Глава 7. ГЛАВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТА

Глава 7. ГЛАВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТА

7.2. СХЕМА АБЗАЦА

Эмоциональный центр и память как два блока автомата, взаимодействуя между собой в режиме бодрствования, образуют колебательную систему. Взаимодействие определено тем, что состояние "хорошо" эмоционального центра создает состояние "плохо" для памяти; "плохо" памяти создает "плохо" для эмоционального центра, что стимулирует переход к "хорошо" у памяти и т.д. Один период этих колебаний — колебаний графиков Q^э(t) и Q^м(t) — и есть абзац. Третья переменная в абзаце — это количество очагов возбуждения n°(t). Началом очередного абзаца будем считать момент времени, с которого начинается подъем графика n°(t) (точка t₁ на рис. 7.1), что соответствует, как мы сейчас увидим, началу формирования очередного желания автомата.

Колебательный характер взаимодействия блока памяти и эмоционального центра обусловлен зависимостью динамического порога нейрона от самочувствия П^д(t,Q) (см. (2.5)). Для нейронов памяти динамический порог равен

П^д=П^д₀(t)П^д₁(Q^э).

Напомним, что при нейтральном эмоциональном состоянии П^д₁(0)=1; при плохом, т.е. при Q^э<0, П^д₁<1; при хорошем, т.е.при Q^э>1, П^д₁>1. Из того что в П^д(t ,Q) функция П^д₁(Q^э) входит как множитель, следует важная особенность влияния эмоционального центра на память. При хорошем состоянии график П^д(t ) расширяется по оси ординат: увеличивается и порог рефрактерности, и величина экзальтации, а это значит, что нейронному ансамблю легче начать работать, но труднее перейти на высокочастотный режим работы. При плохом — наоборот. Из сказанного следует, что зависимости p^нп(Q^э) и p^па(Q^э) имеют противоположный характер и, значит фазы образования и гашения очагов возбуждения в абзаце разнесены по времени и определены видом графика Q^э(t).

На рис. 7.1 показан характер поведения переменных Q^э, Q^м и n⁰, определяющих абзац. Разные абзацы могут при этом существенно отличаться: иметь разные периоды, разные амплитуды максимальных значений, разные соотношения отдельных фаз. В абзаце три фазы: 1) формирования внутренней ситуации, или оперативного желания (интервал t₁-t₃); 2) работы, или выполнения желания (интервал t₃—t₄); 3) оценки (интервал t₄—t₅).

Рис. 7.1. Зависимости Q^э(t), Q^м(t) и n⁰(t) в абзаце

Фаза формирования. Пусть для определенности на интервале, предшествующем моменту t₁, очагов возбуждения в памяти уже нет. (Это не принципиально, но упрощает изложение). С некоторого момента t_o самочувствие Q^э становится положительным и растет. Оно может нарастать медленнее или быстрее — это зависит от особенностей предыдущего абзаца. Начало нового абзаца определяется первым событием _iС^н®_iС^п в момент t₁ . Физика события _iС^н®_iС^п такова:

а) случайный разряд одного из нейронов ансамбля i;

б) низкочастотная генерация этого нейрона за счет большой экзальтации при больших Q^э;

в) накопление возбуждающих потенциалов на других нейронах ансамбля i благодаря уже генерирующему;

г) случайные разряды новых нейронов ансамбля i, их генерация, вовлечение в генерацию всего ансамбля i, означающее переход ансамбля в состояние С^п, т.е. образование очага возбуждения. Вероятность события _iС^н®_iС^п особенно велика у тех ансамблей, которые относительно недавно находились в состоянии высокочастотной генерации, так что их нейроны к моменту t₁ имеют близкие к максимальным значения постанодальной экзальтации и, значит, особенно высокую спонтанную возбудимость, а также у тех ансамблей, которые на данном отрезке времени являются доминантами (за счет особенно хороших условий вовлечения в генерацию).

