилема зберігається у вигляді трубчастої структури, і та частина аксона, яка залишилася пов'язаною з тілом клітини, росте по цій трубці, доки не досягне нервового закінчення. У такий спосіб відновлюється функція пошкодженого нейрона.

Аксони в ЦНС не оточені неврилемою і тому, мабуть, не здатні знову проростати до місця колишнього закінчення.

У той же час, донедавна нейрофізіологи вважали, що протягом життя нові нейрони в ЦНС не утворюються.

«Нервові клітини не відновлюються!», – застерігали вчені. Передбачалося, що підтримка нервової системи в «робочому стані» навіть при серйозних захворюваннях і травмах відбувається завдяки її винятковій пластичності: функції загиблих нейронів беруть на себе їх колеги, що залишилися в живих, які збільшуються в розмірах і формують нові зв'язки.

Високу, але не безмежну ефективність подібної компенсації можна проілюструвати на прикладі хвороби Паркінсона, коли відбувається поступове відмирання нейронів. Виявляється, поки в головному мозку не загине близько 90% нейронів, клінічні симптоми захворювання (тремтіння кінцівок, нестійка хода, недоумство) не виявляються, тобто людина виглядає практично здоровою. Виходить, одна жива нервова клітина може функціонально замінити дев'ять загиблих!

В даний час доведено, що в головному мозку дорослих ссавців утворення нових нервових клітин (нейрогенез) все ж таки відбувається. Ще в 1965 р. було показано, що нові нейрони регулярно з'являються у дорослих щурів у гіпокампі – області мозку, що відповідає за ранні фази навчання та пам'яті.

Через 15 років вчені показали, що у мозку птахів нові нервові клітини з'являються протягом усього життя. Проте дослідження мозку дорослих приматів щодо нейрогенезу не давали обнадійливих результатів.

Лише близько 10 років тому американські вчені розробили методику, яка довела, що в мозку мавп протягом усього життя з нейрональних стовбурових клітин продукуються нові нейрони. Дослідники вводили тваринам спеціальну речовину-мітку (бромдіоксіурідін), яка включалася в ДНК тільки клітин, що діляться.

Так було виявлено, що нові клітини починали розмножуватися в зоні субвентрикулярної і вже звідти мігрували в кору, де і дозрівали до дорослого стану. Нові нейрони виявлялися в зонах головного мозку, пов'язаних із когнітивними функціями, і не виникали в зонах, що реалізують більш примітивний рівень аналізу.

У зв'язку з цим вчені припустили, що нові нейрони можуть бути важливими для процесу навчання та пам'яті.

На користь цієї гіпотези говорить також таке: великий відсоток нових нейронів гине в перші тижні після того, як вони народилися; однак у тих ситуаціях, коли відбувається постійне навчання, частка нейронів, що вижили, значно вища, ніж тоді, коли вони «не затребувані» – коли тварина позбавлена ​​можливості утворювати новий досвід.

На сьогодні встановлені універсальні механізми загибелі нейронів при різних захворюваннях:

1) підвищення рівня вільних радикалів та окисне ушкодження мембран нейронів;

2) порушення діяльності мітохондрій нейронів;

3) несприятлива дія надлишку збуджувальних нейротрансмітерів глутамату та аспартату, що призводить до гіперактивації специфічних рецепторів, надмірного накопичення внутрішньоклітинного кальцію, розвитку окислювального стресу та загибелі нейрона (феномен ексайтотоксичності).

Виходячи з цього, як лікарські засоби - нейропротекторів в неврології використовують:

• препарати з антиоксидантними властивостями (вітаміни Е та С, ін.),
• коректори тканинного дихання (коензим Q10, янтарна кислота, рибофлавін, ін),
• а також блокатори рецепторів глутамату (мемантин та ін.).

Приблизно в той же час була підтверджена можливість появи нових нейронів зі стовбурових клітин у головному мозку дорослої людини: патологоанатомічне дослідження пацієнтів, які отримували за життя бромдіоксиуридин з терапевтичною метою, показало, що нейрони, що містять дану речовину-мітку, виявляються практично у всіх відділах мозку, включаючи кору великих півкуль.

Цей феномен всебічно досліджується з метою лікування різних нейродегенеративних захворювань, насамперед хвороб Альцгеймера та Паркінсона, які стали справжнім бичем для «старіючого» населення розвинутих країн.

В експериментах для трансплантації використовують як нейрональні стовбурові клітини, які і в ембріона, і у дорослої людини розташовуються навколо шлуночків головного мозку, так і ембріональні стовбурові клітини, здатні перетворюватися практично на будь-які клітини організму.

На жаль, на сьогоднішній день лікарі не можуть вирішити основну проблему, пов'язану з пересадкою нейрональних стовбурових клітин: їх активне розмноження в організмі реципієнта в 30-40% випадків призводить до утворення злоякісних пухлин.

Незважаючи на це, фахівці не втрачають оптимізму і називають трансплантацію стовбурових клітин одним з найбільш перспективних підходів у терапії нейродегенеративних захворювань.опубліковано . Якщо у вас виникли питання на цю тему, задайте їх фахівцям та читачам нашого проекту .

