Но что же может помочь нам преодолеть колоссальную сложность мозга при его моделировании? Видимо, многоуровневая иерархическая структурированность, модульная организация нейроструктур.
Так, из [Пратусевич, 1989, с.41], со ссылкой на работы [Mauntcastle, 1981; Szentagothai, 1975; Eccles, 1981; Казаков и др., 1979; Батуев, 1984], известно, что “основная единица функции в новой коре представляет собою модуль, или миниколонку - вертикально ориентированную группу примерно из 110 нейронов, диаметром 30 мкм, соединенную множеством связей по вертикальной оси, проходящей через все слои коры, и малым числом связей по горизонтали. Новая кора мозга представлена примерно 600 млн. миниколонок.
Миниколонки (модули) группируются в крупные обрабатывающие информацию единицы - макроколонки. В новой коре человека примерно 600 тыс. этих новых единиц. Они образуют распределенные системы”. И далее, [Пратусевич и др., 1989, c.55], “каждая микроколонка нейронов выделяет отдельные градации признаков, а макроколонка - ряд признаков, картируя одновременно несколько переменных на двумерной матрице. Модульная или колончатая организация новой коры являются важнейшим концептуальным достижением науки о мозге за последнее () десятилетие”. (Популярно о колонках можно прочитать у Д. Хьюбела [Хьюбел, 1990].)
Значит, формально, с учетом нашей прикидки (1 нейрон = 1 Мб), можно подсчитать, что модуль управляет “памятью” в 220 Мб, макроколонка - в 220 Гб, весь неокортес - в 132 Тб. Что ж, много, но по современным меркам - вполне изготовимо в уже недалеком, (порядка 2020 г.), будущем.
¨ Куда "переселять"?
· Биоклон
“Ну, если несколько пофантазировать, оставаясь все же в границах законов естествознания, то можно представить себе и такое. Человек при жизни обогащает своим интеллектом компьютер, который после смерти наставника вводит всю эту информацию в мозг другого человека, более молодого, не отягощенного еще своей информацией” [Максимович, 1978, c.189]
Весь мир облетело сообщение о клонировании овечки Долли. Затем к ней “присоединилась” овечка Полли, способная давать целебное молоко (дайджест из [Ценный суррогат, Поиск, № 32-33, 199], со ссылкой на The Financial Times и заявление директора PPL Therapeutikcs Алана Калмана). А теперь уже, согласно дайджесту из [Скотская фирма. Поиск, № 34-35, 1997], со ссылкой на Associated Press по сообщению представителя фирмы ABC Global Inc. Дейла Шварца, - проклонирован теленок хольштейнской породы Джин (в переводе - "ген"). Безголовые от рождения лягушачьи эмбрионы, путем генной инженерии и клонирования, получил Джонатан Слак, профессор биологии развития из Батского университета. (Дайджест из [Безмозглая этика, Поиск № 47, 1997], со ссылкой на The Sunday Times.) Мгновенный анализ ДНК позволяют сделать микросхемы, созданные Дэвидом Локхардом с коллегами из фирмы Аффиметрикс Инк. (Санта-Клара, Калифорния), и биохимиком Брауном с коллегами из Станфордской группы (дайджест из [Техника быстрого чтения, Поиск № 51, 1997], со ссылкой на Nature Biotechnology).
По сообщениям печати (International Gerald Tribune), ставшими нам известным по публикации в телеконференции SU. SCIENCE электронной сети FidoNet, в Кливлендском университете (штат Огайо) Джоном Харрингтоном впервые сконструирована искусственная хромосома человека.
Похоже, клонирование, вместе с генной инженерией в целом, становятся промышленными технологиями. И, к середине следующего столетия, эти технологии могут стать настолько отработанными и дешевыми, что будут способны обеспечить "переселенцев" периодически сменяемыми, "как одежда", естественными бионосителями.
· Киборг: искусственные сенсоры и эффекторы, виртуальные двойники-имитаторы, искусственный мозг (нейрокомпьютеры, оптоэлектроника, нанотехнологии, голография).
Достойно конкурирующей с биоклонированием, и дополняющим его, может оказаться и тенденция создания искусственных информационных носителей личности - как для деятельности в привычном нам физическом мире, так в виртуальном.