Для второго и последующего событий _iС^н®_iС^п важно, каким из ансамблей i помогают уже генерирующие ансамбли, создавая на нейронах потенциалы W⁺, благодаря возбуждающим связям между ансамблями — это смысловая корреляция состава очагов возбуждения, так как возбуждающие связи между ансамблями есть отражение опыта автомата (так как по происхождению это ассоциативные связи). Накапливается группа {_iС^п}.

Фаза формирования разделяется на два участка. На первом участке t₁-t₂ размер группы {_iС^п} увеличивается, на втором участке t₂-t₃ — уменьшается за счет событий _iС^п®_iС^н. До момента t₂ событий _iС^н®_iС^п больше, чем событий _iС^п®_iС^н, затем - меньше. Событие _iС^п®_iС^н происходит, когда у ансамбля в состоянии _iС^п какому-то из нейронов перестает хватать величины экзальтации из-за повышения тормозного потенциала от работающих ансамблей и благодаря уменьшению значений Q^э. Физиологические константы, влияющие на этот процесс, должны быть подобраны так, чтобы n⁰(t₂) было в 3-4 раза больше, чем n⁰(t₃). На участке t₂-t₃ происходит борьба ансамблей за то, чтобы остаться в окончательной целевой установке, оперативном желании автомата, группе {_iС^п}^t3. Значительная разница в размерах n⁰(t₂) и n⁰(t₃) необходима для того, чтобы было из чего образовывать или выбирать оперативную целевую установку, чтобы она была по возможности более адекватна опыту автомата. Наибольшие шансы стать оперативным желанием будет иметь подгруппа {_iС^п}, включающая сильные доминанты и ансамбли, которые имеют между собой возбуждающие связи, отражающие смысловую корреляцию соответствующих ансамблям ситуаций, объектов, понятий.

Фаза работы. Для автомата работа есть функционирование, направленное на гашение очагов возбуждения за счет высокочастотных генераций нейронных ансамблей. Условие гашения очагов запишем в виде

_iС^п +_iV ® _iС^a ® _iС^н . (7.1)

Условие (7.1) связывает переходы состояний ансамбля i с величиной возбуждения деактивации _iV, т.е. с некоторой добавкой медленного потенциала, необходимой нейронам для преодоления порога рефрактерности. Завершающий переход _iС^a®_iС^н обеспечится повышением статического порога нейронов при высокочастотной генерации.

Условие (7.1) показывает, какой должна быть величина деактивации. Создают возбуждение деактивации различные процессы, и прежде всего процессы, связанные с появлением у ансамбля i дополнительного возбуждения, приходящего по связям от других ансамблей. Возбуждение по связям на ансамбль-слово от его фонем будем называть прямым возбуждением. Начало фазы работы абзаца определяется появлением условий для образования прямого возбуждения, порождаемого прежде всего работой входных устройств, которая порождается достаточно сильным снижением порогов возбуждения рецепторов и моторных элементов за счет повышения эмоционального тонуса (или моторного тонуса). Фазы работы можно рассматривать как отрезки времени, когда возможны непосредственные восприятия внешнего мира, так как при Q^эЈQ^э(t₃) первичные рецепторы входных устройств возбуждаются при "нормальных" величинах яркостей и громкостей, поступающих на автомат от внешнего мира. Информационные воздействия на автомат, как уже отмечалось, есть результат и отражение решения задач о рациональной эксплуатации источников первичных воздействий, рациональной эксплуатации работы первичных рецепторов. Поэтому активная фаза абзаца, или фаза работы, предполагает достаточность величины тонуса, т.е. эмоциональной напряженности, для срабатываний моторных элементов входных устройств, ответственных за поисковые движения глаза и других моторных элементов, определяющих алфавит элементарных действий автомата. Можно сказать, что фаза работы абзаца — это фаза высокой моторной активности автомата, результатом которой будет возбуждение фонемных ансамблей памяти. Относительная стабилизация параметров Q^э, Q^м, n⁰ на отрезке t₃-t₄ есть результат появления сигналов S и пакетов в эмоциональном центре, благодаря чему средние значения Q^э, Q^м и n⁰ изменяются теперь медленно.