У нашому мозку 100 млрд. нейронів – це більше, ніж зірок у нашій галактиці! Кожна клітина, у свою чергу, може дати 200 тис. відгалужень.

Отже, мозок має великі ресурси, щоб зберігати враження обсягом приблизно 3 млн. років. Вчені називають це "чарівними деревами розуму", тому що нервові клітини мозку схожі на гіллясті дерева.

Уявні електричні імпульси між нейронами передаються через синапси – зони контакту між нейронами. Середній нейрон людського мозку має від 1000 до 10000 синапсів або контактів із сусідніми нейронами. Синапси мають невелику щілину, яку має подолати імпульс.

Коли ми вчимося, ми змінюємо роботу мозку, прокладаючи нові шляхи для уявних електричних імпульсів.При цьому електричний сигнал повинен перестрибнути через щілину синапсу для утворення нових зв'язків між нервовими клітинами. Цю дорогу йому найважче пройти вперше, але в міру навчання, коли сигнал долає синапс знову і знову, зв'язки стають все «ширшими та міцнішими», зростає кількість синапсів і зв'язків між нейронами. Утворюються нові нейронні мікромережі, в які і вбудовуються нові знання: переконання, звички, моделі поведінки. І тоді ми нарешті чомусь навчилися. Цю здатність мозку називають нейропластичністю.

Саме кількість мікромереж у мозку, а не його об'єм чи маса, мають визначальний вплив на те, що ми називаємо інтелект.

Принагідно хочу помітити, що в ранньому дитинстві, коли проходить найінтенсивніший період навчання, для дитини вкрай важливе багате і різноманітне середовище, що розвиває.

Нейропластика - це одне з найдивовижніших відкриттів останніх років. Раніше вважалося, що нервові клітини не відновлюються. Але в 1998 році група американських учених довела, що нейрогенез відбувається не тільки до 13-14 років, але і все наше життя, і що у дорослих людей також можуть з'являтися нові нервові клітини.

Вони встановили, що причиною зменшення наших розумових здібностей з віком є ​​не відмирання нервових клітин, а виснаження дендритів – відростків нервових клітин, через які проходять імпульси від нейрона до нейрона. Якщо дендрити постійно не стимулювати, то вони атрофуються, втрачаючи здатність до провідності, наче м'язи без фізичного навантаження.

Одні й самі щоденні дії формують шаблонне поведінка - наші звички, - у своїй використовуються і зміцнюються одні й самі нейронні зв'язку. Так відбувається вбудовування нашого «автопілота», але при цьому страждає на гнучкість нашого мислення.

Наш мозок потребує вправ. Необхідно щодня міняти рутинні та шаблонні дії на нові, незвичні вам, які задіяють кілька органів чуття; виконувати звичайні дії незвичайним способом, вирішувати нові проекти, намагаючись уникати «автопілота» звичних схем. Звичка послаблює здібності мозку. Для продуктивної роботи йому потрібні нові враження, нові завдання, нова інформація – одним словом – зміни.

До 1998 року вважалося, що зростання дендритів відбувається лише у ранньому віці, але дослідження довели, що у дорослих людей нейрони здатні вирощувати дендрити для компенсації втрачених старих. Доведено, що нейронні мережі здатні змінюватися протягом життя людини і наш мозок зберігає у собі величезні ресурси нейропластичности – здатності змінювати свою структуру.

Відомо, що наш мозок складається з ембріональної тканини, тобто тієї, з якої складається ембріон. Тому він завжди відкритий для розвитку, навчання та для майбутнього.

Мозок здатний простою думкою, уявою, візуалізацією змінювати структуру та функцію сірої речовини.Науковці переконуються, що це може відбуватися навіть без зовнішніх впливів. Мозок може змінюватися під владою тих думок, якими він наповнений, розум може впливати на мозок. Наш мозок створений природою з розрахунком на навчання та подібні зміни.

У Біблії сказано: «Перетворіться оновленням вашого розуму».

Все сказане вище підводить нас до розуміння того, що для реального досягнення цілей потрібна фундаментальна зміна способу роботи вашого мозку - подолання генетичної програми і колишнього виховання з усіма багаторічними переконаннями. Ви не просто повинні плекати думки у своїй уяві, які присутні не довше за новорічний «все, більше не п'ю», а переучувати свій мозок, створюючи нові нейронні структури. Нейрологи кажуть: "Нейрони, які разом сходяться, разом і водяться". Нові нейронні структури вашого мозку будуть створювати нові мережі, «блок-схеми», пристосовані для вирішення нових завдань.

«Ваше завдання – перекинути міст через прірву між вами та бажаними цілями».

Ерл Найтінгейл

Метафорично цей процес можна ілюструвати на прикладі. Уявіть, що ваш мозок із його обмежувальними переконаннями – це склянка з каламутною водою. Якби ви одразу виплеснули брудну воду, помили склянку та набрали чисту – це був би шок для всього організму. Але, підставивши склянку по струменю чистої води, ви поступово заміните каламутну.

