Наша цель -

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ПОДТВЕРДИТЬ
БЕССМЕРТИЕ ЧЕЛОВЕКА

и найти условия достойной жизни после смерти

Интеллектуальные беседы на тему биологии, нейробиологии, генетики
Ответить
Аватара пользователя
Nois
Участник
Баланс:154
 
Сообщения: 14
Регистрация: 30.08.2019

Как работает наш мозг

Nois » 05.09.2019 18:24

+
10
-
Изображение


Нейрон - основной функциональный элемент нашей нервной системы, состоит он из тела нервной клетки и отростков. Есть два вида отростков: аксоны и дендриты. Аксон - это длинный, покрытый миелиновой оболочкой, отросток, предназначенный для передачи нервного импульса на далекие расстояния. Дендрит – это короткий, ветвящийся отросток, благодаря которым происходит взаимосвязь с множеством соседних клеток.


Типы нейронов

Изображение


Нейроны могут отличаться по форме, размерам, конфигурации, но несмотря на это, отмечается сходство нервной ткани в разных участках нервной системы, отсутствуют и серьезные эволюционные различия. Например нервная клетка моллюска Аплизии выделяет точно такие же нейромедиаторы и белки, что и клетка человека.

Выделяют три типа нейронов

Изображение


1) Рецепторные (центростремительные, афферентные нейроны). Имеют центростремительный аксон, на конце которого есть рецепторы - афферентные окончания. Данные нейроны можно определить как элементы, передающие внешние сигналы в систему.

2) Интернейроны (контактные, или промежуточные). Эти нейроны не имеют длинных отростков, но имеют дендриты. Таких нейронов в мозгу больше чем остальных, это основной элемент рефлекторной дуги.

3) Моторные (центробежные, или эфферентные). Имеют центростремительный аксон, у которого эфферентные окончания передающий возбуждение мышечным или железистым клеткам. Они служат для передачи сигналов из нервной среды во внешнюю среду.


Передача нервного возбуждения

Передача возбуждения происходит через специальные утолщения на концах дендритов (синапсы). По типу передачи они разделяются на два вида - химические и электрические. Электрические передают нервный импульс через место контакта. Таких синапсов в нервных системах достаточно мало. Химические синапсы передают нервный импульс через специальное вещество нейромедиатор (нейротрансмиттер), такой вид синапса широко распространен.
В биологическом нейроне все время происходят изменения, отращиваются новые дендриты и синапсы и возможны миграции нейронов. В местах контактов с нейронами образуются новообразования, для передающего нейрона это синапс, для принимающего - постсинаптическая мембрана, снабжаемая определенными рецепторами, реагирующими на медиатор, то есть мембрана нейрона — это приемник, а синапсы на дендритах — передатчики сигнала.


Изображение


При активации синапса он выбрасывает порции медиатора, они могут варьироваться - чем больше выделится медиатора, тем вероятнее, что принимаемая сигнал нервная клетка активируется. Медиатор, преодолевая синоптическую щель, попадает на постсинаптическую мембрану, где расположены рецепторы, реагирующие на медиатор. Потом медиатор разрушается специальным ферментом (либо поглощен обратно синапсом), это происходит для сокращения времени действия медиатора на рецепторы.
Помимо побудительного воздействия, еще существуют синапсы, оказывающие тормозящее воздействие на нейрон. Такие синапсы принадлежат определенным нейронам и обозначаются как тормозящие нейроны.
Синапсов, связывающих нейрон с одной и той же целевой клеткой, может быть великое множество. Для упрощения можно принять всю совокупность оказываемого воздействия одним нейроном, на другой - целевой нейрон за синапс с определённой силой воздействия. Главной характеристикой синапса будет является его сила.


Состояние возбуждения нейрона

В состоянии покоя мембрана нейрона поляризована. Это значит что по обе стороны мембраны располагаются частицы, несущие противоположные заряды. В состоянии покоя наружная поверхность мембраны заряжена положительно, а внутренняя – отрицательно. Основными переносчиками зарядов в организме являются ионы натрия (Na+), калия (K+) и хлора (Cl-).
Разница между зарядами поверхности мембраны и внутри тела клетки составляет мембранный потенциал. Медиатор вызывает нарушения поляризации – деполяризацию. Положительные ионы снаружи мембраны идут через открытые каналы в тело клетки меняя соотношение зарядов между поверхностью мембраны и телом.