Для срабатываний ансамблей-фонем в активной фазе существенными являются три фактора. Первый фактор - это, как мы отметили, высокий тонус, повышающий более или менее в равной степени спонтанную возбудимость всех фонем. Второй фактор — это конкретная обстановка во внешней среде, создающая первичный афферентный поток на первичные рецепторы автомата и ориентирующая работу безусловных механизмов входных устройств автомата. Третий фактор — это внутренняя ситуация в автомате, определяемая составом очагов возбуждения, т.е. группой {_iС^п}^t3, ансамбли-слова которой за счет восходящих связей выделяют свои фонемы, создавая на них некоторой возбуждающий потенциал W₀⁺, и ставят их в преимущественные положения с точки зрения возможности начать работать. Автомат должен суметь совместить действия второго и третьего факторов, а это значит, что он должен найти или создать ситуации во внешней среде, вполне адекватные оперативной внутренней ситуации в его памяти. Совмещение фрагментов внутренней и внешней ситуаций осуществляется в поведенческих актах. Рассмотрим схему поведенческого акта.

Пусть в группе {_iС^п}^t3 имеются элементы _kС_z^п и _kХ^п, где _kC_z соответствует зрительному образу некоторого объекта k, а _kX - местонахождение объекта k, т.е. _kХ - это элемент пространственной памяти. У автомата имеется знание об обычном или частом расположении объекта к в виде связи _kC_{z® k}Х. Это простейшая форма знания. В общем случае элемент _kC_z должен быть связан с элементом — правилом образования _kХ^п с использованием любых других элементов, конкретизирующих знание. Автомат умеет производить операции — действия по условию

_jX^п + Т^д ® _jX^a ® М_г^а(y(t) ® j). (7.2)

Действие, выражаемое оператором М_г, означает перевод взгляда из текущего положения в момент времени t-y(t) в положение j. Операция реализуется при активизированном операторе, обозначаемом как М_г^а. Условие (7.2) означает, что элемент _jХ пространственной памяти, соответствующий клетке j зрительного поля автомата, находящийся в состоянии очага возбуждения, при величине тонуса T^д с большой вероятностью переходит в состояние _jХ^a, являющееся условием активизации оператора действия М_г (М_г^н®М_г^а). В силу отмеченного свойства зрительной системы и того, что Т(t^г>t^г₃)>Т^д, глаз автомата с большой вероятностью обратится к клетке j. Предположим, что знание автомата _kC_z®
kХ справедливо для данной конкретной внешней ситуации и в клетке j действительно находится объект k. Тогда осуществление операции М^a(у® j) будет означать, что автомат совместил второй и третий факторы, указанные выше: зрительная система воспринимает объект уже ожидаемый, имеющийся во внутренней ситуации (_kC_z^п), и возбуждения доактивации достаточно. Происходит событие: _kC_z^п+_kV_z®
kC_z^a®_kC_z^н — событие гашения очага возбуждения. Автомат "увидел" желаемое и увидел за счет того, что нашел его, совершив некоторый акт поведения, использовав при этом свое знание о внешнем мире.

В данном примере возбуждение доактивации пришло на элемент _kC_z по связям от его фонем, т.е. произошел случай прямого возбуждения. Предположим, что в группе {_iС^п}^t3, кроме _kC_z^п, имелись _iС^п, относящиеся к объектам, обычно сопутствующим объекту k, а также относящиеся к другим атрибутам самого объекта k (цвету, вкусу и проч.). Тогда состояние _kC_z^a может оказаться достаточным для того, чтобы другие очаги возбуждения получили по ассоциативным связям достаточное возбуждение доактивации и тоже перешли в режим высокочастотной генерации. От внешнего толчка, т.е. прямого возбуждения доактивации для одного или нескольких очагов возбуждения и за счет ассоциативной взаимопомощи внутри хорошо связанной группы {_iС^п}^t3 происходит коллективное гашение всех или большинства очагов группы - событие, соответствующее моменту времени t₄ на рис. 7.1. Это коллективное событие-взрыв {_iС^п)® {_iС^а} можно определить термином "осознание" — осознание своего желания и частично реальной ситуации. Событие "осознание" может быть и более сложным: с многими переключениями глаза и многократными переходами _iС^п®_iС^а®_iС^н®_iС^а... в активной фазе одного абзаца. Термин "осознание" в данном контексте читатель волен принимать в самых больших кавычках. В приведенном примере для осознания был внешний толчок — часть внутренней ситуации: _kС_z^п, _kХ^п - спровоцировала неосознаваемый (подсознательный) поведенческий акт М^a_г(у® j), но события могли бы развиваться и иначе. Возбуждение доактивации может появиться не только за счет возбуждения на ансамбль-слово по внешним связям, но и за счет роста внутренних связей в ансамбле и роста связей внутри группы {_iС^п}^t3, так как связи между нейронами, генерирующими с частотой, ниже оптимальной, растут (см. (2.18)), а также за счет того, что на интервале t₃—t₄ абзаца эмоциональное состояние ухудшается, значит, порог рефрактерности нейронов снижается и они могут перейти на высокочастотную генерацию без внешней помощи - осознание будет спонтанным.