Так само для навчання мозку новому способу думок немає потреби різко «прати» старий. Необхідно поступово «заливати» підсвідомість новими позитивними переконаннями, звичками та якостями, які у свою чергу генеруватимуть ефективні рішення, призводячи вас до потрібних результатів.

Для підтримки високої працездатності нашому мозку, як і тілу, потрібна «фіззарядка». Професор нейробіології Лоуренс Кац (США) розробив комплекс вправ для мозку – нейробіку, що дозволяє нам мати гарну «ментальну» форму.

Вправи нейробики обов'язково використовують усі п'ять почуттів людини – причому, незвичайним чином і у різних комбінаціях. Це допомагає створювати у мозку нові нейронні зв'язки.При цьому наш мозок починає виробляти нейротропін, речовину, що сприяє зростанню нових нервових клітин та зв'язків між ними. Ваше завдання - щодня міняти звичні та шаблонні дії на нові, незвичні.

Мета вправ нейробіки – стимуляція мозку.Займатися нейробікою просто – потрібно зробити так, щоб у процесі звичної діяльності по-новому були задіяні ваші органи почуттів.

Наприклад:

• прокинувшись вранці, прийміть душ заплющеними очима,
• почистіть зуби іншою рукою,
• постарайтеся одягнутися на дотик,
• вирушайте на роботу новим маршрутом,
• зробіть звичні покупки в новому місці і ще багато чого.

Це захоплююча та корисна гра.

Нейробіка корисна всім. Дітям вона допоможе краще концентруватися та засвоювати нові знання, а дорослим – підтримувати свій головний мозок у чудовій формі та уникнути погіршення пам'яті.

Головний принцип нейробіки – постійно змінювати прості шаблонні дії.

Давайте завдання своєму мозку вирішувати звичні завдання незвичним для нього чином, і поступово він віддячить вам чудову працездатність.

Отже, ми здатні навчати свій мозок новому способу мислення. Почавши змінювати свої шаблони і переконання, ви побачите, що змінюючись зсередини, ви почнете змінювати все навколо, ніби породжуючи ефект хвиль, що розходяться.

Пам'ятайте: зовнішній успіх завжди є похідною від успіху внутрішнього.

Ісус навчав: "Як ви думаєте, так вам і буде".

Так створюється нова "Матриця" вашого мислення, яка веде вас до Змін.

Біологічний нейрон складається з тіла діаметром від 3 до 100 мкм, що містить ядро ​​та відростки. Виділяють два види відростків. Аксонзазвичай - довгий відросток, пристосований щодо порушення від тіла нейрона. Дендрити- Як правило, короткі і сильно розгалужені відростки, що служать головним місцем утворення впливають на нейрон збуджуючих та гальмівних синапсів (різні нейрони мають різне співвідношення довжини аксона та дендритів).

Нейрон може мати кілька дендритів і зазвичай лише один аксон. Один нейрон може мати зв'язку з 20 тисячами інших нейронів. Кора мозку людини містить десятки мільярдів нейронів.

Біологічний нейронє найважливішим елементом клітин нервової системи та будівельним матеріалом мозку. Нейрони існують у декількох формах, залежно від їх призначення і дислокації, але в цілому вони схожі за структурою.

Мал. 12.4 Схема нейрона

Кожен нейрон є пристроєм обробки інформації, який отримує сигнали з інших нейронів через спеціальну структуру введення, що складається з дендритів. Якщо сукупний вхідний сигнал перевищує пороговий рівень, клітина передає сигнал далі в аксон, а потім в структуру виведення сигналу, від якої він передається в інші нейрони. Сигнали передається за допомогою електричних хвиль. (Протягом життя у людини кількість нейронів не збільшується, але зростає кількість зв'язків між ними, як результат навчання).

Органи почуттів людинискладаються з великої кількості нейронів, з'єднаних між собою безліччю зв'язків. Орган почуттів включає рецептори і провідні шляхи. У рецепторах формуються електрохімічні сигнали, що поширюються зі швидкістю від 5 до 125 метрів за секунду. Рецептори кодують різні види сигналів єдиний універсальний частотно-імпульсний код.

Число нервових імпульсів в одиницю часу пропорційне інтенсивності впливу. Органи чуття мають нижні та верхні межі чутливості. Реакція (Е) органів чуття людини на інтенсивність (Р) роздратування можна приблизно представити законом Вебера - Фехнера:

Вочевидь, якщо врахувати у своїй вплив шуму, можна дійти формули Шеннона, що дозволяє оцінити інформаційну здатність такого органу почуттів. Шляхом навчання та тренування можна підвищити роздільну здатність органів чуття. Крім цього людина може розрізняти поєднання частот та амплітуд, такою мірою, яка недоступна сучасним технічним пристроям. Але органи почуттів функціонують в обмеженому діапазоні за частотою та амплітудою.

