4839-1 (Исполнитель алгоритмов – человек), страница 2

Е

Получение Получение, Н

Д информации Теоретические методы хранение

информации И

А

ПОЗНАЮЩАЯ СИСТЕМА Я

Рис. 3. Структура познания системы

Отметим, что процесс обработки информации в мозге до сих пор недостаточно раскрыт, изучен и предоставляет собой одну из сложнейших и интереснейших проблем (не только нейрофизиологии, нейропсихологии, но и нейроматематики и нейроинформатики - в связи с актуальностью разработки нейрокомпьютеров и нейроподобных вычислительных сред и систем).

У человека существует самостоятельная потребность в информации. Нормальная жизнедеятельность возможна лишь тогда, когда из внешней среды имеется приток не только вещества, энергии, но и информации, когда нет явлений "информационного голода".

Пример. Когда у человека наблюдается ослабление переработки информации, соответственно, ослабляется и потребность в энергетическом и материальном ресурсах. Человек в состоянии апатии – малоподвижен, теряет аппетит, плохо спит, ему снятся плохие сны.

Потребность в информации удовлетворяется человеком двумя основными способами:

поиском нового в окружающей среде, включая и людей как источников информации;

обработкой ранее полученных впечатлений, т.е. в процессе творчества.

Память человека бывает:

сенсорная - на уровне рецепторов;

кратковременная - с момента передачи сигналов от рецепторов до момента их интерпретации;

долговременная - от кратковременной задержки информации в памяти до ее сжатия, передачи на долговременное хранение, т.е. её структурирования и архивации.

Важная характеристика сенсорной и кратковременной памяти - их способность к забыванию, очистке "ячеек памяти".

Пример. Эксперименты показывают, что информация из слуховой памяти утрачивается примерно за 15-30 сек. Для зрительной памяти это время составляет несколько сотен мсек.

В непосредственную память (сенсорную память) человека поступает информация от органов чувств, далее она переводится в оперативную память (память сознания), а затем она пересылается в долговременную память с помощью подсознания. В долговременной памяти, в частности, хранятся: формы поведения (генетически заложенные или приобретённые); объекты и образы, приобретенные в процессе обучения правилам и процедуры обнаружения и идентификации объектов; правила выборки и организации информации; сведения (сообщения) из жизненного опыта; бытовые и профессиональные навыки и умения.

Человеческая память - это среда, которая обладает способностью хранить, запоминать, актуализировать информацию, приобретенную ранее мозгом и управляющую поведением человека (см. рис. 4).

Система Система обработки Система Р

C восприятия информации исполнения

Е

Т Долго-

Органы временная Буферная А

И чувств память зона

Система К

М управления

Кратко- Ц

У Буферная временная Мышцы

зона память И

Л

Я

Утраченное Утраченная Утраченная

восприятие информация функция

Рис. 4. Структура обработки информации человеком

Стимулы сенсорных регистров (например, рецептора) передают поступающую извне информацию в кратковременную память, а из неё – в долговременную. Из долговременной памяти информация может пересылаться в кратковременную память.

Пример. При взгляде на (конкретный) стол у человека может из долговременной памяти ассоциироваться понятие «Стол» (абстрактное), а также информация, связанная (ассоциативно-интуитивными связями) с этим понятием, например, сведения о потребительских качествах стола.

Извлечение информации из кратковременной памяти занимает очень мало времени.

Пример. Эксперименты в лаборатории Белл показали, что время извлечения из кратковременной памяти одной буквы (цифры) равно 10-30 мсек.

Извлечение информации из долговременной памяти требует достаточно сложных процедур. Вначале выполняется процедура восприятия информации. Подходящее («пробное») множество сканируется с помощью процедуры выбора стратегии в кратковременную память, затем из долговременной памяти с помощью процедуры ассоциации (эвристики) определяется «поисковый набор», соответствующий данному пробному множеству который передаётся в кратковременную память, а далее используется процедура принятия решения о соответствии. Этот процесс может быть итерационным: продуктивным (успешный поиск) или непродуктивным (безуспешный поиск).