Фаза оценки. Оперативные желания, или оперативные внутренние ситуации {_iС^п}^t3, в ряду следующих друг за другом абзацев образуются и во взаимосвязи, обеспечивающей их некоторую смысловую преемственность, и случайно, так как события _iС^н®_iС^п вероятностные. В результате многих абзацев в автомате должно сформироваться желание, достаточно адекватное решаемой в данное время внешней задаче, определенной доминантами и данной, доступной автомату средой, которое далее будет оцениваться при выборе ответственного действия автомата над средой (о чем мы будем говорить в следующем параграфе). Желание, которое предположительно адекватно внешней задаче и данной среде, будем называть вариантом; процесс, выражающийся в последовательности абзацев, должен приводить к формированию варианта, т.е. желания должны сходиться к варианту. Средств прямо оценить адекватность у автомата нет. Это мог бы сделать только внешний много знающий и многоопытный наблюдатель. Поэтому вместо адекватности оценивается в какой-то степени эквивалентная ей "приятность" — самочувствие эмоционального центра сразу после активной фазы в районе момента t₄ абзаца. В первом приближении величину "приятности" можно отождествлять со скоростью нарастания резервов питания в эмоциональном центре в момент ее максимума. Если резервы нейронов эмоционального центра общие, то "приятность" будет соответствовать значению (А^’S)_max по завершении активной фазы.

На рис.7.1 показаны два случая гашения очагов {_iС^п}^t3: удачный (жирными линиями) и очень неудачный (тонкими линиями). Первому соответствует "приятность", близкая к наибольшей, второму — к наименьшей (т.е. это уже большая "неприятность"). Удачный случай определяется тем, что в районе момента времени t₄ либо за счет внешнего толчка, либо за счет спонтанных срабатываний (_iС^п®_iС^а) и благодаря сильной ассоциативной связности группы {_iС^п}^t3 за короткое время гасятся все очаги возбуждения с образованием при этом воздействий S на эмоциональный центр. Следствием этого будет удаление нейронов-потребителей из критической зоны, что и создает значительный максимум величины А^’S. Неудачный случай определяется тем, что достаточного возбуждения деактивации для очагов возбуждения не образуется и ансамбли в районе момента времени t₄ перестают работать за счет событий _iС^п®_iС^н, минуя режим высокочастотной генерации. Событиям _iС^п®_iС^н способствует снижение Q^э и уменьшение возраста нейронов в работающих ансамблях. (Возможно, понадобится специально ввести зависимость _ip^пн(_iА), такую, чтобы _ip^пн заметно повышалось при _iА® 0, как одну из форм защиты нейрона от гибели при затянувшейся генерации). Очаги гасятся без образования сигналов S, а когда их уже не остается, то не возникает условий и для случайных срабатываний фонемных ансамблей, образующих некоторое количество сигналов S и снижающих число нейронов эмоционального центра в критической зоне. Результатом будет появление глубоко в критической зоне высоких потреблений большого числа нейронов и значительная величина (А^’S)_min, т.е. значительная неприятность. Механизм образования неприятности весьма сложен и просматривается пока лишь в самых общих чертах, уточнить его можно будет только в соответствующих экспериментах с моделями.