При переході в збуджений стан у вихідному відростку (аксоні) генерується імпульс збудження, що по ньому поширюється зі швидкістю від 1 до 100 м/с; в основі процесу поширення лежить зміна локальної провідності мембрани аксона по відношенню до іонів натрію та калію. Між нейронами немає прямих електричних зв'язків. Перенесення сигналу з аксона на вхідний відросток (дендрит) іншого нейрона здійснюється хімічним шляхом у спеціальній області – синапсе, де закінчення двох нервових клітин підходять близько друг до друга. Деякі синапси є особливими, що виробляють сигнали зворотної полярності для гасіння сигналів збудження.

В даний час інтенсивно вивчаються і глобальні аспекти діяльності мозку - спеціалізація його великих областей, функціональні зв'язки між ними тощо. У той же час мало відомо, як здійснюється обробка інформації на проміжному рівні, в ділянках нейронної мережі, що містить всього десятки тисяч нервових клітин.

Іноді мозок уподібнюють колосальної обчислювальної машини, що відрізняється від звичних комп'ютерів лише значно більшим числом елементів. Вважається, кожен імпульс збудження переносить одиницю інформації, а нейрони грають роль логічних перемикачів за аналогією з ЕОМ. Така думка помилкова. Робота мозку ґрунтується на зовсім інших принципах. У ньому немає жорсткої структури зв'язків між нейронами, яка була б подібна до електричної схеми ЕОМ. Надійність його окремих елементів (нейронів) набагато нижча, ніж елементів, які використовуються створення сучасних комп'ютерів. Руйнування навіть таких ділянок, що містять досить велику кількість нейронів, часто майже не впливає на ефективність обробки інформації в цій галузі мозку. Частина нейронів відмирає при старінні організму. Жодна обчислювальна машина, побудована на традиційних принципах, не зможе працювати при таких великих пошкодженнях.

Сучасні ЕОМ виконують операції послідовно, з однієї операції на такт. Число витягується з пам'яті, міститься в процесор, де над ним провадиться деяка дія відповідно до диктованої програмоюінструкцією, і результат знову заноситься на згадку. Взагалі кажучи, при виконанні окремої операції електричний сигнал повинен пробігти сполучними проводами певну відстань, що може обмежити швидкодію ЕОМ.

Наприклад, якщо сигнал проходить відстань 30 см, то частота слідування сигналів при цьому не повинна перевищувати 1 ГГц. Якщо операції виконуються послідовно, то межа швидкодії такої ЕОМ вбирається у мільярда операцій на секунду. Насправді швидкодія, ще, обмежується швидкістю спрацьовування окремих елементів комп'ютера. Тому швидкодія сучасних ЕОМ вже досить близько підійшла до своєї теоретичної межі. Але цієї швидкодії зовсім недостатньо, щоб організувати управління складними системами, вирішення завдань «штучного інтелекту» та ін.

Якщо поширити наведені міркування на людський мозок, результати будуть абсурдними. Адже швидкість поширення сигналів по нервових волокнах у десятки і сотні мільйонів разів менша ніж у ЕОМ. Якби мозок працював, використовуючи принцип сучасних ЕОМ, то теоретична межа його швидкодії становила лише тисячі операцій на секунду. Але цього явно недостатньо для пояснення значно вищої ефективності роботи мозку.

Вочевидь, діяльність мозку пов'язані з паралельної обробкою інформації.До теперішнього часу організація паралельних обчислень вже використовується в ЕОМ, наприклад, з матричними процесорами, що являють собою мережу з більш простих процесорів, що мають власну пам'ять. Техніка паралельного обчислення у тому, що елементарний процесор «знає» лише стан свого малого елемента середовища. Ґрунтуючись на цій інформації, кожен процесор обчислює стан свого елемента в наступний момент часу. У цьому відсутня обмеження швидкодії, що з швидкістю поширення сигналів. Робота матричного процесора стійка до локальних ушкоджень.

Наступним етапом у розвиток ідеї паралельних обчислень стало створення обчислювальних мереж. Така своєрідна «спільнота» комп'ютерів нагадує багатоклітинний організм, який «живе своїм життям». У цьому функціонування обчислювальної мережі як спільноти комп'ютерів залежить від цього, як саме влаштований кожен окремий комп'ютер, якими процесами всередині нього забезпечена обробка інформації. Можна уявити мережу, що складається з дуже великої кількості примітивних комп'ютерів, здатних виконувати лише кілька операцій і зберігати у пам'яті миттєві значення кількох величин.

З математичної точки зору подібні мережі, що складаються з елементів із простим репертуаром реакцій, прийнято розглядати як клітинні автомати. Мозок набагато ближче за принципом роботи та структурою до матричного процесора, ніж до традиційної ЕОМ з послідовним виконанням операцій. Однак існує фундаментальна відмінність між мозком людини та будь-яким паралельним комп'ютером. Справа в тому, що нейронні мережі мозку взагалі не зайняті жодними обчисленнями. Абстрактне мислення (поводження з числами та математичними символами) вдруге по відношенню до фундаментальних механізмів роботи мозку. Важко собі уявити, що коли, наприклад, кішка наздоганяє в стрибку пташку, її мозок вирішує за лічені частки секунди системи нелінійних диференціальних рівнянь, що описують траєкторію стрибка та інші дії.

