Біологічна нейронна мережа Нейронна мережа (біологічна нейронна мережа, БНМ) — сукупність нейронів головного і спинного мозку центральної нервової системи (ЦНС) і ганглій периферичної нервової системи (ПНС), які пов'язані або функціонально об'єднані за допомогою синапсів в нейронні ланцюги, що утворюють ансамблі, які об'єднуються в системи та виконують специфічні фізіологічні функції.[1][2][3] Нейронна мережа складається з групи нейронних ланцюгів — груп мофро-функціонально пов'язаних нейронів. Один нейрон може бути пов'язаний із багатьма іншими нейронами за допомогою нейронних відростків — довгих аксонів та коротких розгалуджених дендритів. З загальна кількість нейронів і зв'язків в мережі може бути достатньо великим, наприклад, мозок людини містить до 100 мільярдів нейронів[4] і кожен нейрон може з'єднуватись з великою кількістю, до 10 000, інших нейронів, передаючи сигнали один одному через 1000 трильйонів синапсів.[5] Місце контакту нейронів називається синапсом, типовий синапс — аксо-дендричний хімічний. Передача імпульсів здійснюється хімічним шляхом за допомогою нейромедіаторів або електричним шляхом за допомогою проходження іонів з однієї клітини в іншу.  Уявлення про нейронні мережі справило значний вплив на технології штучного інтелекту, завдяки спробі побудувати математичну модель нейронної мережі було створено великий інструментарій штучних нейронних мереж, який широко використовується в прикладній математиці та інформатиці. За деякими оцінками звичне функціонування головного мозку еквівалентно комп’ютеру з процесором 1 трильйон біт на секунду. Оцінки об’єму пам’яті людського мозку варіюються від 1 до 1000 терабайт.[5] ІсторіяПерші згадки про нейронні мережі помічені у Бейна[6] (1873) та Джеймса[7] (1890) — у своїх роботах вони розглядають розумову діяльність як результат взаємодії між нейронами головного мозку. Згідно з Бейном, будь-яка діяльність веде до активізації певного набору нейронів. При повторенні тієї ж діяльності зв'язок між цими нейронами зміцнюються. Згідно з його теорією, ці повторення ведуть до формування пам'яті. Наукове співтовариство того часу сприйняло теорію скептично, оскільки її наслідком було виникнення надмірної кількості нейронних зв'язків у мозку. Тепер очевидно, що мозок є надзвичайно складною конструкцією і здатний працювати з декількома завданнями одночасно. Теорія Джеймса була схожа з теорією Бейна, але в той же час Джеймс припустив, що формування пам'яті відбувається в результаті проходження електричного струму між нейронами в головному мозку, не вимагаючи з'єднань нейронів для кожного акту запам'ятовування або дії. Британський фізіолог Шеррінгтон у 1898 році провів експерименти для перевірки теорії Джеймса[8], в яких пропускав електричний струм уздовж спинного мозку щурів. При цьому замість очікуваного посилення струму, відповідно до теорії Джеймса, Шеррінгтон виявив, що електричний струм слабшає з плином часу. Результати експериментів Шеррінгтона зіграли важливу роль у розробці теорії звикання (габітуації). У 1949 році Дональд Гебб стверджував, що нейронні зв'язки не є статичними — їх можна покращувати кожного разу, коли вони активуються. Ця гіпотеза відома як «правило Гебба». Воно передбачає, що процес навчання не є результатом фіксованої властивості нейронів; це залежна від часу функція їх змінних зв'язків. Основна ідея, яка лежить в основі правила Гебба, полягає в тому, що скупчення нейронів мають тенденцію збуджуватися разом, коли сприймається подразник. Їх коливальна активність може тривати і після припинення дії подразника. Таким чином, подія, яка спричинила одночасне коливання групи нейронів, фіксується в пам’яті у вигляді групи синхронізованих нейронів.[9] Біологічні та штучні нейронні мережіШтучні нейронні мережі (ШНМ) досягли великих успіхів за останні роки, підштовхнувши штучний інтелект до того, щоб перевершити людський мозок у багатьох конкретних завданнях, таких як гра в шахи та го[10], відеоігри[11], медична діагностика[12] тощо. Незважаючи на це, коли мова йде про більш загальні та більш абстрактні завдання, що вимагають адаптивного навчання та пізнання, людський мозок демонструє кращу продуктивність. За допомогою мозку люди можуть сприймати, розуміти, адаптуватися до навколишнього середовища та активно змінювати його. Порівняно з ШНМ, БНМ все ще мають переваги в багатьох аспектах[13]:
Ці характеристики БНМ значною мірою виграють від природи біологічних нейронів і їх мереж в обробці інформації.[14] Нейрон, основна одиниця БНМ, обробляє інформацію, запускаючи потенціали дії (ПД; або спайки) відповідно до свого мембранного потенціалу (різниця між внутрішнім і зовнішнім потенціалами нейрона) за принципом «усе або нічого»: коли його мембранний потенціал перевищує поріг спрацьовування знизу, нейрон запускає ПД. Крім того, синапс з’єднує 2 нейрони, завдяки чому ПД, що випромінює пресинаптичний нейрон, викликає зміну мембранного потенціалу постсинаптичного нейрона, таким чином сигнал передається від пресинаптичного нейрона до постсинаптичного нейрона. Крім того, сила синапсів адаптивно змінюється у відповідь на вхідні сигнали та відповіді постсинаптичних нейронів, які, як вважають, лежать в основі нейропластичності — здатності мозку навчатися та зберігати спогади[15]. Див. також
Додаткова літератураКниги
ЖурналиСтатті
Примітки
|
Portal di Ensiklopedia Dunia
