Глава 5. НЕЙРОННЫЕ АНСАМБЛИ И ПАМЯТЬ

Глава 5. НЕЙРОННЫЕ АНСАМБЛИ И ПАМЯТЬ

5.3. ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ АНСАМБЛЕЙ

Ансамбли выделяются из уже самоорганизовавшейся нейронной массы, т.е. из нейронной массы, уже умеющей спать, путем усиления имеющихся, но слабых возбуждающих связей. Основная причина выделения группы нейронов, которая сможет стать ансамблем, — это возбуждение по связям, одновременно приходящее на нейроны группы и многокрано повторяющееся. Источником возбуждения могут быть рецепторы входных устройств или уже образовавшиеся ансамбли, работающие в высокочастотном режиме, от которых на данную группу нейронов имеются возбуждающие связи. Входные устройства у автомата имеются при "рождении", и их работа инициирует образование первых ансамблей, которые составляют первый уровень памяти — уровень элементов для алфавитов различных языков описания внешнего мира. В автомате ансамбли разделяются на типы, которых довольно много (имеется в виду концептуальный автомат). Ансамбли каждого из типов могут занимать только свои определенные области нейронной массы или свои зоны "коры мозга". Общие свойства ансамблей разных типов и отношения между ними в значительной степени предпрограммированы распределением связей между зонами, являющимися результатом развитии нейронной массы в онтогенезе, в фазе организации режима сна. Зоны характеризуются принадлежностью к тому или иному иерархическому слою и видом модальности, т.е. связанностью (не обязательно прямой) с определенной группой рецепторов входных устройств, определяющей ориентацию зоны на какой-то из видов внешних воздействий (зрительные, слуховые и т.д.) с уточнением тонкой специфичности рецепторов. Уточнение специфичности означает, что зона соответствует не просто зрительному, например, описанию, а описанию в алфавите направлений характерных линий объекта, или характерных углов, или характерных отношений размеров.

Между зонами могут быть различные связности. Будем считать связностью на зону _iД от нейронной или рецепторной зоны _jД количество возбуждающих (слабых) связей от одного нейрона или рецептора зоны _jД, адресованных случайным образом нейронам зоны _iД, деленное на количество нейронов зоны _iД. Обозначим эту величину как ^j_iN. Для надежного запуска нейрона по слабым связям от нейронов, генерирующих на высокой частоте, необходимо, чтобы возбуждение одновременно приходило по трем-четырем связям. Это справедливо в предположении, что высокая частота n~n_opt в 4-5 раз больше минимальной (как в модели, описанной в гл. 4) и слабая связь в 4—5 раз меньше сильной. Количество нейронов, запускаемое в зоне _iД благодаря высокочастотной генерации одного ансамбля в зоне _jД, определяется (при условии, что W^- и П^c равны нулю) только значением ^j_iN. Это будут те нейроны, на которых случайно пересекутся по три-четыре активизированные связи. Обозначим это количество как ^j_iL. Соображения, которыми определяется размер группы нейронов, способной превратиться в ансамбль, мы привели выше — она должна быть порядка нескольких сотен. Обозначим это количество как L₀. Тогда условием того, что работа ансамбля в зоне _iД породит ансамбль в зоне _jД, будет выполнение неравенства

^j_iL і L₀.

Полнее будет условие

K₁ ^j_iL і L₀, (5.1)

где К₁ — минимальное целое число. Условие (5.1) означает, что для образования ансамбля в зоне _iД необходима одновременная (или очень близкая во времени) работа K₁ ансамблей в зоне _jД. В этом случае образующийся ансамбль будет соответствовать сразу нескольким, его порождающим. Очевидно, что образующие ансамбли совсем не обязательно должны принадлежать одной зоне и это могут быть не только нейронные ансамбли, но и рецепторные ансамбли (мозаики) — группы возбужденных рецепторов.

Неравенство (5.1) будет условием образования ансамбля в зоне _iД только в том случае, если в зоне _jД нет тормозных связей. Если такие связи есть и их количество характеризуется показателем тормозной связности K₂, то в условии образования ансамбля будет учитываться эта величина:

K₁ ^j_iL і K₂L₀. (5.2)

Подгруппа с размером L₀ выделяется из возбуждаемой внешним образом группы с размером K₂L₀, составом, определенным адресацией внешних связей. Вариантов состава для выделяемой подгруппы может быть очень много, и зависят они от конкретного хода процесса подключения к подгруппе очередных нейронов, от хода процесса вовлечения с учетом активизации действия тормозных связей на группу от уже возбужденной части подгруппы. Пусть все возбудившиеся нейроны образуют множество М. Если за это время, пока множество M возбуждено, т.е. его нейроны генерируют в низкочастотном режиме, связи внутри множества смогут существенно увеличиться, то с большой вероятностью при следующем таком же внешнем возбуждении состав возбужденной подгруппы будет близким множеству М. Этому будет способствовать взаимопомощь внутри множества М, стремящаяся вовлечь всю подгруппу М, если процесс захватил ее часть, и запереть в конечном счете другие нейроны, которые возбудились раньше. Иными словами, если взаимопомощь внутри М за одно внешнее воздействие увеличивается существенно, то подмножество М, несколько корректируя свой состав, имеет тенденцию превратиться в ансамбль. Взаимопомощь сначала идет за счет динамических компонентов связи, которые быстро увеличиваются, а в дальнейшем заменяются статическими. Когда связи внутри М увеличиваются настолько, что ансамбль сможет преодолеть порог рефрактерности, последует высокочастотная генерация и запирание за счет появления больших статических порогов П^c_max. Ансамбль на время латентной фазы нейронов выключается, и если при этом внешнее воздействие на группу продолжает поступать, то может образоваться второй ансамбль и третий. Одному внешнему по отношению к зоне _iД возбуждающему воздействию, например одному элементу алфавита (фонеме, слогу, направлению, букве), может соответствовать несколько ансамблей. Это важная особенность организации памяти, позволяющая автомату работать с повторяющимися одинаковыми воздействиями, следующими друг за другом с интервалами, меньшими времени латентной фазы (чтение слова с одинаковыми буквами и слогами).

Мы рассмотрели идею основного способа образования ансамблей, который можно назвать способом представительств, или способом проекций.