На цю тему можна навести наступне висловлювання А. Ейнштейна: «Слова та мова, мабуть, не відіграють жодної ролі в моєму механізмі мислення. Фізичні сутності, які насправді, мабуть, елементами мислення, - це певні знаки і більш менш ясні образи, які можуть довільно відтворюватися і комбінуватися… Звичайні слова доводиться підбирати лише на другій стадії…».

Мозок працює як колосальна «аналогова» машина, де навколишній світ знаходить відображення у просторово-часових структурах активності нейронів. Подібний механізм роботи мозку міг природно виникнути під час біологічної еволюції.

Для найпростішої тварини основна функція нервової системи полягає в тому, щоб перетворити відчуття, викликані зовнішнім світом, певну рухову активність. На ранніх стадіях еволюції зв'язок між образом-відчуттям та образом-рухом є прямим, однозначним і спадково закріпленим у вихідній структурі сполук між нейронами. На пізніших стадіях цей зв'язок ускладнюється, з'являється здатність до навчання. Образ-відчуття не пов'язаний жорстко з планом дій. Спочатку здійснюється його проміжна обробка і порівняння з картинами, що зберігаються в пам'яті. Проміжна обробка образів стає все більш складною в міру руху вгору еволюційними сходами. Зрештою, після тривалого розвитку, формується процес, який ми називаємо мисленням.

Для розпізнавання образів можна використовувати принцип «клітинного автомата».Система має асоціативну пам'ять, якщо при подачі на її вхід деякої картинки вона автоматично відбирає і подає на вихід найближчу до неї картину, що зберігається в пам'яті.

Нейронні зв'язки мозку обумовлюють складне поведінка. Нейрони — малі обчислювальні машини, здатні впливати, лише об'єднавшись у мережі.

Контроль найпростіших елементів поведінки (наприклад, рефлексів) вимагає великої кількості нейронів, і навіть рефлекси часто супроводжує усвідомлення людиною спрацьовування рефлексу. Свідоме ж сприйняття сенсорних стимулів (і всі вищі функції нервової системи) залежить від великої кількості зв'язків між нейронами.

Нейронні зв'язки роблять нас такими, якими ми є. Їхня якість впливає на роботу внутрішніх органів, на інтелектуальні здібності та емоційну стабільність.

"Проведення"

Нейронні зв'язки головного мозку – проведення нервової системи. Робота нервової системи заснована на здатності нейрона сприймати, обробляти та передавати інформацію іншим клітинам.

Інформація передається через Поведінка людини та функціонування її організму повністю залежить від передачі та отримання імпульсів нейронами через відростки.

У нейрона два типи відростків: аксон та дендрит. Аксон у нейрона завжди один, саме по ньому нейрон передає імпульс іншим клітинам. Отримує імпульс через дендрити, яких може бути кілька.

До дендритів "підведено" безліч (іноді десятки тисяч) аксонів інших нейронів. Дендрит та аксон контактують через синапс.

Нейрон та синапси

Щілина між дендритом та аксоном — синапс. Т.к. аксон "джерело" імпульсу, дендрит "приймає", а синаптична щілина - місце взаємодії: нейрон, від якого йде аксон, називають пресинаптичним; нейрон, від якого йде дендрит, – постсинаптичним.

Синапси можуть формуватися між аксоном і тілом нейрона, і між двома аксонами або двома дендритами. Багато синаптичних зв'язків утворені дендритним шипиком і аксоном. Шипики дуже пластичні, мають безліч форм, можуть швидко зникати і формуватися. Вони чутливі до хімічних та фізичних впливів (травми, інфекційні захворювання).

У синапсах найчастіше інформація передається у вигляді медіаторів (хімічних речовин). Молекули медіатора вивільняються на пресинаптичній клітині, перетинають синаптичну щілину та зв'язуються з мембранними рецепторами постсинаптичної клітини. Медіатори можуть передавати збуджуючий або гальмуючий сигнал.

Нейронні зв'язки головного мозку є сполукою нейронів через синаптичні зв'язки. Синапси - функціональна та структурна одиниця нервової системи. Кількість синаптичних зв'язків – ключовий показник для роботи мозку.

Рецептори

Рецептори згадують щоразу, коли говорять про наркотичну чи алкогольну залежність. Чому ж людині необхідно керуватися принципом поміркованості?

Рецептор на постсинаптичній мембрані – білок, налаштований на молекули медіатора. Коли людина штучно (наркотиками, наприклад) стимулює викид медіаторів у синаптичну щілину, синапс намагається повернути рівновагу: знижує кількість рецепторів чи його чутливість. Через це природні рівні концентрації медіаторів у синапсі перестають впливати на нейронні структури.

