Адаптация и обучение массивов нейронов

НейронОбучение массивов нейронов

Процесс обучения интенсивно изучался на слоях стимулируемых нейронов. После периода относительно слабого прогресса, в 1980-х гг. в этой области имел место скачкообразный рост.

Теоретической основой подобных исследований служил коннекционизм. Большая часть этой главы опирается на результаты именно коннекционистского подхода к обучению (см. ниже главу «Дарвинистский подход в нервной системе»). И хотя первые исследования нейросетей имели место в 1950-х гг., ранние работы в этой области сталкивались со множеством сложностей.

К 1980-м годам стало ясно, что добавление еще одного, скрытого слоя способно устранить многие из этих сложностей, как и рассмотрение обратной связи. Именно эти дополнения и дали начало коннекционистскому движению. 

Обучение по Хэббу

Дональд Хэбб в 1949 г. постулировал, что ассамблеи нейронов способны обучаться благодаря усилению связей между нейронами, активирующимися при стимуляции одновременно. Эта идея заключена в высказывании «Активирующиеся одновременно нейроны образуют соединения между собой». Этот способ обучения оказался очень полезен для нейросетей, и на настоящий момент имеются свидетельства в пользу того, что обучение в нервной системе происходит сходным образом.

Ключевой идеей обучения по Хэббу является положение о том, что в основе обучения и памяти лежит эффективность синаптической связи. Как показано на рисунке ниже, существует множество способов воздействия на эффективность синаптической передачи. Так, два нейрона могут образовать больше синапсов, в самих синапсах может вырабатываться больше нейромедиатора, рецепторы постсинаптического нейрона могут стать эффективнее, и т. д.

НейронСинапс Хэбба и долговременное потенцирование. Может существовать несколько способов увеличения эффективности синаптической передачи.

На настоящий момент полагают, что в обучении задействовано два типа изменений; их можно рассматривать как усиленное возбуждение и усиленное торможение. Долговременное усиление возбудимости одного нейрона называют долговременой потенциацией. Долговременное понижение же — долговременной депрессией. Существуют данные, свидетельствующие в пользу того, что оба события имеют место в гиппокампе.

Обучение по Хэббу можно представить в виде утолщения линий между узлами сети как в простой совокупности клеток. Здесь зрительный цикл активирует соответствующие клетки модели ранней зрительной коры.

Узлы цикла соответствуют небольшим областям поля зрения, и связь между ними усиливается при их одновременной активации. Так утверждает теория.

На рисунке ниже приведены экспериментальные данные относительно увеличения вероятности совместной активации областей гиппокампа кошки, подтверждающие эту модель. Тем не менее мозг – крупная и сложная структура, и в силу этого нельзя говорить о справедливости модели для всего мозга после подтверждения этого для отдельной области. Однако этот результат не может не обнадеживать.

НейронЭкспериментально наблюдавшееся обучение по Хэббу. Усиление нейрональных связей непосредственно наблюдалось для нейронов гиппокампа кошки.

На рисунке ниже представлена простая сеть, которая может использоваться для распознавания входящих сигналов. В ней имеются двусторонние вертикальные связи и латеральное ингибирование на каждом из слоев.

Иногда подобные сети называют локальными, поскольку в ней не задействовано обусловленное обучением усиление связей. Тем не менее такая сеть полезна при наглядном объяснении некоторых основных когнитивных процессов.

НейронПростейшая сеть. Обратите внимание на сочетания возбуждающих и тормозных связей.

На рисунке ниже показана новая модель сети. Ранние модели были разработаны в 1950-х гг., были одно- или двухслойными и встречали логические преграды при их применении к анализу основных функций мозга, таких как обучение или распознавание паттернов. Некоторое время модели нейросетей пребывали в забвении, пока около двадцати лет назад не были разработаны модели с третьим, скрытым слоем, который позволяет нейросети изменять силу соединений.

На рисунке ниже представлена классическая трехслойная прямая сеть со скрытым слоем и настраиваемой силой взаимодействий. Эта сеть может эффективно обучаться путем сопоставления выхода нейросети с желаемым выходом и подстройки силы соединений для достижения желаемого результата. Процесс носит название обратного распространения ошибки обучения и во многом подобен отрицательной обратной связи. Сети такого типа на сегодняшний день наиболее распространены.