, с соавт. [Латыпов, Гаврилов, 1996] - создатели "Проекта достижения информационного бессмертия посредством виртуальных двойников", на наш взгляд, вносят достойный вклад в развитие науки сеттлеретики.
Как пишут авторы в указ. работе, - "Цель проекта - воссоздание личности, обеспечение информационного бессмертия пользователя и круга его общения, путем создания и воспитания информационных виртуальных двойников, а также виртуализация окружающей среды и ее объектов.
Под понятием "виртуальный" мы понимаем не только визуальное изображение, но также запах, осязание и звуки. Объекты можно будет понюхать, потрогать, услышать, начиная от заводских гудков и шума листопада, воя ветра и кончая типичными мелодиями...".
“Числовым способом можно кодировать любую информацию - зрительную, звуковую... Современная техника имеет в своем распоряжении всевозможные приборы для кодирования и декодирования звуковой, зрительной, и др. видов информации. Правда, пока не все они совершенны, но усовершенствование - дело времени”. [Максимович, 1978, c.172].
Да, уже сегодня реально снабдить виртуального двойника искусственными сенсорными датчиками, не только полностью заменяющими естественные органаны чувств, но и расширяющими их диапазон, и даже открывающими недоступные ныне без приборов информационные каналы.
Про обработку акустической информации мы здесь даже не упоминаем - высочайшее качество цифровой звукотехники всем нам сегодня хорошо известно. Созданы вполне естественно синтезирующие речь вокодеры, успешно ведутся работы и по распознаванию речи программами “искусственного интеллекта”.
Даже такая экзотика в области искусственной сенсорики, как распознавание вкусов и запахов, уже переходит в область практического применения. В [На подходе..., 1996], на основании сообщения специалистов из Джорджийского технологического института в Атланте, утверждается, что создан новый класс устройств - оптические чипы-сенсоры. Подводя к такому чипу на вход лазерное излучение, на выходе можно получить характеристики химического состава среды, что может быть эквивалентно вкусовому анализатору.
Исследования и разработка прототипа анализатора запахов, проведены группой ученых под руководством проф. Дэвида Уолта из университета Тафта, Бостон [Нос..., 1997]. Здесь так же используется оптический подход. Пока “нос” компьютера может распознать только несколько десятков запахов, по сравнению с сотнями у человека. Проверки выполнялись на 40 различных веществах, и совпадение результатов с мнением экспертов составило 97 процентов. Переход от экспериментальной модели к промышленному изделию займет от трех до пяти лет.
О том же самом событии сообщает дайджест из [Электрический пес, Поиск № 28-29, 1997]. "Профессор из Университета Тафта (США) Джон Кауэр и его коллеги сконструировали робот, различающий запахи. ... Пентагон выделил на ее осуществление 2.6 млн. доларов, отмечает ИТАР-ТАСС".
Дальнейшая обработка первичной сенсорной информации, и ее согласование с механизмами распознавания мозга, может быть проведена по гиперсферическому предетекторному векторному алгоритму пространственного кодирования “номером канала” [Измайлов, Соколов, 1989; Соколов и др., 1984,1989], в ряде работ доказавшему изоморфизм перцептивного и мнемического пространств, для главных видов сенсорных анализаторов. В акустической области нами [Корчмарюк, МАПРЯЛ-93, 1996, НКП-97] подтверждена правомерность распространения гиперсферической модели на более общие элементы восприятия речи - фонемы, и высказана гипотеза о природе синестезии восприятия звука и цвета (подобие гиперсферических моделей распознавания). Возможно предположить универсальность модели для всех типов сенсорных анализаторов человека.
Создание искусственных манипуляторов и роботов, заменяющих человеку естественные эффекторы, более давняя, и более продвинутая, область технологии. Ведь решать прямые задачи, с полным объемом необходимой информации, гораздо проще (если, конечно, они принципиально разрешимы), чем обратные. Успешно ведутся (Япония, ТВ-сообщение) работы по созданию роботов-андроидов, в совершенстве воспроизводящих кинематику передвижения человека.
