Нейрокибернетическая модель работы мозга

В схеме взаимодействия мозга с внутренней и внешней средой организма выделяются информационные сигналы, поступающие из внутренней среды о состоянии тех переменных, которые должны поддерживаться внутри узких границ, чтобы сохранялась жизнеспособность организма. К таким переменным относятся: уровень питательных веществ в крови, рН, осмотическое давление, температура тела и др.

Центральные рецепторы значений этих переменных находятся в ядрах гипоталамуса. Сигналы, воспринимаемые из окружающей и внутренней среды организма используются мозгом для предсказания возможных результатов будущих действий, производимых организмом — осуществляемых им траекторий поведения.

В соответствии со схемой работы мозга и его структурами из отдельных элементов построен основной блок модели. Каждый элемент имеет несколько входов и несколько выходов. Входы соединены с рецепторами входных сигналов и с другими элементами. Выходы соединены с другими элементами и выходами модели.

Элементы генерируют сигналы, которые могут иметь разную амплитуду. Аналогом уровня сигнала, передаваемого по связям, соединяющим элементы, в мозге является частота нервных импульсов. Блок модели работает в соответствии с принципами теории функциональных систем. Модель состоит из таких однотипных иерархически соединенных и взаимодействующих между собой блоков.

Двумя важнейшими функциями блока являются распознавание специфических для блока сигналов и предвидение будущих событий.

Необходимо подчеркнуть, особенно для читателей, которые привыкли к описанию нейронных сетей, что элемент модели работы мозга не является аналогом отдельного нейрона. С самого начала при разработке этой модели в ней была использована конструкция элемента, который является аналогом нейронного ансамбля. Эта основная конструкция элемента модели, основанная на принципе нейронной ячейки, сохранилась и в более поздних вариантах модели работы мозга.

Преобразование информации, осуществляемое элементом в модели, является сложным информационным процессом, имитирующим функции объединений (ансамблей) нейронов. При этом и структура, и функции отдельных элементов наряду с наличием общих свойств могут различаться набором конкретных функций и параметрами, определяющими конкретное выполнение этих функций.

Только относительно недавно были открыты и исследованы структурные организации нейронов, функции которых сопоставляются с функциями элементов модели. Такой выбор структуры первичных элементов, из которых построена модель, позволил реализовать ее сложные функции как систему, имитирующую работу мозга и реализуемую поведение и сложные психические процессы.

Каждый элемент является детектором или рецептором определенных сигналов, поступающих на его входы. Состояние элемента определяется уровнем его возбуждения. Сигналы, поступающие на входы элемента, могут увеличивать его возбуждение (возбуждающие сигналы) или уменьшать (тормозные сигналы).

Значение передаваемого через связь возбуждения или торможения зависит от проводимости связи, через которую пришел соответствующий сигнал. Эти проводимости, как будет показано, изменяются в процессе обучения модели.

Элемент, находящийся в возбужденном состоянии, может быть детектором рассогласования поступающего на него сигнала с сигналами, коды которых он распознает. Таким образом элемент является детектором совпадения или рассогласования этих сигналов.

Связи каждого типа могут быть возбуждающими и тормозящими возбужденные элементы. Это означает, что возбуждение, поступающее по соответствующей связи, увеличивает или уменьшает уровень возбуждения элемента, на который оно поступает.