Наприклад, люди, що палять, нікотином змінюють сприйнятливість рецепторів до ацетилхоліну, відбувається десенсибілізація (зменшення чутливості) рецепторів. Природний рівень ацетилхоліну виявляється недостатнім для рецепторів зі зниженою чутливістю. Т.к. ацетилхолін задіяний у багатьох процесах, у тому числі, пов'язаних з концентрацією уваги та відчуттям комфорту, що палить не може отримати корисні ефекти роботи нервової системи без нікотину.

Втім, чутливість рецепторів поступово відновлюється. Хоча це може займати тривалий час, синапс приходить у норму, і людині більше не потрібні сторонні стимулятори.

Розвиток нейронних мереж

Довготривалі зміни нейронних зв'язків відбуваються при різних хворобах (психічних та неврологічних - шизофренія, аутизм, епілепсія, хворобах Хантінгтона, Альцгеймера та Паркінсона). Синаптичні зв'язки та внутрішні властивості нейронів змінюються, що призводить до порушення роботи нервової системи.

За розвиток синаптичних зв'язків відповідає активність нейронів. "Використовуй або втратиш" - принцип, що лежить в основі мозку. Чим частіше " діють " нейрони, тим більше з-поміж них зв'язків, що рідше, тим менше зв'язків. Коли нейрон втрачає всі зв'язки, він гине.

Коли середній рівень активності нейронів падає (наприклад, внаслідок травми), нейрони будують нові контакти, з кількістю синапсів зростає активність нейронів. Правильне і зворотне: як тільки рівень активності стає більшим за звичний рівень, кількість синаптичних сполук зменшується. Подібні форми гомеостазу часто зустрічаються у природі, наприклад, при регуляції температури тіла та рівня цукру в крові.

М. Бутс M. Butz зазначив:

Формування нових синапсів обумовлено прагненням нейронів підтримувати заданий рівень електричної активності.

Генрі Маркрам, який бере участь у проекті зі створення нейронної симуляції мозку, підкреслює перспективи розвитку галузі вивчення порушення, відновлення та розвитку нейронних зв'язків. Група дослідників вже оцифрувала 31 тисяч нейронів щура. Нейронні зв'язки мозку щури представлені у відео нижче.

Нейропластичність

Розвиток нейронних зв'язків у головному мозку пов'язане зі створенням нових синапсів та модифікацією існуючих. Можливість модифікацій зумовлена ​​синаптичною пластичністю - зміною "потужності" синапсу у відповідь на активацію рецепторів на постсинаптичній клітині.

Людина може запам'ятовувати інформацію та навчатися завдяки пластичності мозку. Порушення нейронних зв'язків головного мозку внаслідок черепно-мозкових травм та нейродегенеративних захворювань завдяки нейропластичності не стає фатальним.

Нейропластичність обумовлена ​​??необхідністю змінюватися у відповідь на нові умови життя, але вона може як вирішувати проблеми людини, так і створювати їх. Зміна потужності синапсу, наприклад, при курінні — це теж відображення Від наркотиків та обсесивно-компульсивного розладу так складно позбавитися саме через неадаптивну зміну синапсів у нейронних мережах.

На нейропластичність великий вплив мають нейротрофічні чинники. Н. В. Гуляєва наголошує, що різні порушення нейронних зв'язків відбуваються на фоні зниження рівнів нейротрофінів. Нормалізація рівня нейротрофінів призводить до відновлення нейронних зв'язків мозку.

Всі ефективні ліки, що використовуються для лікування хвороб мозку, незалежно від їхньої структури, якщо вони ефективні, вони тим чи іншим механізмом нормалізують локальні рівні нейротрофічних факторів.

Оптимізація рівнів нейротрофінів поки що не може здійснюватися шляхом прямої їх доставки в мозок. Натомість людина може опосередковано впливати на рівні нейротрофінів через фізичні та когнітивні навантаження.

Фізичні навантаження

Огляди досліджень показують, що вправи покращують настрій та пізнавальні здібності. Дані свідчать про те, що ці ефекти обумовлені зміною рівня нейротрофічного фактора (BDNF) та оздоровленням серцево-судинної системи.

Високі рівні BDNF були пов'язані з кращими показниками просторових здібностей, епізодичним та низьким рівнем BDNF, особливо у літніх людей, корелював з атрофією гіпокампа та порушеннями пам'яті, що може бути пов'язане з когнітивними проблемами, що виникають при хворобі Альцгеймера.

Вивчаючи можливості щодо лікування та профілактики Альцгеймера, дослідники часто говорять про незамінність фізичних вправ для людей. Так, дослідження показують, що регулярна ходьба впливає на розмір гіпокампу та покращує пам'ять.

Фізичні навантаження збільшують швидкість нейрогенезу. Поява нових нейронів - важлива умова для переучування (придбання нового досвіду та стирання старого).

Когнітивні навантаження

Нейронні зв'язки мозку розвиваються, коли людина перебуває у збагаченому стимулами середовищі. Новий досвід – ключ до збільшення нейронних зв'язків.

Новий досвід - це конфлікт, коли проблема не вирішується тими засобами, які вже є в мозку. Тому йому доводиться створювати нові зв'язки, нові шаблони поведінки, що пов'язано зі збільшенням густини шипиків, кількості дендритів та синапсів.