Каждый абзац характеризуется своей "приятностью" в отмеченном смысле, которая может быть самой разной. Она лежит в диапазоне между крайними случаями и косвенно указывает на адекватность сформировавшегося в абзаце желания возможностям его реализации. В автомате должен быть механизм сходимости к предположительно хотя бы приемлемому желанию, которое бы дальше могло анализироваться как вариант акта поведения. Сходимость строится на корреляции составов группы {_iС^п}^t3 разных абзацев за счет следующих трех моментов.

1. Некоторые из очагов группы {_iС^п}^t3 и из ансамблей, заработавших уже в активной фазе, могут оказаться не погашенными в своем абзаце и станут основой формирования "желания" следующего абзаца. Это создает смысловую преемственность абзацев.

2. Ансамбли, погашенные за счет повышения статических порогов нейронов при высокочастотной генерации, а это с большой вероятностью адекватные в данной ситуации ансамбли, через два-три абзаца опять войдут в "желание" из-за свойств постанодальной экзальтации нейронов.

3. У ансамблей, активизированных в абзаце, изменяются величины межнейронных связей: у каких-то увеличиваются, у каких-то уменьшаются в зависимости от соотношения времен низкочастотной и высокочастотной генераций. Для ансамблей, у которых связи увеличились, увеличиваются значения p^нп, и эти ансамбли с большой вероятностью через короткое время будут опять попадать в "желания".Это главный момент,определяющий сходимость ряда последовательно возникающих желаний к варианту.

Возбуждающие связи в ансамбле изменяются в соответствии с формулами (2.15)-(2.18). Изменения величин связей существенно зависят от эмоционального состояния. В гл. 2 это положение лишь декларировалось, теперь мы можем его пояснить. Изменение связи зависит от эмоционального состояния (от величины Q^э) двояким образом: при генерации ансамбля вследствие зависимости частоты генерации n от Q^э (см. (2.18)) и в фазе оценки абзаца через функцию R₃ (см. (2.15)). При генерации ансамбля изменяются динамические компоненты межнейронных связей (2.16), (2.18) и благодаря существованию зависимости n(Q^э), определяемой свойством (2.5), хорошее эмоциональное самочувствие ведет к увеличению R₂ и, значит, r^д, а плохое эмоциональное самочувствие—к уменьшению R₂ и r^д. Механизм влияния Q^э на n определяется тем, что при хорошем самочувствии (Q^э>1) зависимость П^д(t), как уже было сказано, растягивается по оси координат, частота генерации становится меньше и R₂ больше (при n<n_opt). При плохом самочувствии соответственно наоборот. Влияние Q^э на R₂ выражает зависимость изменения связи от самочувствия непосредственно во время генерации ансамбля, т.е. еще в рабочей фазе абзаца. Второй вид влияния Q^э на изменения связей определяется формой зависимости R₃(Q^э) в (2.15). Фактор R₃ является множителем в формуле превращения динамической компоненты связи r^д в приращение статической компоненты r^с и выполняет роль фактора поощрения и наказания работающего ансамбля по результатам абзаца. Для соответствия фактора R₃ этой роли надо, чтобы время рассасывания r ^д равнялось примерно времени фазы оценки абзаца, а функция R₃ была бы вида

R₃=(Q^э)^k,

где значение k подбирается и в простейшем случае может быть единицей. В абзаце вполне возможны случаи, когда ансамбль, усиленный за счет влияния R₂(Q^э), в еще большей степени ослабляется влиянием R₃(Q^э), так как при удачной работе ансамбля в активной фазе и соответственно хорошем самочувствии в этот момент оценка желания, т.е. всей группы {_iС^п}^t3 в целом, может быть плохая. Механизмы изменения связей в ансамблях, активизированных в абзацах, весьма сложны и пока просматриваются лишь в самых общих чертах, но это именно то, что позволяет надеяться получить сходимость возникающих желаний к выполнимому — с большой вероятностью лучшему и показывает путь превращения физиологического процесса внутренней оптимизации (минимизация потребностей) в процесс логической оптимизации.