skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"id": "3291294",
"incutNum": 1,
"repl": "<1>:{{incut1()}}",
"uid": "_uid_3351887_i_1"
}
Ученые университета Мичигана решили смоделировать сложную компьютерную систему, взяв за базу мозг домашней кошки.
Мозг кошки может распознать лицо быстрее и детальнее, чем суперкомпьютер, — это стало одной из причин, по которой мозг пушистого хищника был выбран в качестве модели. Работа, посвященная созданию «разумной машины», опубликована в Nano Letters.
Память - это способность хранить и извлекать информацию о прошлом опыте, и научение без памяти невозможно. Прошлый опыт, включающий стимулы и реакции, фиксируется в виде «следов памяти», или энграмм, а так как способность к научению у млекопитающих пропорциональна величине больших полушарий, очевидно, что именно они служат местом образования и хранения энграмм.
Природа энграммы неизвестна, о ней существуют лишь гипотезы, основанные на противоречивых данных. Эти гипотезы можно разделить на две главные группы: согласно одной из них, в основе памяти лежат изменения в структуре нейронов и их организации в центральной нервной системе, а согласно другой - стойкие изменения в биохимии мозга.
Гистологическое исследование ткани головного мозга указывает на существование замкнутых нейронных цепей, что позволило выдвинуть представление о реверберирующих цепях как элементах энграммы. Согласно этому представлению, реверберирующие цепи позволяют возбуждению циркулировать по кругу, сохраняя таким образом информацию. Кажется, однако, сомнительным, чтобы такая активность могла продолжаться сколько-нибудь долго, и эксперименты показывают, что память обладает большей емкостью и прочностью, чем можно было бы достичь с помощью одного только этого механизма. Так, например, при охлаждении мозга крысы до 0°С вся электрическая активность в нем прекращается, но после возвращения температуры к норме никакого разрушения следов памяти не обнаруживается.
Полагают, однако, что такие цепи могут играть роль в кратковременной памяти, т.е. в хранении информации в пределах нескольких минут (как, например, при запоминании человеком шестизначного номера телефона с тем, чтобы тут же его набрать) и в облегчении передачи сигналов по определенным нервным путям. После сотрясения мозга память на предшествующие ему события может ослабевать или исчезать; кратковременная память постепенно ухудшается также в процессе старения. Долговременная память более прочна, и поэтому полагают, что в ее основе лежат какие-то стойкие изменения в ткани головного мозга.
Можно думать, что образование следов памяти связано с действием биохимического механизма, включающего синтез в мозгу определенных веществ. Экстракты из центральной нервной ткани обученных плоских червей или крыс при введении необученным червям или крысам соответственно сокращали время, необходимое для усвоения тех же задач. Активным фактором во всех этих опытах была, по-видимому, РНК.
Есть также данные в пользу того, что состав РНК нейронов в процессе научения изменяется и что это может приводить к синтезу специфических «белков памяти». Было показано, что введение ингибитора белкового синтеза - пуромицина вызывает нарушения памяти. Например, у мышей, только что обученных выбирать направление в лабиринте, после введения в мозг пуромицина эта способность утрачивалась, тогда как у контрольных животных, в мозг которых вводили физиологический раствор, она сохранялась.
В заключение следует сказать, что мы далеки еще от понимания механизмов памяти, но, по всей видимости, в образовании следов памяти участвуют изменения электрических свойств нейронов, проницаемости синаптических мембран, эффективности синаптической передачи и синтеза ферментов, имеющих отношение к синапсам. Вряд ли можно сомневаться в том, что память тесно связана с процессами, происходящими в синапсах.
«Мы создаем наш принципиально новый компьютер тем же путем, которым воспользовалась природа для создания мозга.
Основная «изюминка» работы – полное изменение парадигмы устройства по сравнению с обычными компьютерами. Мозг кошки был выбран потому, что он проще человеческого, поэтому его моделирование является весьма реалистичной целью. В то же время основные закономерности его функционирования сходны с человеческими и устройство его весьма сложно с точки зрения воспроизведения. Мы надеемся воссоздать все способности – как широкий спектр решаемых задач, так и эффективность, высокую скорость протекания процессов», — объяснил Лю.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"id": "3346640",
"incutNum": 3,
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_3351887_i_3"
}
В обычном компьютере нет аналогов синапсов – бифункциональных единиц, совмещающих функции логики и памяти.
Модули, выполняющие эти функции, расположены в разных частях электрической цепи, и каждая из единиц связана лишь с ограниченным числом единиц-соседей. В результате такие машины выполняют задачу лишь линейно, участок за участком, по очереди. Эта модель прекрасно работала для исполнения относительно простых команд с ограниченным числом переменных, однако сейчас ее использование становится все более и более неэффективным.
Именно поэтому ученые обращаются за новыми идеями к модели, по которой организован мозг живых организмов. Он организован по принципиально иной схеме и способен выполнять множество операций одновременно или параллельно. Именно поэтому мы распознаем черты лица мгновенно, обрабатывая сразу много поступающих со зрительного аппарата данных, а даже громадному суперкомпьютеру для этого требуется на порядки больше времени и, что немаловажно, энергии.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"id": "3313010",
"incutNum": 4,
"repl": "<4>:{{incut4()}}",
"uid": "_uid_3351887_i_4"
}
«Мы показали, что можно использовать длительность электрического сигнала для постепенного уменьшения или увеличения проводимости системы, основанной на мемристорах. В нашем мозгу сходные изменения в проводимости синапсов провоцируют возникновение долгосрочной памяти», — отметил Лю.
Теперь, используя разработанный метод, необходимо создать большую и эффективную систему. Автор работы предполагает, что такая суперкомпьютерная система может быть совсем компактной – помещаться в двухлитровую емкость. Создать ее планируется в течение нескольких лет. Электронный аналог мозга кошки сможет осмысленно учиться и запоминать информацию на уровне живой кошки. Например, если стоит задача найти кратчайший путь от входной двери до дивана по дому, полному мебели, и компьютеру задана форма дивана, справиться с задачей может как кошка, так и обычный компьютер. Однако, если диван передвинуть, обычный компьютер уже не сможет адаптироваться. А вот кошка легко доберется до теплой подушки и в этом случае. Суперкомпьютер на мемристорах сможет ее сопровождать.