Далее, утверждают в [Латыпов, Гаврилов, 1996], -"... На данный момент есть все первичные условия для появления виртуальных двойников... Современные компьютерные средства позволяют: а) восстановить виртуальное изображение за отсутствием самих недвижимых объектов по кинопленке и фотографиям, б) восстановить их по словесному описанию, в) перевести в виртуальные существующие и поныне недвижимые объекты. Каждый город уже сейчас может иметь виртуальную библиотеку собственной истории и архитектуры, которая поместится на нескольких десятках лазерных дисков. Путешествуя, можно не скучать о доме."
Действительно, технический прогресс позволяет уже сейчас обеспечить мозг будущего “переселенца”-киборга необходимой ему емкой долговременной памятью, на основе, например, голографической технологии.
“Если соединить в одно целое быстродействующие ЗУ и возможности голографии, то компьютеры будущего смогут вместить в своей памяти и выдавать по первому приказу все информационное богатство, накопленное человечеством за многовековой путь его развития” [Максимович, 1978, c.37]
Так, в прессе [Купи..., 1997] сообщалось, что Сергеем Мигдалом запатентована технология по голографическому сканированию трехмерных объектов и вводу полученного изображения в компьютер. Обещано, что продукция эта появится в широкой продаже в США уже в начале 1998 г., с ориентировочной стоимостью 2 тыс. долларов.
“Я думаю, что это можно будет делать путем голографии, которая позволяет получить нормальное трехмерное изображение” [Максимович, 1978, c.200]
Любопытная информация приведена в [Поиск, 32-33, 1997]. Со ссылкой на CNN, сообщается, что физик-ядерщик из университета Лейк-Форест, шт. Иллинойс, Тунг Джонг, с помощью особо точных лазеров, совершено изолированных от вибрации Земли, впервые в мире создал голограммы с совершенно естественными цветами, практически не отличимые от оригинала.
Затем, развивают свою мысль авторы в [Латыпов, Гаврилов, 1996], -"... Гораздо более сложная задача - создание виртуальных двойников людей и животных. Она включает: а) восстановление внешнего облика по фотоматериалам, портрету и кино, видеопленке, аннимация виртуального изображения - коррекция особенностей движения (хромота, размашистось...), б) наполнение виртуального изображения характером. Это типичные жесты, привычки, темперамент, тембр речи. Фразы общего типа (погода, самочувствие, прошлое). Особенно важна программа синтеза человеческого голоса по имеющимся аудиозаписям...
В первом приближении можно ограничиться неизменными виртуальными двойниками, которые существуют в виде компьютерных программ и "проигрываются" подобно им. С начала своей жизни время от времени человек надевает на себя указанный выше костюм датчиков. Устройство, которое фиксирует обиходные и эпохальные этапы его жизни. Они вносятся в компьютер, запоминаются и преобразуются, формируя виртуального двойника. Двойника, впрочем не способного на новое, не способного на изменение в собственном "поведении". В определенных стандартных ситуациях из памяти достается тот или иной ответ, то или иное действие виртуального двойника."
Необходимые технические средства для создания такого виртуального двойника, внешне имитирующего поведение человека, существуют уже сегодня. В прессе [Головнин, 1996; Киоко Датэ..., 1997] появились сообщения о создании в Японии виртуальной имитации девушки-телекомментатора "Киоко-Датэ". В указ. статьях сообщается, что компьютерный комплекс "ДК96", разработанный специалистами японской компании "Хори Про", обошедшийся в несколько сотен миллионов иен, развивая принципы небезызвестной прграммы-имитатора "Элиза", моделирует интерактивный образ девушки-телезвезды.
По замыслу создателей этой программы, образ девушки имеет рост 163 см, возраст 17 лет, лицо, фигуру и голос японского стандарта красоты. Для синтеза этого образа обработали на комп. видиостудии и усреднили облики многих звезд и фотомоделей, привлекли к созданию лица антропологов, анатомов, графиков. Синтезировать ее голос помогли около сотни проф. эстрадных исполнителей. Двигаться и танцевать ее учили опытные балерины, с помощью сложного комп. устройства, фиксировавшего их движения, и переносивших их в мир комп. графики. Вот и получилось, что внешне "Киоко Датэ" красива, прекрасно сложена, великолепно поет и танцует.
