Нервные
сете
Г
Максим ПАВЛЕНКО
Мы с вами, уважаемые читатели, постепенно привыкаем, что все компьютерные задачи и проблемы
решаются быстро и легко. Но есть и достаточно сложные вопросы, задумываться о которых полезно.
Особенно если они не до конца решены. Ведь не исключено, что отвечать на них в будущем придется
именно вам.
Данная статья предназначена тем, кто хочет познакомиться с таким явлением, как искусственные
нейронные сети.
Н
а моем первом уроке астрономии в школе учитель сказал:
«Астрономию можно изучать двумя способами. Первый —
это просто слушать сказки и интересные истории о ней, на-
подобие тех, что рассказывают в планетарии. А второй спо-
соб — это изучать ее как науку. Сейчас я вам расскажу сказ-
ку.
..» Закончился урок тем, что на летучке мы высчитали линей-
ные размеры Солнца по наблюдаемым, с условием того, что из-
вестно расстояние до Солнца.
Давайте, я вам расскажу сказку ©.
Все началось с того, что однажды неугомонные ученые на-
шли мозг у человека. И так им заинтересовались, что стали его
рассматривать все детальнее и детальнее, пока не обнаружили
самую маленькую клеточку мозга — нейрон. А потом узнали, что
к этой клеточке ведут ма аленькие ниточки других подобных кле-
ток. И сделали научный вывод, что.
..
Нервная система и мозг человека состоят из нейронов, со-
единенных-между собой нервными волокнами. Нервные волокна
способны передавать электрические импульсы между нейрона-
ми. Процессы передачи раздражения от кожи, ушей и глаз к моз-
гу, процессы мышления и управления взаимодействием между
мозгом и исполнительными механизмами человека и животных —
все это реализовано в живом организме как передача электри-
ческих импульсов между нейронами.
Давайте рассмотрим структуру и функции биологического ней-
рона.
Нейрон (нервная клетка) является особой биологической клет-
кой, которая обрабатывает информацию (рисунок).
Он состоит из тела (cell body) или сомы (soma), отростков нерв-
ных волокон — дендритов (dendrites), по которым принимаются им-
пульсы, и единственного аксона (axon), по которому нейрон мо-
жет давать импульс. Тело нейрона включает
ядро (nudeus), которое содержит информа-
цию о наследственных свойствах, и плазму,
обладающую молекулярными средствами для
производства необходимых нейрону материа-
лов. Нейрон получает сигналы (импульсы) от
аксонов других нейронов через дендриты (при-
емники) и передает сигналы, сгенерирован-
ные телом клетки, вдоль своего аксона (пе-
редатчика), который в конце разветвляется на
волокна. На окончаниях этих волокон нахо-
дятся специальные образования — синапсы,
которые влияют на величину импульсов.
Рисунок
Синапс является элементарной структурой и функциональным
узлом между двумя нейронами. Когда импульс достигает синап-
тического окончания, высвобождаются химические вещества, на-
зываемые нейротрансмиттерами. Нейротрансмиттеры диффун-
дируют через щели, возбуждая или затормаживая нейрон в за-
висимости от типа синапса, что сказывается на способности ней-
рона-приемника генерировать электрические импульсы.
Сопротивление передаче электрического импульса синапсом
может настраиваться проходящими через него сигналами так,
что синапсы могут обучаться в зависимости от активности про-
цессов, в которых они участвуют.
Поэтому, если вы много думаете, то ваш мозг и через много
лет будет как новенький, а вовсе не станет усыхать и уменьшать-
ся в объеме после 25 лет, как это ранее считалось ©.
Эта зависимость от предыстории, возможно, ответственна за
память человеко. Важно отметить, что вес синапсов может изме-
няться со временем, а значит, меняется и поведение соответст-
вующих нейронов.
Кора головного мозга человека содержит около 106 нейро-
нов и представляет собой протяженную поверхность толщиной
от 2 до 3 мм с площадью около 2200 см2. Каждый нейрон свя-
зан с 103~104 другими нейронами. В целом мозг человека со-
держит приблизительно от 1010 до 1015 взаимосвязей.
Нейроны взаимодействуют короткими сериями импульсов, про-
должительность которых, как правило, составляет несколько мил-
лисекунд Сообщение передается посредством частотно-импульс-
ной модуляции. Частота может изменяться от нескольких единиц
до сотен герц, что в миллион раз медленнее, чем быстродейст-
вующие переключательные электронные схемы. Тем не менее,
сложные задачи распознавания человек решает за несколько
сотен миллисекунд. Решения контролируются сетью нейронов,
которые имеют скорость выполнения операций всего несколько
миллисекунд. Это означает, что вычисления требуют не более
100 последовательных стадий. Другими словами, для таких слож-
ных задач мозг «запускает» параллельные программы, содержа-
щие порядка 100 шагов. Рассуждая аналогичным образом, мож-
но обнаружить, что количество информации, посылаемое от од-
ного нейрона другому, должно быть очень малым (несколько бит).
Отсюда следует, что основная информация не передается непо-
средственно, а захватывается и распределяется в связях между
нейронами.
Это была летучка в начале урока. Всем, кто прочел, большое
спасибо, так как без усвоения азов трудно разобраться в логи-
ке работы искусственных нейронных сетей, которые так или ина-
че отражают свойства естественного био-
логического нейрона.
Параллельно с прогрессом в нейроана-
томии и нейрофизиологии психологами бы-
ли созданы модели человеческого обучения.
Одной из таких моделей, оказавшейся наи-
более плодотворной, была модель Д. Хэб-
ба, который в 1949 г. предложил закон обу-
чения, явившийся стартовой точкой для ал-
горитмов обучения искусственных нейрон-
ных сетей. Он продемонстрировал ученым
того времени, как сеть нейронов может обу-
чаться.
В середине 1958 г. Фрэнком Розенблатом была предложена
модель электронного устройства, названного им персептроном,
которое должно было имитировать процессы человеческого мыш-
ления. Персептрон должен был передавать сигналы от «глаза»,
составленного из фотоэлементов, в блоки электромеханических
ячеек памяти, которые оценивали относительную величину элек-
трических сигналов. Эти ячейки соединялись между собой слу-
чайным образом в соответствии с господствующей тогда теори-
ей, согласно которой мозг воспринимает новую информацию и
реагирует на нее через систему случайных связей между нейро-
нами. Два года спустя была продемонстрирована первая дейст-
вующая машина «Марк-1», которая могла научиться распозна-
вать некоторые из букв, написанных на карточках, которые под-
носили к его «глазам», напоминающим кинокамеры.
№ 3 /3 3 0 17января-24 января 2005
предыдущая страница 35 Мой Компьютер 2005 03 читать онлайн следующая страница 37 Мой Компьютер 2005 03 читать онлайн Домой Выключить/включить текст