НейронКлассическая трехслойная сеть. Скрытый слой делает сеть значительно более лабильной. Обратная передача сигнала об ошибке позволяет сети сопоставлять выход с обучающим стимулом и изменять силу связей в сети в соответствии с ним. Так сеть способна учиться достижению своей цели на основе обратной связи.

На рисунке ниже показана самоорганизующаяся аутоассоциативная сеть, в которой выход ставится в соответствие входу. Такая стратегия полезна при распознавании паттернов, таких как звук знакомого голоса.

НейронСеть распознавания паттернов. Аутоассоциативная сеть сопоставляет выход со входом, что полезно для распознавания паттернов, таких как лица или автомобили. На правом рисунке часть нейронов окрашена в красный, что обозначает усиление связи после обучения.

Самоорганизующиеся системы используются в природе для решения многих задач. Сами организмы и их нервные системы можно рассматривать как самоорганизующиеся системы.

В человеческой культуре главенствующее место занимает обучение. Начиная с момента рождения человек учится у других людей. Это позволяет выйти за рамки самоорганизующихся обучаемых систем и развить знания и навыки, получаемые в результате обучения.

Человек учится реагировать на нормальные, недеформированные лица в очень ранний период жизни и вскоре становится способен отличать знакомые лица от незнакомых. Задача, решаемая сетью, гораздо проще решаемой человеком, поскольку в модели происходит только формирование цепи. Сеть способна обучаться предугадывать расположение рта в нижней части рисунка и двух глаз – в верхней.

Однако она неспособна работать с трехмерными объектами, с объектами разной освещенности, движущимися и другими, еще более сложными объектами. Тем не менее распознающая лица сеть, позволяет нам попытаться понять, каким образом мозг справляется с этой жизненно важной задачей.

Дарвинистский подход в нервной системе

Джеральд Эдельман постулировал, что мозг представляет собой сложный се- лекционистский орган. Теория Эдельмана известна как нейральный дарвинизм, поскольку в ней предполагается, что нейроны развиваются и соединяются друг с другом в соответствии с дарвинистскими принципами.

Биологическая эволюция происходит за счет размножения, мутаций, ведущих к изменениям, и отбору полезных изменений. С течением времени этот процесс дает разные виды животных, приспособленные к определенным экологическим нишам.

Сходный процесс идет в иммунной системе, позволяя организму синтезировать антитела к чужеродным веществам и не реагировать на свои собственные. Так, клетки, успешно отвечающие на проникновение чужеродных агентов, размножаются, тогда как неспособные это делать – уменьшаются в количестве.

Таким способом иммунная система учится распознавать и бороться с новыми угрозами. Это подтверждает эффективность селекционизма как способа адаптации.

Согласно представлениям Эдельмана, мозг имеет две стадии селекционистской адаптации. Первая начинается спустя короткое время после оплодотворения, во время дифференцировки, размножения и соединения нейронов.

Сохранившиеся после этой стадии нервные клетки составляют мозг. Вторая стадия начинается до завершения первой, во время образования первых соединений между нейронами. Адаптированные соединения сохраняются, тогда как остальные — пропадают. Таким образом, подобие естественного отбора действует как во время дифференцировки, так и во время обучения.

НейронПример выполнения теории Дарвина при обучении. На этом рисунке приведены стадии кодирования паттерна активации нейронов, происходящего тогда, когда динамическая активность синапсов способствует установлению долговременных связей, позволяя тем самым памяти храниться там же, где образовались исходные соединения.

Двусторонние связи между группами нейронов делают возможной двустороннюю обработку информации. Если такая обработка стабильна, то она сохраняется. Если же нет, то со временем она исчезает.

Если вспомнить принцип обучения по Хэббу, гласящий, что «активирующиеся одновременно нейроны образуют соединения между собой», то получится, что нейроны в стабильной группе должны образовывать более сильные соединения между собой. Таким образом, отбор нейронов будет приводить к образованию долгоживущих нейронных совокупностей, выполняющих задачи адаптации, обучения, разпознавания паттернов и им подобные.

Эти принципы были улучшены при помощи результатов изучения мозга и создания компьютерных моделей. Была создана серия роботов, использующих селекционистские приемы для симуляции работы определенных областей мозга, к примеру гиппокампа.

Обработка символьной информации и нейронные сети

Стандартная компьютерная программа пишется при помощи символов. Нейросети можно описать в математических терминах, при этом оказывается, что они отличаются высоким уровнем параллельности (что означает способность производить много разных вычислений одновременно) и распределенности (способности обрабатывать информацию в разных местах с использованием разных механизмов). Это говорит о большей близости нейросетей к биологическим способам обработки информации, чем к стандартной алгебре и логике.

Тем не менее, человек создал математику и логику, а язык позволяет нам хорошо понимать символические выражения. Большинство используемых нами слов являются символами, обозначающими то или иное явление. Более того, нейронные сети довольно просто перевести на язык математических выражений.

Нейросети способны обрабатывать символьную информацию, а символы могут быть переведены в нейросети. Это означает, что символьный и нейросетевой способы обработки информации не являются взаимоисключающими. Главный вопрос будет в результате заключаться в том, какая форма обработки будет наиболее подходящей для той или иной задачи.

Если стоит задача понимания функционирования мозга на уровне нейронов, то здесь логично использовать модель нейросетей. Если же нам требуется понять грамматику языка, то символы, вне всякого сомнения, подойдут для этой задачи лучше.

Координация работы нейрональных сетей

Мозг часто называют параллельным органом, поскольку нейроны работают до определенной степени независимо друг от друга. Не существует единого командного центра, диктующего нейронам, что делать.

Несмотря на это, существует масса способов координации работы нейронов. Одним из них являются масштабные ритмы, координирующие работу больших групп нейронов так же, как дирижер координирует игру симфонического оркестра. Если большая масса нейронов активируется одновременно, то их активность, как правило, суммируется. Тем не менее существуют ограничения такой суммации.

Долгое время считалось, что эпилептические припадки вызваны нейральной шрамовой тканью, обозначавшейся как эпилептический фокус, которая, как считалось, генерирует регулярные, периодичные и интенсивные волны возбуждения, активирующие другие группы нейронов. Результатом этого являются потеря сознания и неконтролируемая двигательная активность.

Имеется очевидная необходимость регуляции между координацией и выполнением нейронами и их группами локальных функций. Должен быть баланс между интеграцией и дифференциацией.

На рисунке ниже приведена усредненная корреляция между областями зрительной коры во время просмотра подопытным фильма. Как вы можете видеть, одни и те же области в разных полушариях (обозначены как «1» и «r») активируются одновременно, что показано желтыми и красными линиями.

НейронКорреляция между активностью областей мозга в процессе просмотра фильма. Наглядная иллюстрация коррелированной активации зрительной коры в процессе просмотра подопытным фильма.

Верхняя часть центрального изображения соответствует левому полушарию, нижняя часть – правому. Области V с одинаковыми номерами сооветствуют левой и правой сторонам, которые обычно соединены через середину. Более теплые цвета и более толстые линии обозначают более тесную корреляцию между областями.

Обратите внимание на то, что наиболее сильная корреляция наблюдается между активностями одинаковых областей разных полушарий. LOp – задняя часть латерального затылочного комплекса. LOI – латеральная часть латерального затылочного комплекса. (1) – левое полушарие, (r) – правое полушарие. Слева представлены данные фМРТ.

Поскольку оба полушария получают практически одинаковый вход от глаз, этот результат выглядит вполне логичным. Также внутри каждого полушария наблюдается строгая корреляция между областью раннего зрительного анализа и областью визуального восприятия объекта. Тем не менее, поскольку в этом исследовании использовался метод функционального магнитного резонанса, данные которого, полученные в течение длительного периода времени, затем усреднялись, быстрые корреляционные взаимодействия остались не видны.