Подключенная к программе система "искусственного интеллекта" и обширная база знаний наделила ее знанием японского и английского языка, остроумием, эрудицией, системой распознавания речи и генерирования ответов, позволяющей любому "виртуалу", вооруженному интерфейсом входа в виртуальный мир (шлем, перчатки, костюм), пообщаться с ней по сети Интернет. Неутомимая и послушная продюссерам "Киоко Датэ" работает все 24 часа в сутки: днем ведет телепередачи, снимается в клипах и рекламных роликах, а ночью работает диск-жокеем на одной из токийских радиостанций, до самого утра отвечая на звонки радиослушателей, и общается по Интернет с миллионами своих поклонников.
Здесь необходимо упомянуть, что братьями Латыповыми создано "... устройство для передвижения пользователя в виртуальном пространстве, так называемая "ВИРТУАЛЬНАЯ СФЕРА". Благодаря этому изобретению человек перемещается по виртуальному пространству в режиме реального времени, совершая точно те же телодвижения, что и при обычной ходьбе. ... К данному устройству разработана новая, не имеющая аналогов в мире, система датчиков, которая не зависит от внешней системы отсчета. Костюм из датчиков позволяет считывать и запоминать изменение положения тела человека и его частей в физическом пространстве, с последующим перенесением изображения и построением его в виртуальном мире." ([Латыпов, Гаврилов, 1996].)
И, наконец, авторы [Латыпов, Гаврилов, 1996] завершают свою идею проблемной постановкой: - "... Самое главное - это разговор с "умершими". Умершими физически... Главной проблемой остается - ИНТЕЛЛЕКТ. Как одухотворить виртуального двойника? ... Истинный виртуальный двойник способен к саморазвитию, воспитанию, - это, собственно Искусственный Интеллект, работы по его созданию ведутся, в том числе посредством универсального языка ДИАЛ. Виртуальные двойники могут болеть компьютерными вирусами, как люди болеют обычными болезнями. За убийство и порчу истинного виртуального двойника надо карать, как и за нанесение вреда жизни человека."
Для воплощения в "искусственный интеллект" "принципа самоорганизации", и приближения к архитектуре мозга, необходимо распараллеливание архитектуры кибернетических устройств. Сейчас оно реализуется в транспьютерной [Бахтеяров и др., 1993], нейрокомпьютерной технологиях [Радченко, 1968; Широков, 1996; Нейрокомпьютер как основа мыслящих ЭВМ, 1993; Галушкин, 1996, 1997, и др.; НКП-97; НКП-98].
Из альтернативных технологий, перспективы оптоэлектроники прогнозируются в [Носов, 1992; Евтихиев и др., 1994; Степанов, 1997], и оцениваются авторами сдержанно-оптимистически. Хотя более поздние оценки, выданные в докладах III Всероссийской конференции “Нейрокомпьютеры и их применение” [НКП-97] оптоэлектронным и наноэлементным нейрокомпьютерам, и первые действующие образцы, продемонстрированные там же на выставке, оптимизм сильно укрепляют.
Если магистральная линия развития комп. техники перейдет с фон-Неймановской на нейроархитектуру, то, ориентируясь на прогноз [Галушкин, 1997], достижения компьютером уровня сложности естественного мозга следует ожидать гораздо ранее 2020-го года. Во всяком случае, акад. активно разрабатывалась нейрокомпьютерная парадигма [Глушков, 1962] и, возможно, учитывалась в его прогнозе.
Мы не настаиваем, но одним из сегодняшних вариантов построения самоорганизующегося и самовоспроизводящегося наноэлементного нейрокомпьютера, может быть предложенный нами [Корчмарюк, РАПРОС-97]. Он состоит в введении обратной связи в схеме управления "Нанотехнологическим комплексом - 500", изготовленном НИИ МЭ и НТ "Дельта", со стороны выпускаемой комплексом продукции - нейрочипов. В качестве алгоритма реализации "машины Тьюринга", этим "НК-500", на точечной матрице с размером "точки" в 40 нм., нами предлагается использовать клеточный автомат, типа игры Конвея "Жизнь". (В дальнейшем, разумеется, следует отказаться от обращения к макромашине, типа НК-500, и реализовывать клеточный автомат Конвея непосредственно на уровне наноразмеров.)