Навчання новим навичкам призводить до утворення нових шипиків та дестабілізації старих з'єднань шипиків з аксонами. Чоловік виробляє нові звички, а старі зникають. Деякі дослідження пов'язують когнітивні розлади (СДВГ, аутизм, розумову відсталість) з відхиленнями у розвитку шипиків.

Шипи дуже пластичні. Кількість, форма та розмір шипиків пов'язані з мотивацією, навчанням та пам'яттю.

Час, який потрібний на зміни їх форми та розміру, вимірюється буквально в годинах. Але це означає також, що так само швидко нові сполуки можуть зникати. Тому найкраще віддавати перевагу коротким, але частим когнітивним навантаженням, ніж тривалим та рідкісним.

Спосіб життя

Дієта може підвищувати когнітивні здібності та захищати нейронні зв'язки головного мозку від ушкоджень, сприяти їх відновленню після хвороб та протидіяти наслідкам старіння. На здоров'я мозку, мабуть, мають позитивний вплив:

- Омега-3 (риба, насіння льону, ківі, горіхи);

- Куркумін (каррі);

- флавоноїди (какао, зелений чай, цитрусові, чорний шоколад);

- Вітаміни групи В;

- вітамін Е (авокадо, горіхи, арахіс, шпинат, пшеничне борошно);

- Холін (куряче м'ясо, телятина, яєчні жовтки).

Більшість перерахованих продуктів опосередковано впливають на нейротрофіни. Позитивний вплив дієти посилюється за наявності фізичних вправ. Крім того, помірне обмеження кількості калорій у раціоні стимулює експресію нейротрофінів.

Для відновлення та розвитку нейронних зв'язків корисно виключення насичених жирів та рафінованого цукру. Продукти з доданими цукрами знижують рівні нейротрофінів, що негативно позначається на нейропластичності. А високий вміст насичених жирів у їжі навіть гальмує відновлення мозку після черепно-мозкових травм.

Серед негативних факторів, що зачіпають нейронні зв'язки: куріння та стрес. Куріння та тривалий стрес останнім часом асоціюють із нейродегенеративними змінами. Хоча нетривалий стрес може бути каталізатором нейропластичності.

Функціонування нейронних зв'язків залежить і від сну. Можливо, навіть більше, ніж від інших перерахованих чинників. Тому що сам по собі сон - "це ціна, яку ми платимо за пластичність мозку".

Резюме

Як покращити нейронні зв'язки головного мозку? Позитивний вплив мають:

• фізичні вправи;
• завдання та труднощі;
• повноцінний сон;
• збалансована дієта.

Негативно впливають:

• жирна їжа та цукор;
• куріння;
• тривалий стрес.

Мозок надзвичайно пластичний, але "ліпити" з нього щось дуже складно. Він не любить витрачати енергію на марні речі. Найшвидше розвиток нових зв'язків відбувається в ситуації конфлікту, коли людина не здатна вирішити завдання відомими методами.

Штучний інтелект, нейронні мережі, машинне навчання – що насправді означають усі ці нині популярні поняття? Для більшості непосвячених людей, яким є і я сам, вони завжди здавались чимось фантастичним, але насправді суть лежить на поверхні. У мене давно дозрівала ідея написати простою мовою про штучні нейронні мережі. Дізнатися самому і розповісти іншим, що є ця технологія, як вона працює, розглянути її історію та перспективи. У цій статті я постарався не залазити в нетрі, а просто й популярно розповісти про цей перспективний напрямок у світі високих технологій.

Трохи історії

Вперше поняття штучних нейронних мереж виникло при спробі змоделювати процеси головного мозку. Першим серйозним проривом у цій сфері можна вважати створення моделі нейронних мереж МакКаллока-Піттса у 1943 році. Вченими вперше було розроблено модель штучного нейрона. Ними також була запропонована конструкція мережі цих елементів для виконання логічних операцій. Але найголовніше, вченими було доведено, що така мережа здатна вчитися.

Наступним важливим кроком стала розробка Дональдом Хеббом першого алгоритму обчислення ІНС у 1949 році, який став основним на кілька наступних десятиліть. У 1958 році Френком Розенблаттом був розроблений парцептрон – система, що імітує процеси головного мозку. Свого часу технологія не мала аналогів і досі є основною в нейронних мережах. У 1986 році практично одночасно, незалежно один від одного американськими та радянськими вченими був суттєво доопрацьований основний метод навчання багатошарового перцептрону. У 2007 році нейронні мережі перенесли друге народження. Британський інформатик Джеффрі Хінтон вперше розробив алгоритм глибокого навчання багатошарових нейронних мереж, який зараз, наприклад, використовується для роботи безпілотних автомобілів.

Коротко про головне

У загальному значенні слова, нейронні мережі - це математичні моделі, що працюють за принципом мереж нервових клітин тваринного організму. ІНС можуть бути реалізовані як програмовані, так і в апаратні рішення. Для простоти сприйняття нейрон можна уявити, як якийсь осередок, яка має безліч вхідних отворів і одне вихідне. Яким чином численні вхідні сигнали формуються у вихідний, саме визначає алгоритм обчислення. На кожен вхід нейрона подаються дієві значення, які потім поширюються міжнейронним зв'язкам (синопсисам). У синапсів є один параметр - вага, завдяки якому вхідна інформація змінюється під час переходу від одного нейрона до іншого. Найлегше принцип роботи нейромереж можна представити на прикладі змішування кольорів. Синій, зелений та червоний нейрон мають різні ваги. Інформація нейрона, вага якого більше буде домінуючою в наступному нейроні.

Сама нейромережа є системою з безлічі таких нейронів (процесорів). Окремо ці процесори досить прості (набагато простіше, ніж процесор персонального комп'ютера), але з'єднаними у велику систему нейрони здатні виконувати дуже складні завдання.

Залежно від сфери застосування нейромережу можна трактувати по-різному. Наприклад, з точки зору машинного навчання ІНС є метод розпізнавання образів. З математичної точки зору – це багатопараметричне завдання. З погляду кібернетики – модель адаптивного управління робототехнікою. Для штучного інтелекту ІНС - це основна складова для моделювання природного інтелекту за допомогою обчислювальних алгоритмів.

Основною перевагою нейромереж над звичайними алгоритмами обчислення є можливість навчання. У загальному розумінні слова навчання полягає у знаходженні вірних коефіцієнтів зв'язку між нейронами, а також у узагальненні даних та виявленні складних залежностей між вхідними та вихідними сигналами. Фактично, вдале навчання нейромережі означає, що система буде здатна виявити правильний результат на підставі даних, які відсутні в навчальній вибірці.

Сьогоднішнє становище

І якою б багатообіцяючою не була б ця технологія, поки що ІНС ще дуже далекі від можливостей людського мозку та мислення. Проте, вже зараз нейромережі застосовують у багатьох сферах діяльності. Поки що вони не здатні приймати високоінтелектуальні рішення, але можуть замінити людину там, де раніше вона була необхідна. Серед численних областей застосування ІНС можна відзначити: створення систем виробничих процесів, що самонавчаються, безпілотні транспортні засоби, системи розпізнавання зображень, інтелектуальні охоронні системи, робототехніка, системи моніторингу якості, голосові інтерфейси взаємодії, системи аналітики та багато іншого. Таке широке поширення нейромереж також зумовлено появою різних способів прискорення навчання ІНС.

На сьогоднішній день ринок нейронних мереж величезний - це мільярди та мільярди доларів. Як показує практика, більшість технологій нейромереж по всьому світу мало відрізняються одна від одної. Однак застосування нейромереж – це дуже затратне заняття, яке в більшості випадків можуть дозволити собі лише великі компанії. Для розробки, навчання та тестування нейронних мереж потрібні великі обчислювальні потужності, очевидно, що цього в достатку є великі гравці на ринку ІТ. Серед основних компаній, що ведуть розробки в цій галузі, можна відзначити підрозділ Google DeepMind, підрозділ Microsoft Research, компанії IBM, Facebook і Baidu.

Звичайно, все це добре: нейромережі розвиваються, ринок зростає, але поки що головне завдання так і не вирішено. Людству не вдалося створити технологію, хоча б наближену на можливості до людського мозку. Давайте розглянемо основні відмінності між людським мозком та штучними нейромережами.

Чому нейромережі ще далекі до людського мозку?

Найголовнішою відмінністю, яка докорінно змінює принцип та ефективність роботи системи - це різна передача сигналів у штучних нейронних мережах та в біологічній мережі нейронів. Справа в тому, що в ІНС нейрони передають значення, які є дійсними значеннями, тобто числами. У людському мозку здійснюється передача імпульсів із фіксованою амплітудою, причому ці імпульси практично миттєві. Звідси випливає низку переваг людської мережі нейронів.

По-перше, лінії зв'язку в мозку набагато ефективніші та економічніші, ніж в ІНС. По-друге, імпульсна схема забезпечує простоту реалізації технології: достатньо використання аналогових схем замість складних обчислювальних механізмів. Зрештою, імпульсні мережі захищені від звукових перешкод. Дійсні числа схильні до впливу шумів, внаслідок чого підвищується ймовірність виникнення помилки.

Підсумок

Безумовно, останнім десятиліттям стався справжній бум розвитку нейронних мереж. Насамперед це пов'язано з тим, що процес навчання ІНС став набагато швидшим і простішим. Також стали активно розроблятися так звані «добуткі» нейромережі, які дозволяють суттєво прискорити процес впровадження технології. І якщо поки що рано говорити про те, чи зможуть колись нейромережі повністю відтворити можливості людського мозку, ймовірність того, що найближчим десятиліттям ІНС зможуть замінити людину на чверті існуючих професій дедалі більше стає схожою на правду.

Для тих, хто хоче знати більше

• Велика нейронна війна: що насправді починає Google
• Як когнітивні комп'ютери можуть змінити наше майбутнє

Програми