Информация представляется в виде информационных кодов – упорядоченных признаков, которые определяют объект (связь, понятие). Коды связываются (ассоциируются) между собой образуя структуры памяти.

Новая информация удерживается в памяти образованием связей между копиями кодов объектов (событий), т.е. образованием структур памяти вначале в кратковременной, а затем и в долговременной памяти. Так образуются хранилища знаний. Поиск нужного знания (хранилища, где оно находится) осуществляется направленно. Для нахождения соответствующей структуры памяти используются признаки определённых кодов, определяющих нужную структуру. Каждая структура имеет свой адрес, по которому она извлекается из памяти в нужной ситуации.

Пример. На таком принципе основывается задание номера телефона некоторых служб: 03 – «третья по важности служба», 911 – «номер, о котором часто рассказывали родители на случай чрезвычайной ситуации».

В живом организме, в отличие от автомата, машины, передача, хранение или обработка информации, в конечном счёте, происходит с помощью химических (биохимических) реакций. Сообщениями, передающими информацию, служат при этом молекулярные системы.

Пример. Белок - фермент, являющийся катализатором определенной биохимической реакции, есть преобразователь сигнала, превращающий одни сигнальные молекулы в другие. Любой организм живет за счет химических балансовых реакций, разностей концентрации химических веществ. Основа живого - белок, он синтезируется из аминокислот, молекул вида (рис. 5):

Н

H₂N С COOH

R

Рис. 5. Молекула белка

где R - различные радикалы. Белковая цепь - некоторое слово (состояние) в алфавите, состоящем из 20 аминокислот (букв). Память человека или мозг человека имеет возможность запоминать за счёт обмена веществ, метаболизма (анаболизма).

Обмен информацией между нейронами (на биохимическом уровне) осуществляется с помощью нейромедиаторов – специальных веществ, активизирующих другие нейроны через синапсы (зоны контакта нейронов). Когда нейромедиаторы воздействуют на рецепторы нейрона, внутри него активизируются белковые структуры и происходит переработка информации.

Пример. Для срабатывания кратковременной памяти достаточны слабые и кратковременные импульсы, для активизации долговременной памяти нужны более мощные и длительные стимулы. В первом случае выделяется меньше нейромедиаторов, а во втором, – больше и они воздействуют на синапсы, увеличивая их.

У живых организмов потенциалы действий (электрические сигналы) проводят нервные волокна, а у растений роль нервных волокон выполняют “жилки” - проводящие пучки, пронизывающие все ткани и органы. По этим жилкам проводятся вода, минеральное питание и электрические сигналы. В живых организмах (в отличие от растений) имеется “диспетчерская”, откуда управляющие сигналы от внешних раздражителей поступает к различным органам. “Диспетчерская” – это центральная нервная система, связанная с помощью аксонов с нейронами (кластерами, группами нейронов) различного типа: зрительными, обонятельными, слуховыми и др.

Пример. Рассмотрим такое явление (состояние), как жажда. Импульсы от рецепторов слизистой оболочки ротовой полости, желудка поступают при уменьшении концентрации воды в организме, при уменьшении объёма циркулирующей крови (известное явление жажды при ранениях). Эти импульсы передаются в промежуточный мозг и затем поступают в “центр реакции на жажду” - кластер нейронов в различных зонах гипоталамуса, объединённых друг с другом межнейронными связями. Затем они интегрируются и в “центре реакции на жажду” вырабатывается интегральный сигнал “тяга к воде”. При этом интегральная информация анализируется с целью коррекции регулируемых параметров организма (например, содержание воды и соли в клетках), вырабатывая адекватную работу почки, гормонального и нервного механизма (рис. 6).

Вода Центр реакции на жажду

Рецепторы Центральная нервная система

Кровь Симпатическая нервная система