html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Нейробиология и искусственный интеллект: часть вторая – интеллект и представление информации в мозгу

Продолжение.

Начало здесь: Нейробиология и искусственный интеллект: часть первая — ликбез,
и здесь: Нейробиология и искусственный интеллект: часть полуторная – новости от Blue Brain Project.

Теперь, вооружившись новым знанем, можно порассуждать о том, каким образом транспорт ионов через мембраны приводит к интеллекту и сознанию. Правильного, полного и четкого ответа пока никто дать не может, так что будем рассматривать текущую ситуацию на примерах.

Хочу напомнить, что данная серия статей не претендует на детальное описание всех процессов, вовлеченных в когнитивную деятельность мозга, а является описательной, дабы дать интересующимся представление о принципах работы мозга, интеллекта и сознания.

И как же интеллект связан с деятельностью нейронов?







Рис. 1. Источник: UC Irvine, CA

Что же такое интеллект?

Вики: Интеллект (от лат. intellectus — понимание, познание) — это разум, рассудок, умственные способности: учиться из опыта, приспосабливаться, адаптироваться к новым ситуациям, применять знание, чтобы управлять окружающей средой или мыслить абстрактно (из Encyclopedia Britannica). Общая способность к познанию и решению проблем, которая объединяет все познавательные способности индивида: ощущение, восприятие, память, представление, мышление, воображение (из Словарь методических терминов).

Английская википедия дает сразу списком варианты определения интеллекта различными учеными и группами, среди которых наиболее интересными кажутся следующие:
философское:
— общая способность индивида к целенаправленному действию, рациональному мышлению и эффективному взаимодействию с окружением (David Wechsler).
— целенаправленное адаптивное поведение (Sternberg & Salter).
прикладное:
— результат процессов сбора, хранения, доступа, комбинирования, сравнения и использования в новых контекстах информации и умений (Lloyd Humphreys).
абстрактное:
— способность справляться с когнитивной сложностью (Linda Gottfredson).
антропоцентрическое:
— уникальная склонность человеческих существ изменять структуру их когнитивных функций для лучшей адаптации к меняющимся условиям жизненных ситуаций (Reuven Feuerstein).

Американская ассоциация психологов предлагает следующее определение (которое, по-моему, наиболее часто встречается в статьях):
“Индивиды отличаются один от другого в своей способности понимать сложные идеи, эффективно адаптироваться к окружающей среде, учиться из опыта, участвовать в различных формах размышлений, преодолении сложностей путем обдумывания” [1].

Получается, что точного определения нет, а чтобы что-то начать измерять, нужно это что-то детально себе представлять, и уж еще сложнее что-то сделать, у чего нет четкого ТЗ. Поэтому общую проблему интеллекта дробят на подзадачи и уже их пытаются решить, или найти области мозга, ответственные за них. Наиболее распространенный метод изучения функций какой бы то ни было области мозга – найти человека, у которого она не работает (инсульт был или повреждение) и посмотреть чего в его поведении не хватает. Потом результаты множества таких исследований собирают вместе и смотрят, что же получилось.
А получается, например, что общий интеллект (general intelligence – такая придуманная мера, основанная на результатах тестирования людей) не сосредоточен в какой-то одной области мозга, а вполне себе распределен по разным областям и соединениям между ними и “зависит от работы всего мозга” [2]. Это, в свою очередь, приводит нас к выводу, что способности мозга зависят от того, насколько мозг может интегрировать разрозненную информацию [2]. Что подтверждает выдвинутую ранее теорию [3] о связи интеллекта со способностью информации “путешествовать” по разным областям мозга (рис. 1). Таким образом, мало иметь возможность управлять вниманием, работать с памятью и языком, надо все это дело эффективно друг на друга завязать.

Однако, остается непонятно, а получится ли сильный ИИ (strong AI – концепция ИИ, аналогичного по способностям человеческому мозгу) если мы возьмем модули памяти, внимания, языка и т.д., и просто соединим их. И как их нужно соединять, чтобы начался тот самый процесс интеграции информации.

А что же есть информация с точки зрения мозга?





Рис. 2 Источник: cidpusa.org

Возьмем, например, глаз. В нем есть сетчатка, на которую проецируется текущее изображение. Сетчатка состоит из светочувствительных клеток (порядка 120 млн штук трубочек/палочек и колбочек), соединенных со зрительным нервом (через несколько слоев других нейронов) интересным способом (рис 2): заметьте, сначала свет должен пробиться через нервные волокна, а потом только зарегистрируется светочувствительными клетками. Из такой организации следует и природа слепого пятна.

А что же передается по зрительному нерву? А по нему уже передаются action potentials (АР), причем в виде серий импульсов. Причем, было замечено, что у большинства клеток есть свет с “любимой” длиной волны, который увеличивает частоту следования АР, в то время как свет другой длины волны – уменьшает частоту. Соответственно, есть клетки, которые любят более длинноволновое излучение, а есть – любящие коротковолновое [4]. Отсюда следует возможность видеть различные цвета (и, собственно, способ их кодировки). Тут стоит еще отметить, что в один нейрон оптического нерва вещают несколько светочувствительных трубочек и/или колбочек с определенной области (receptive field), причем сигналы из центра этой области и с ее периферии, как правило, антогоничны, т.е. если центр возбуждает нейрон, то периферия наоборот глушит. Получается, что в оптическом нерве как бы два информационных “канала”, один из которых отвечает усилением активности на сигналы светлее фона, а другой – на сигналы темнее фона. Такая организация позволяет реагировать не на общий уровень освещения (как в цифровых камерах), а на локальное изменение освещенности, тем самым повышая динамический диапазон (вот почему мы видим в HDR и откуда берут начало зрительные иллюзии, построенные на освещении).
На данном этапе только спектральные характеристики пришедшей картинки передаются, никакого анализа геометрии или распознавания образов.