Можно предположить, что все эти технологии со временем сольются, и совместно создадут “киборг” - биокибернетический организм, который станет материальным носителем личности и сознания "переселенца”, - как в реальном физическом мире, так и в виртуальном компьютерно-сетевом. И, с благодарностью относясь ко всем разработчикам клонированных и киборгизированных телоносителей будущего бессмертного человека, мы отмечаем, что главной научной задачей сеттлеретики будет все же раскрытие механизма по обеспечению адекватного "съема" информации, с естественного мозга "переселяемого", в биоклон или киборг, человека. А так же - механизма по, настолько же, адекватной "записи" в память мозга естественного - биоклона, или искусственного - киборга. При этом обязательно необходимо обеспечить самоощущение неразрывности существования личности, и сохранить все богатство ее мыслительных и творческих способностей.
Однако, реальное существование на сегодня "переселенной" в компьютер личности человека, нами ставится под большое сомнение. Например, в статьях А. Болонкина [Болонкин, 1997], И. Царева [Царев, 1996], А. Валентинова [Валентинов, 1998] упомянут "электронный мальчик Сид", якобы, уже являющийся, в рамках проекта Минобороны США "Компьютерный Маугли", "переселенным", живущим и развивающимся, электронным подобием личности, умершего младенца, сына 33-летней Ссылка на источник информации - якобы, посвященный "Сиду", с разрешения спец. комиссии Конгресса США, отдельный номер журнала Scientific Observer (со слов участника данного проекта, и докладчика на какой-то компьютерной конференции в Лас-Вегасе (США), некоего Стима Роулера) - не была найдена в Интернете редактором журнала "Компьютерра" Г. Кузнецовым [Кузнецов, 1997]. (Как сыронизировал бы классик - "А был ли мальчик"?). Но, создавая новую мифологию, средства массовой информации, пусть искаженно, но формируют массовое общественное самосознание, готовят его к киборгизированному будущему существованию.
¨ Что "переселять"?
· ФСПД Анохина, как искомый инвариант "переселяемой" личности
“Ученые уже знают, где и как можно расположить в мозге человека датчики, чтобы вызвать определенные реакции организма, как расшифровать код нервных клеток, как осуществить контакт с передатчиком компьютера” [Максимович, 1978, c.133]
О принципиальной возможности решения “центральной психофизиологической проблемы” (которая, как известно, состоит в нахождении механизма взаимосвязи психического и физиологического в деятельности мозга), на наш взгляд, говорят работы , последователя школы “функциональных систем” [Анохин, 1973] и [Судаков, 1984]. Так, в работе [Пратусевич, и др., 1989] описывается успешно проведенный авторами эксперимент по классификации результатов решения учебных задач по биологии, математике, химии учащимися средней школы, по результатам статистической обработки их электроэнцефалограмм (ЭЭГ). Авторы предполагают, что указанным механизмом взаимосвязи может считаться ФСПД - “функциональная система психической деятельности”. Собственно, по нашему мнению, ФСПД и является тем инвариантом, который необходимо "переселить" с одного материального субстрата на другой, конкретизирующем расплывчатые психологические термины "личность", "сознание", "душа", "психика". (Об определении этих терминов в психологии см., напр., в [Немов, 1994]).
Нам так же представляется перспективным моделирование "сознания" при помощи т. н. "универсальной самоприменимой ригидной машины Тьюринга" [Полосухин, 1993]
Рассмотрим последовательно возможные структурные уровни, конкретизирующие в математических и физических моделях механику ФСПД.
· Синергетика
“Главное сейчас - изучить и точно описать ход интеллектуальной деятельности человека. В настоящее время закономерности мышления известны лишь в достаточно простых случаях. В сложных же, таких, скажем, как сфера творческой деятельности, исследования только начинаются” [Максимович, 1978, c.159]
А. Баблоянц в работе [Баблоянц, 1990] сообщает о “поразительном совпадении между экспериментальными данными по изучению ЭЭГ при эпилептическом припадке кошки и теоретическими расчетами для возбудимых мембранных потенциалов сравнительно небольшой нейронной сети”. Фактически, доказано возникновение аттракторов, т. е., продуктивность подхода к нейронным сетям с точки зрения гипотезы “непрерывной среды”, активной и диссипативной, и находящейся в неравновесном состоянии. (Определения и классификация аттракторов, бифуркаций и т. п. понятий синергетики даются, напр, в [Афраймович, 1987; Лоскутов, Михайлов, 1990].)