Изображение


Характер изменений мембранного потенциала при активации нервной ткани остается неизменен. Вне зависимости от того какая сила воздействия оказывается на нейрон, если сила превышает пороговое значение ответ будет абсолютно одинаков.


Теория электромагнитного взаимодействия

Главная мысль заключается во взаимодействии между зарядами, формирующихся внутри тела клетки, во время её активности и зарядами с поверхностей мембран других клеток. Эти заряды разноименные, поэтому в связи с этим можно предположить, как будут располагаться заряды в теле клетки под воздействием зарядов других активных клеток.


Изображение


Нейрон чувствует активность других нейронов на определенном расстоянии и стремится направить распространения возбуждения к другим активным участкам.
В момент активности такого нейрона можно рассчитать определённую точку в пространстве, которая определялась бы как сумма масс зарядов, расположенных на поверхностях других нейронов. Эту точку назовем точкой паттерна, её месторождение будет зависеть от комбинации фаз активности всех нейронов нервной системы. Паттерном в физиологии нервной системы называется уникальная комбинация активных клеток, то есть можно говорить о влиянии возбуждённых участков мозга на работу отдельного нейрона.
Работа нейрона не просто как вычислитель, это своего рода ретранслятор возбуждения, который выбирает направления распространения возбуждения, поэтому формируются сложные электрические схемы. Первоначально считалось, что нейрон просто избирательно отключает или включает для передачи свои синапсы, в зависимости от предпочитаемого направления возбуждения. Но теперь мы знаем, что нейрон может изменять степень воздействия на целевую клетку через силу своих синапсов, что делает его более гибким вычислительным элементом нервной системы.


Изображение


В нервной системе образуются пути, или рефлекторные дуги, которые связывают активируемые участки мозга при формировании безусловных рефлексов. Поэтому нейрон должен передавать возбуждения к другим активным участкам мозга, запоминать направление и использовать его в дальнейшем.
Представим вектор, начало которого в центре активной клетки, а конец направлен в точку паттерна, определённую для данного нейрона. Обозначим как вектор направления распространения возбуждения (T, trend). В биологическом нейроне вектор Т может проявляться в структуре самой нейроплазмы, может оказаться что это каналы для движения ионов в теле клетки или другие изменения в структуре нейрона.
Нейрон обладает свойством памяти, он запоминает вектор Т. Направление этого вектора может меняться и перезаписываться в зависимости от внешних факторов. Степень, с которой вектор Т может подвергается изменениям, называется нейропластичность.
Вектор оказывает влияние на работу синапсов нейрона. Для каждого синапса определим вектор S, начало которого находится в центре клетки, а конец направлен в центр целевого нейрона, с которым связан синапс. Cтепень влияния для каждого синапса определяется так: чем меньше угол между вектором T и S, тем больше синапс будет, усиливается. Чем меньше угол, тем сильнее синапс будет ослабевать и в итоге прекратит передачу возбуждения. Синапс имеет независимое свойство памяти, он помнит значение своей силы. Указанные значения изменяются при каждой активизации нейрона, под влиянием вектора Т они либо увеличиваются либо уменьшаются.


Математическая модель

Изображение


Входные сигналы (x1, x2) нейрона это вещественные числа, которые характеризуют силу синапсов нейронов оказывающих воздействие на нейрон.
Положительное значение входа - побудительное воздействие, оказываемое на нейрон, а отрицательное – тормозящее воздействие.
Для биологического нейрона не имеет никакого значения, откуда поступил возбуждающий его сигнал, результат его активности будет идентичен. Нейрон активизируется, когда сумма воздействий на него будет превышать определённое пороговое значение. Поэтому, все сигналы проходят через сумматор (а), а так как нейроны и нервная система работают в реальном времени, воздействие входов должно оцениваться в короткий промежуток времени, то есть воздействие синапса имеет временный характер.
Результат сумматора проходит пороговую функцию (б), если сумма превосходит пороговое значение, то это приводит к активности нейрона.
При активации нейрон сигнализирует о своей активности системе, передавая информацию о своём положении в пространстве нервной системы и заряде, изменяемом во времени (в).
Через промежуток времени, после активации нейрон начинает передавать возбуждение по всем имеющимся синапсам, предварительно производя пересчет их силы. В итоге нейрон перестает реагировать на внешние раздражители, то есть все воздействия синапсов других нейронов игнорируются. В период активации входит так же период восстановления нейрона.
Происходит корректировка вектора Т (г) с учётом значения точки паттерна Pp и уровнем нейропластичности. Далее идет переоценка значений всех сил синапсов в нейроне(д).


Эффект волны

Изображение


Источник возбуждения должен оказывать большее влияние на нейрон, чем другой удалённый, активный участок мозга, почему же тогда все равно происходит передача в направлении другого активного участка? Ранее уже говорилось, что усиленная реполяризация нейрона имеет важное значение для нервной системы, благодаря именно ей создается эффект волны, стремление нервного возбуждения распространятся от источника возбуждения. Если пренебречь следовым потенциалом или сделать его не очень большим, то возбуждение не распространяется от источников, а стремится к локализации. А если сделать следовой потенциал большим, то возбуждение стремится разбежаться в разные стороны, не только от своего источника, но также и от других.


Когнитивная карта

Об открытии когнитивных карт в гиппокампе.
Гиппокамп – это такой отдел мозга, который отвечает за кратковременную память. Многочисленные эксперименты на крысах показали, что определённому месту в лабиринте соответствует своя группа клеток в гиппокампе, причем не имеет значение как животное попадает в это место, все равно будет активирован соответствующий этому месту участок нервной ткани. Животное конечно должно помнить данный лабиринт, не стоит рассчитывать на топологическое соответствие пространства лабиринта и когнитивной карты.


Изображение


Любое место в лабиринте представляется в мозге как совокупность раздражителей различного характера: это могут быть запахи, цвет стен, разные объекты, звуки и прочее. Указанные раздражители отражаются на коре в виде всплесков активности в определённых комбинациях. Мозг обрабатывает информацию в нескольких отделах, зачастую информационные каналы разделяются, одна и та же информация поступает в разные участки мозга.

Гиппокамп находится в центре мозга, кора и её области удалены от него на одинаковые расстояния. Если определить для каждой уникальной комбинации раздражителей точку масс зарядов поверхностей нейронов, то можно увидеть, что указанные точки будут различны, и будут находиться в центре мозга. К этим точкам будет стремиться возбуждение в гиппокампе, формируя устойчивые участки возбуждения. К тому же, поочередная смена комбинаций раздражителей будет приводить к смещению точки паттерна. Участки когнитивной карты будут ассоциативно связываться друг с другом последовательно, что приведет к тому что животное, помещенное в начало известного уже ей лабиринта, может вспомнить весь дальнейший путь.


Какие выводы можно сделать

Феномен человеческого поведения есть следствие функционирования биологической структуры. Поэтому чтобы имитировать разумное поведение, нужно понимать принципы и особенности функционирования биологических структур. В биологии пока не представлен четкий алгоритм как работает нейрон, как он понимает куда нужно отращивать свои дендриты, как настроить синапсы, чтобы в нервной системе мог сформироваться простой условный рефлекс, наподобие тех, которые описывал академик Павлов.
В то же время, в науке об искусственном интеллекте, в биологическом подходе сложилась странная ситуация - когда используемые в исследованиях модели основаны на устаревших представлениях о биологическом нейроне, консерватизм, в основе которого берётся персептрон без переосмысления его основных принципов, без обращения к биологическому первоисточнику, придумывается все более хитроумные алгоритмы и структуры, не имеющих биологических корней.

Не будем уменьшать достоинств классических нейронных сетей, которые дали много полезных программных продуктов, но игра с ними не является путем к созданию интеллектуально действующей системы.

Нейрон подобен мощной вычислительной машине, ему приписывают свойство квантовых компьютеров. Из-за этой сверхсложности, нервной системе также приписывается невозможность её повторения, это соизмеримо с желанием смоделировать человеческую душу.

Хоть статья демонстрирует, как образуются элементарные условные рефлексы в нервной системе, она приближает нас к пониманию того, что же такое интеллект и разумная деятельность.

По материалам https://habr.com/
Поделиться:

Ответить    ПОМОЩЬ по форуму!