Построение нейроноподобных, соединений — самостоятельная сложная задача.

Только обладая достаточно полными знаниями об устройстве и функциональных связях нейронов в нервной системе, можно делать выводы O целесообразности использования нейроноподобных элементов для синтеза технических устройств.
Как же «устроен» нейрон, и каким образом из этих клеток строятся органы центральной нервной системы?

Центром нервной клетки служит ядро, защищенное тонкой полупроницаемой мембраной. Несмотря на очень малую толщину (50—100А) мембрана надежно защищает клетку от повреждений и вредных влияний окружающей ,среды. Кроме того, она регулирует состав клетки, пропуская в соответствующих направлениях питательные вещества и продукты выделения.
Импульсы возбуждения подводятся к телу клетки через дендриты — древовидные отростки, покрытые шипами. Общее количество шипов на дендритах каждого нейрона доходит до десятков тысяч. Таким образом, проблема резервирования решается очень просто, поскольку функциональное назначение всех дендритов одинаковое — увеличить поверхность контакта ветвей дендритов с другими нейронами.
От нейрона к нейрону ,сигналы связи проходят по аксону (длинному отростку) через особое функциональное соединение — синапс. Возбуждения передаются синапсами только в одном направлении — от окончания аксона одного нейрона к дендриту и телу клетки другого нейрона. Такое свойство синапса чрезвычайно важно как одна из основ высокой надежности функционирования системы. Для сравнения вспомним о сложнейшей проблеме борьбы с обратной волной в высокочастотных волноводах. Затраты на уничтожение таких волн (или, иными словами, на обеспечение надежного функционирования волноводов) составляют едва ли не основнуїю часть стоимости этих устройств.
Нервы в организме играют роль линий связи. По ним идет информация от чувствительных клеток, они же обеспечивают и передачу «команд» исполнительным клеткам, осуществляющим соответствующую реакцию биологической системы на внешние воздействия. Характерная черта живого организма — его «настойчивость». Действия организма обусловлены не просто изменениями окружающей среды ,самой по себе, а тем, что в новых условиях среды нужно так изменить стратегию поведения, чтобы достигнуть прежней цели, которая заранее закодирована в мозгу. На языке техники такое поведение организма — нечто иное, как выполнение задачи с заданной надежностью.

Чтобы разобраться в этом свойстве организма, необходимо ввести понятие так называемой «преднастройки», т. е. предвидения результатов будущей деятельности. Преднастройка связана с прошлым опытом организма. В связи с этим преднастройка к действиям в предстоящей ситуации, опирающаяся на вероятностную структуру прошлого опыта, может пониматься как вероятностное прогнозирование. Такое прогнозирование учитывает как частоту возникновения различных стимулов, так и частоту реакций организма на эти стимулы. При равной частоте возникновения в прошлом двух стимулов и двух соответствующих им реакций преднастройка может быть различной — в зависимости от величины «выигрыша» (или «проигрыша»), связанного с той или иной реакцией. Другими словами, если мы хотим создать техническую ,систему, которая выполняет заданные функции с той же надежностью, что и живой организм, в нее должна быть заложена возможность оценки «выгоды», полученной при выполнении каждой операции. «Поведение» такой технической системы может рассматриваться как некое подобие гомеостатического процесса (т. е. процесса приспособления).

Для разомкнутых систем управления, состоящих из последовательно соединенных элементов, где нет обратных связей, существует закон: чем больше элементов в системе, тем выше требования к надежности каждого из них при одной и той же надежности системы в целом. На системы с наличием обратной связи—а именно на этой основе базируется процесс гомеостаза — этот закон, как уже говорилось, не распространяется. Увеличение количества элементов системы не обязательно влечет за собой повышенные требования к надежности каждого элемента. Такие системы позволят снизить вес аппаратуры, добиться чрезвычайно высокой надежности всех устройств.
И все же, принимая и используя уроки природы по построению надежных систем обратной связи, нельзя не учитывать одного очень важного момента. Дело в том, что биологические системы при той или иной серьезной перестройке своей жизнедеятельности под влиянием внешних условий имеют, как правило, достаточно времени для этого. А вот у технических систем такого периода приспособления в запасе зачастую нет — надежность должна быть высокой постоянно, без перерывов. Управляющей системе космического корабля, например, мы не можем позволить отключиться даже на самое короткое время. Процесс перенастройки, переобучения, должен протекать в ней практически мгновенно.
В таком переобучении при отказе большую роль играет механизм действия формального нейрона. Чтобы разобраться в этом механизме, !вернемся к функционированию живого прототипа. Если на синапсы одного и того же нейрона одновременно действуют несколько сигналов возбуждения, каждый из которых имеет величину ниже порогового уровня, то все они могут суммироваться и в результате возбудить нейрон. Однако возможен и такой способ возбуждения нейрона, при котором сигналы, каждый из которых ниже порогового уровня, следуют друг за другом через достаточно короткие промежутки времени. Первый способ называют пространственным суммированием, второй — ,суммированием во времени. Следует отметить также, что на синапс одновременно могут поступать возбуждающий и затормаживающий импульсы. Необходимое условие возбуждения нейрона в этом случае таково: алгебраическая сумма (т. е. сумма с учетом знака возбуждения) синаптических сигналов должна превышать порог возбуждения нейрона. Только когда сумма сигналов возбуждения больше суммы сигналов торможения на величину, равную порогу срабатывания (или превышающую его), нейрон возбуждается и выдает ,сигнал на выходе.

ФИЗИКА на КРЕМНИИ

Публикации по физике

Из истории физики

Маленькие незваные чужаки: приключение Патримонито
Примерно 150 лет тому назад моря и утесы к югу...
Читать далее...
Невероятные достижения индийской фармацевтической промышленности
Оборот индийской фармацевтической промышленности...
Читать далее...
Влияние закона о патентах
Важным изменением последних лет стало принятие...
Читать далее...
Развитие инновационных технологий в Индии
В последние годы в экспертных кругах и популярных...
Читать далее...
Лягушка, обнаруженная в горах Фоджа в мае

Читать далее...
Вирусы сами собрали солнечную батарею
Вирусы сами собрали солнечную батарею
Решетка алмаза
Решетка алмаза
The Hubble Space Telescope
The Hubble Space Telescope
Кремниевые нити, вкрапленные в гибкую прозрачную полимерную пленку
Кремниевые нити, вкрапленные в гибкую прозрачную полимерную пленку
Плазма в термоядерном реакторе
Плазма в термоядерном реакторе
Преодоление сверхзвукового барьера
Преодоление сверхзвукового барьера

Опрос

Какой из этих наук Вы сичтаете самой важной?:

Из истории Физики

Явления физики

Побочные эффекты
Рассмотрим теперь более тонкие эффекты...
Читать далее...
Уроки науки
СТО родилась на достаточно высоком...
Читать далее...
Крушение краеугольного камня
Необходимые для соответствующего...
Читать далее...
Шагреневая кожа релятивизма
В обыденном сознании знаменитая теория...
Читать далее...
Мощный инструмент науки
Поиск решения проблемы эфирного ветра...
Читать далее...