В предисловии к указанной работе [там же, c.8] И. Пригожин упоминает: “А. Баблоянц показала, что электрическая активность мозга в глубоком сне, которая регистрируется при помощи энцефалограммы, может быть моделирована при помощи “фрактального аттрактора”. Это очень примечательный факт, поскольку он доказывает, что головной мозг можно рассматривать как систему, обладающую внутренней сложностью и непредсказуемостью поведения”. На наш взгляд, это просто обязывает исследователей абстрагироваться от нейронно-клеточного уровня, и делает единственно возможным исключительно синергетический подход к задачам “переселения” сознания.
Уже в своей работе [Пригожин и др., 1994] И. Пригожин вновь ссылается на результаты [Babloyantz, etc., ], прямо утверждая, что “в стадии глубокого сна в активности головного мозга обнаруживается детерминистический хаос с фрактальным аттрактором в пятимерном пространстве (пять независимых переменных). С другой стороны, в состоянии бодрствования конечномерный аттрактор не был идентифицирован. С точки зрения электрической активности мы имеем дело с истинной случайностью. Ничего удивительного в этом нет. Когда мозг взаимодействует с внешней средой, церебральная активность вряд ли может соответствовать динамически самогенерирующей системе. Наконец, при эпилептических припадках ЭЭГ свидетельствуют о появлении фрактального аттрактора малой размерности (размерности два). Эпилепсия отнюдь не приводит к хаотическим ЭЭГ. Наоборот, ЭЭГ больных эпилепсией чрезмерно “регулярны”. В определенном смысле “умственный порядок” патологичен, или, как писал французский поэт Поль Валери, “мозг - это сама нестабильность”. Разумеется, такая неустойчивость головного мозга отнюдь не случайна, она следует из той роли, которую биологическая эволюция отвела нашей центральной нервной системе, нашему наиболее чувствительному “интерфейсу” с внешним миром”.
Синергетический подход к живому рассматривается так же в [Зотин, 1988; Современные проблемы биокинетики, 1987].
· Кодирование в нейросети
Разумеется, ключевой момент нашего проекта - овладение нейрошифром самого мышления, способами кодирования и декодирования информации мозгом, раскрытие загадки памяти. Согласно интервалоселективной концепции и [Вартанян, Пирогов, 1991], главным информационным элементом, “единицей”, нейрокода, является временнóй межимпульсный интервал (МИИ) активности электрогенной мембраны нейрона. Им кодируется все, в том числе и частотный код (как предельный случай интервального кода, когда всеми интервалами в интервальной активности нейрона кодируется одна и та же информация), и пространственный код “номером канала” по (как вариант кодирования “меченой линией”, основанного на допущении сохранения специфичности возбуждения элементов, составляющих “линию”, и сохранение отношений между сигналом и ответом, те обособленность по качеству внешнего воздействия).
При такой трактовке кодирования, процесс декодирования авторы [там же] рассматривают как процесс перевода временнóго кода в пространственную функциональную связь между двумя нервными клетками или в динамическую “меченую линию” (линию, помеченную паттерном). Другими словами, процесс декодирования может представлять собой процесс перевода временнóго кода в систему функциональных связей нейронов (динамических “меченых линий”). Напротив, процесс кодирования будет выглядеть как процесс перевода системы функциональных связей нейронов во временнóй код последовательности импульсов.
Особо примечательно то, что авторы [там же], результатами собственных прямых экспериментов, раскрывают механизмы управления памятью, процессами записи и считывания информации, которые обеспечиваются мотивационно-эмоциогенными системами мозга, работающими на основе парадигмы “потребность - удовлетворение потребности”, проще - на принципе подкрепления, реализующегося с помощью нейрохимических факторов пептидной природы.
· Моделирование одиночного нейрона
Моделирование одиночного нейрона имеет давнюю и почтенную историю, и мы не будем подробно останавливаться на этом. Напомним, что сейчас существуют и активно разрабатываются электротонические модели, корректно описывающие проведение нервного импульса в аксоне, по типу солитонной волны в электрическом кабеле [Беркенблит, Глаголева, 1988], развивающие модель Ходжкина-Хаксли [Ходжкин, Катц, 1949; Катц, 1968]. Авторами [Беркенблит, Глаголева, 1988] проводится “геометрическая” концепция, сводящая последовательно нейрофизиологию к электрохимии, а от нее - к геометрии параметров моделирующих нейроткани электронных схем. Ими рассмотрены модели сцинцития на плоскости и в объеме. Нам известны и некоторые современные публикации, напр., [Береговой, 1992; Нейрокомпьютер как основа мыслящих ЭВМ, 1993; Редько, 1994; Цетлин, 1995], сообщения [НКП-97] и, даже, программная, для персональных компьютеров, реализация [Нейроимитатор, 1996].
Итак, есть солидная теоретическая база на уровне нейроэлемента.
В ее развитие нами [СПИ-99] предлагается учитывать, помимо продольных сопротивлений аксоплазмы R, поперечных проводимостей G и емкостей С мембраны, ¾ еще и продольную собственную индуктивность L. Нами получены предварительные прикидки, по которым собственная резонансная частота нервов оказывается порядка 1013 ¾ 1015 Гц. Тогда можно будет попытаться превратить нерв в излучающую на резонансной частоте антенну и, частотно промодулировав МИИ несущий сверхвысокочастотный сигнал, неинвазивно снять информацию о нейропроцессах.
· Внутринейронная молекулярная память
Обязательно следует упомянуть об оригинальных исследованиях, д-ра биол. наук, [Либерман, 1990; со списком работ автора с 1965 г.]. Им, в результате многолетних (с 1955 г.) практических исследований и теоретических изысканий, создана концепция внутринейронной параллельно-последовательной стохастической молекулярной вычислительной машины (МВМ). Позволим себе подробно процитировать, приводимые в указ. работе, выводы.
"Живые системы - настоящие управляющие системы, будущее которых зависит не только от прошлого, но и от принимаемых живой системой решений (с.8). Коды создаются не сетью нейронов, а внутринейронными компьютерами (с.10). Закодированные сообщения передаются в нервной системе одинаковыми электрическими импульсами. Смысл такого сообщения закодирован не только промежутками между импульсами, но и тем химическим веществом (медиатором), которое выделяется из окончания нервного волокна в момент прихода нервного импульса (с.14). Сигнал внутрь клетки шлет кальций. Ионы кальция взаимодействуют внутри клетки со специальными белками (с.17). Т. о., рецептор посылает сигнал внутрь клетки, там сигнал обрабатывают и сопоставляют с другими сигналами, а управление проницаемостью мембраны клетка ведет изнутри (с.19). Известно, что у человека хоть какое-то отношение к текстам белков имеет только 10% ДНК. Я думаю, что это записи молекулярных программ для молекулярной вычислительной машины. В программах закодированы не аминокислоты, а белки, в том числе и те, которые участвуют в работе самой МВМ, - белки, преобразующие молекулярный текст (с.20). Высказывается гипотеза, что клеточная мембрана содержит такой "компьютер", причем в качестве "триггеров" работают цепочки, переносящие через мембрану электроны, АТФазы, являющиеся протонными или ионными помпами, и управляемые ионные каналы (с.21).
В клетке есть молекулярная память, как долговременная (ДНК), так и оперативная (РНК). Как сделать адрес у молекулы? Молекулярные адреса, являющиеся частью молекулярных слов, и преобразующих эти слова молекулярных операторов - одно из главных отличительных свойств МВМ. (с.23). Молекулы-слова перерабатываются молекулярными операторами с подходящим адресом. Молекулы-слова слипаются с соответствующими мол. операторами в результате взаимодействия комплементарных частей молекул в процессе броуновского движения (с.25).
Энергетическая "цена действия" (в смысле формулы Планка DE•Dt) МВМ за операцию порядка 1 kT, ~ 1013 h. За счет теплового движения может осуществляться поиск молекулярными операторами молекулярных слов, и без затрат свободной энергии (с.26). Адресные ферменты в клетках уже открыты. Ген - это записанная молекулярными буквами программа для МВМ (с.29) Молекулярные выч. машины нейронов участвуют в работе мозга. Мозг организован из "мыслящих существ", обменивающихся сигналами (нервные импульсы) и книгами (молекулы-слова). Сознание локализовано в данное время в одной нервной клетке или в клетках, связанных "тесным контактом", в котором разрешен обмен молекулами-словами. Феномен человека состоит в том, что нейроны способны превращать слова обычного языка людей в слова-молекулы РНК или даже ДНК (с.30).