Рис. 3 Зрительный тракт

По зрительному нерву все это богатство передается (рис. 3) через различные структуры мозга аж на самый затылок, где и находится зрительная кора (отсюда, кстати, удорился головой – посыпались звездочки). Что характерно, правая половина поля зрения с обоих глаз передается в левое полушарие, а левая половина поля зрения опять же обоих глаз – в правое, что позволяет в области перекрытия обрабатывать сигналы с обоих глаз в одном месте (рис. 4). Но и это еще не все. Часть нервов уходит в претектум (pretectum), который отвечает за рефлекторное сужение зрачков. Но не будем углубляться в схематику ортических сигналов, в конце концов нас же интересует что сам мозг со всем этим делает, что получается интеллект и продвинутая когнитивная деятельность?



Рис. 4 Зоны зрительного тракта

Так вот, до самого визуального кортекса (striate или visual cortex) информация так и идет, как она вышла из глаза, а вот уже в кортексе начинается что-то похожее на распознование взаимного расположения сигналов. Например, были найдены нейроны, активно отзывающиеся на угол наклона предъявляемого прямоугольника (рис. 5), на его длину, направление смещения и другие простейшие аттрибуты изображения. Причем, организация таких нейронов не случайна, а очень даже последовательна и логична (рис. 6) и составляет, как бы, карту из перемежающихся слоев. В результате получается, что визуальный кортекс состоит из повторяющихся модулей, которые могут оценивать определённую область поля зрения по целому набору свойств. И такая структура может быть найдена практически во всех областях кортекса (не только визуального, но и слухового и сенсорного). Кроме того, существует дополнительное разделение путей от lateral geniculate nucleus (LGN) до визуального кортекса, основанное на двух типах приходящих в LGN нейронов (M ganglion cells и P ganglion cells). Эти два вида нейронов имеют разный размер чувствительной области (у М клеток дендриты длиннее) и скорость передачи информации, в результате чего М клетки реагируют сильнее на быстрые стимулы, а Р клетки – на медленные, плюс к этому Р клетки могут передавать информацию о цвете, а М – нет. Значение этих двух путей таково: повреждение М клеток приводит к уменьшению способности реагировать на быстрое изменение ситуации не затрагивая при этом способность видеть в цвете, в то время как повреждения Р клеток существенно влияют на качество зрения, но не влияют на реакцию на быстрые раздражители. Есть еще третий путь – через К клетки, которые в основном передают информацию о коротковолновых стимулах, но про его роль известно меньше.



Рис. 5. Отклик нейронов в визуальном кортексе в зависимости от наклона изображения.



Рис. 6. Пространственная организация нейронов в визуальном кортексе, откликающихся на определнные стимулы.

Далее информация поступает в следующие области визуального кортекса (рис. 7), где происходит по-зонная частичная реорганизация и интеграция полученых сведений: например в зоне V4 нейроны откликаются на цвет независимо от движения или направления, а в зоне МТ (middle temporal area) – наоборт, нейроны откликаются исключительно на направление движение края объекта, независимо от его цвета.



Рис. 7. Зоны визуального кортекса.

Повреждения в таких областях приводят к специфическим ощущениям у пациентов. Например, повреждение в зоне МТ приводит к “двигательной слепоте” – невозможности видеть движение: пациент описывал текущий из чайника чай, как замороженый. То есть нейроны до МТ вполне себе обрабатывают полное изображение и человек, вообще говоря, видит все поле зрения, но интеграции двигательной информации в общую картину не происходит и она теряется из сознательного восприятия. Интересный момент в том, что бессознательно такая информация может таки обрабатываться. Известны случаи, когда из-за инсульта в высокоуровневых зонах визуального кортекса человек фактически слеп, но при этом двигаясь по комнате он довольно успешно обходил предметы. Это случалось потому, что хоть пути к сознательной обработке информации были повреждены, связи между моторной и визуальной областями затронуты не были и рефлекторно человек принимал правильные решения, хотя сам объяснить их не мог.

Вот таким замысловатым образом информация достигает мозга и обрабатывается им. И вопросов тут, конечно, больше чем ответов, но, надеюсь, мне удалось хоть немного пролить свет на работу мозга и принципы обработки и интеграции информации.

UPD: забыл ссылки

[1] Intelligence: Knowns and unknowns, Neisser et al., American Psychologist, 1996, 51(2), 77–101.

[2] Distributed neural system for general intelligence revealed by lesion mapping, Glascher et al., PNAS, 2010, 107:10, 4705-4709.

[3] The Parieto-Frontal Integration Theory (P-FIT) of intelligence: Converging neuroimaging evidence, Jung et al., Behavioral and Brain Sciences, 2007, 30, 135-187.

[4] Neural mechanisms of colour vision, De Valois et al., Comprehensive Physiology, 2011, 425-456.
Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с habrahabr.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • mindFreeArtist
          • домен habrahabr.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции