Разумный мозг - Эделмен Дж.
Скачать (прямая ссылка):
(г2 — 2 r\ (1—ri)M~3 ) • Подобным же образом, если р
j=fM u ! 1
меняется, то вся кривая сдвигается влево или вправо, отражая тем самым изменение специфичности распознавания, но форма кривых существенно не меняется. В более реалистичной модели разным элементам ассортимента были бы приданы разные значения р; пз-за этого возросла бы сложность вычисления, но характер зависимости г от N принципиально не изменился бы.
границы. Мы можем, однако, принять, что в каком-либо участке головного мозга человека набор из 106 разных клеточных групп, каждая из которых состоит из 50— 10 000 клеток, не истощит имеющегося чпсла клеток.
Основное следствие этого анализа состоит в том, что для приведения сигнала или конфигурации сигналов в соответствие с данным ассортиментом селективная система должна быть вырожденной. Под вырожденностъю я имею в виду, что вообще при данном пороге должно быть больше одного способа удовлетворительного распознавания данного входного сигнала. Для этого требуется множество нейронных групп разного строения, способных лучше или хуже выполнять одну и ту же функцию. Я отличаю вырожденность от избыточности — термина, который применяется здесь в более узком смысле и означает наличие повторяющихся единиц или групп одинакового строения.
Потребность в вырожденности, пожалуй, будет яснее всего, если снова предположить крайние случаи — один без всякой вырожденности и другой с полной вырожден-ностью (рис. 2). Рассмотрим ассортимент, в котором для любого произвольно выбранного сигнала имеется только одна клеточная группа, способная распознать этот сигнал. В этих условиях в системе, способной распознавать
-1
S,.
1 I
h > s3 •
Gn
0р(г2>
On
Ж I I I 1 I c ' c “ 7“I
Gp %>.........Sri Sf,S2,Sj ¦ • ¦ Sn, Sn*l’sn+2 ¦ ¦ •
Рис. 2. Два крайних вида ассортимента: I — невырожденный
(с уникальными элементами), //— полностью вырожденный. В первом случае расширение диапазона сигналов, подлежащих распознаванию (например, за пределы Sn), часто ведет к тому, что распознавания не происходит. Во втором случае утрачивается специфичность и разные сигналы часто не различаются, поскольку каждая группа G может ответить на все сигналы.
ранее не встречающиеся сигналы, диапазон окажется слишком узким, т. е. многие входы останутся нераспознанными. Если мы будем настаивать на том, чтобы такой ассортимент распознавал и различал с высокой частотой широкий диапазон разных ранее не встречавшихся сигналов, то тогда основное условие — чтобы сигнал не участвовал в возникновении ассортимента — должно быть нарушено. Теперь рассмотрим второй крайний случай, когда каждый элемент набора соответствует любому входному сигналу. В этом случае требование относительно диапазона будет удовлетворено, но сильно пострадает специфичность и, следовательно, способность различать две разные, но близкие структуры сигналов. Поэтому ассортимент по своему составу должен находиться между этими крайностями и содержать по нескольку (а, возможно, и помногу) разных клеточных групп, способных различать данный входной сигнал более или менее хорошо (т. е. достаточно выше требования к порогу распознавания).
Проведенный выше анализ показывает, что вырожден-ность является основным свойством, примиряющим специфичность распознавания с его диапазоном. Как мы увидим, вырожденность согласуется также с рядом свойств, наблюдаемых в центральной нервной системе человека и некоторых видов животных. Как видно на рис. 3, вырожденность отличается от узкой избыточности, но может включать избыточность как особый случай. Подобно из-
Рис. 3. Схемы, иллюстрирующие разницу между избыточностью (/) и вырожденностыо (II). Структура вырожденных групп, выполняющих более или меыее одинаковую функцию, может различаться во многих отношениях, и их элементы имеют только некоторые общие черты: вырожденные группы изофункциональны, но не изоморфны. Избыточность применяется здесь в узком смысле слова: избыточные группы как изофункциональны, так и изоморфны.
быточности, вырожденность может создавать надежность в системе, состоящей из ненадежных компонентов (von Neumann, 1956; Winograd, Cowan, 1963).
Помимо этих требований к свойствам ассортимента есть еще одно важное условие успешной деятельности системы избирательного распознавания: достаточно большая часть набора должна эффективно мобилизоваться разными входными сигналами. Как и при мобилизации сети в терминалах компьютера, нужные сигналы должны иметь возможность встретиться с соответствующими им элементами с достаточно высокой вероятностью и за достаточно короткий срок. Кроме того, ответы таких элементов должны быть доступны элементам высшего порядка для последующих операций распознавания. Очевидно, это условие должны выполнять в ЦНС различные связи внутри клеточных групп и между ними. Нет недостатка в таких связях, идущих по трактам или по локальным цепям, и эффективность передачи сигнала, а также высокое отношение сигнал/шум делают возможной мобилизацию большого числа групп за короткое время (от миллисекунд до секунд). Кромо того, важно указать, что общий диапазон афферентных входных сигналов не представляет собой случайной выборки из всех возможных сигналов внешнего мира. На ранних уровнях обработки данный входной сигнал не обязательно должен мобилизовать все нейронные группы. Взаимодействие сенсорных преобразователей с внешним миром и последующая переработка их сигналов сами по себе высоко избирательны и тем самым повышают эффективность мобилизации. Мы приходим к заключению, что в ЦНС требования мобилизации и встречи выполняются гораздо эффективнее, чем в иммунной системе, в которой встречи осуществляются посредством диффузии, потоков и движения клетки.