Вход в МВМ, самое короткое однобуквенное молекулярное слово - циклическая РНК - знаменитый цАМФ (с.33). Влияние цАМФ на проницаемость мембраны нейрона зависит не только от потенциала и времени, но и от состояния внутринейронной управляющей системы (с.37). Внутринейронная система, управляемая цАМФ, увеличивает проницаемость наружной мембраны, главным образом, для ионов натрия. И одновременно уменьшает проницаемость для ионов калия, что создает генераторный потенциал, который вызывает в аксоне код нервных импульсов - решение задачи, поставленной перед нейроном (с.43).
Почему цАМФ, а не кальций, который в самой нервной клетке передает сигнал внутрь нервных окончаний, и стимулирует выделение медиатора? В отличие от секреторных клеток (выделяющих белки), от нервных окончаний (выделяющих медиатор) и от мышечных волокон (производящих движение) здесь в теле нейрона создается информация - продуцируются коды нервных импульсов. Это выход МВМ нейрона. Каждый нервный импульс вызывает вход кальция в нейрон в момент генерации потенциала действия, и именно поэтому он не может служить входным сигналом (чтобы не возникла паразитная обр. связь между входом и выходом). Не исключено, что вход кальция служит для контроля (как слух контролирует нашу речь) (с.45).
На инъекцию цАМФ нервная клетка отвечает быстрее, чем по механизму простой диффузии. Быстрый ответ, по-видимому, опосредован не активацией протеинкиназы и фосфорилированием мембранных белков, а механическим сигналом (с.47). За который отвечает внутринейронная структура - цитоскелет. Мы предположили, что связывание инъецированного цАМФ с регуляторной субъединицей протеинкиназы, которая связывается с ассоциированным с микротрубочками белком МАП2, вызывает механический сигнал, распространяющийся к мембране со скоростью, приближающейся к скорости звука. Словом, это не просто химия, а еще и акустика (с.48-49).
Генератор звука расположен на микротрубочке. Мы предположили, что генератор использует тепловую подкачку за счет всевозможных биохимических реакций, протекающих в цитоплазме, в непосредственной близости от микротрубочки. Ведь кристаллическая структура микротрубочек напоминает кристалл обычного лазера, а высокочастотный звук (тепловые колебания метаболических реакций порядка 1010 Гц) - лампу накачки этого лазера (с.51). В результате такого взаимодействия цАМФ с микротрубочками механический сигнал передается по цитоскелету, что ведет к открыванию натриевых и закрыванию калиевых каналов. Это должно происходить после внутринейронной обработки синаптических сигналов с использованием информации, закодированной на ДНК.
Внутринейронная переработка происходит, по-видимому, на системе молекулярных квантовых голографических компьютеров, которые собираются внутри нейрона по программе, записанной на ДНК, и служат для быстрого решения физических задач (с.52). Переработка этой программы позволяет создавать тексты разнообразных минорных белков. И если решение квантового компьютера способно менять ДНК, то это уже настоящая управляющая система - система с чисто внутренней точкой зрения (с.48). Однако, если верна гипотеза о том, что управляющая система живой клетки - предельный молекулярный квантовый регулятор, в котором цена одиночной операции приближается к h - то проследить извне за всеми операциями внутри клетки нельзя, поскольку измерение меняет состояние квантовой системы (с.55). Однако внутреннюю точку зрения квантовых компьютеров в принципе можно выяснить воздействием, достаточно слабым, чтобы ее не менять.
Синаптические связи между нейронами очень многочисленны, разнообразны и случайны, непрерывно меняются в течение жизни с периодом в неделю. Случайные связи внутри нервных центров, образуя на теле нейронов разнообразные случайные картинки, могут служить кодами различных задач. Задача индивидуального нейрона при этом может состоять в узнавании образа, закодированного в МВМ данного нейрона, и осуществленного в виде подходящей "гиперзвуковой голограммы". Такая голографическая решетка может возникать в нейроне с помощью синтеза специфических белков. Основные данные об этих белках содержатся в геноме клетки. Однако новые комбинации элементов генома могут возникать в процессе обучения примерно по тем же принципам, по которым происходит образование антител (с.56).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