Над преодолением этого методологического ограничения в настоящее время ведутся интенсивные работы. Современные данные говорят в пользу гораздо более быстрых гамма- и тета-корреляций на тех частотах, на которых мозг выполняет большую часть этой работы.

Ритмы энцефалограммы на сегодняшний день считаются сигнализирующими о разных, но скоординированных процессах. К примеру, гамма-ритмы высокой плотности считаются ассоциированными с осознанным зрительным восприятием и процессом решения простй проблемы эквивалентности.

Альфа-ритмы традиционно ассоциируются с отсутствием задач, требующих фокусировки внимания, тогда как тета-ритмы, как полагают на настоящий момент, контролируют гиппокампальную область и фронтальную кору в процессе обращения к долговременной памяти. Дельта-ритмы – сигналы глубокого сна – группируют быструю нейрональную активность с целью консолидации полученных данных.

На рисунке ниже представлена простая и довольно убедительная гипотеза относительно механизма координации регулярными мозговыми ритмами активности миллионов отдельных нейронов. Нейроны, по которым проходит волна возбуждения на пике, к примеру альфа-волны, добавляют небольшую часть электрохимической активности к общей.

Нейроны, активные в минимуме волны, свою активность вычитают. В результате этого синхронизированные нейроны подкрепляются положительной обратной связью от нейронов, поддерживающих ритм, тогда как десинхронизированные – подавляются. Такой механизм усиливает ритмичность работы нейронов.

НейронСеть распознавания паттернов. Желтая звезда на левом верхнем рисунке представляет собой исходный вход для предварительно обученной нейросети.

Последующие рисунки отображают текущее состояние сети, показанное в виде окрашенных точек. Обратите внимание на то, как цвет и форма желтой звезды постепенно проявляются по мере распознавания сетью входа и отсечения ею альтернативных вариантов.

Как мы уже подчеркивали, простой синхронной активности в большинстве случаев недостаточно. Разные группы нейронов должны быть способны генерировать разный ответ на вход, который может соперничать с ответами, генерируемыми другими группами.

Нейроны и их взаимодействия

Основным вопросом когнитивной нейронауки является вопрос о том, каким образом взаимодействие нервных клеток делает возможным восприятие, память и действия. Эта проблема еще очень далека от полного решения, однако определенные успехи на этом пути уже имеются.

Достигнуто достаточно полное понимание функционирования интегративного нейрона в результате его интенсивного изучения. Однако в мозге существует множество типов нейронов, взаимодействий между ними и нейромедиаторов, играющих важные роли в его работе.

Интегративный нейрон был выбран в качестве модели в силу того, что он достаточно полно изучен и может быть упрощен, что позволяет строить различные модели на его основе. Для этих целей полезны как полностью искусственные, так и построенные на основе биологических нейросетей.

В некоторых случаях нейроны образуют простые циклы, такие как рефлекторная дуга коленного рефлекса. Гораздо чаще они являются частью больших двумерных сетей, которые, в свою очередь, организованы в иерархические структуры.

Все сенсорные и моторные комплексы можно рассматривать в форме таких структур. Для зрения, осязания и двигательного контроля эти нейроны представляют собой топографические карты окружения. Зрительную систему, к примеру, можно рассматривать как иерархию таких карт.

Иерархические структуры не являются жестко детерминированными путями. Сигнал в них способен двигаться вверх, вниз и латерально относительно структуры.

Основной функцией обратного потока сигналов является разрешение неоднозначностей в трактовке входящей информации. Неоднозначности часто встречаются в зрительном входе, но имеются и в языке, а также в других типах воспринимаемой нами информации. В моторных системах обратный поток сигналов помогает принимать решения относительно моторных команд.

Латеральное торможение является распространенной стратегией для выделения различий между двумя однородными областями сигнала, такими как темные пятна на светлом фоне. Клетки сенсорных систем имеют так называемые рецептивные поля, настроенные на определенные параметры входа, такие как ориентация линии, цвет, движение, форма и тип объекта.

При повышении уровня визуальных карт их разрешение падает, в то время как способность к интеграции информации растет. Поскольку сенсорные и моторные системы изучают отдельно друг от друга, мозг представляется нам огромным сенсорно-моторным органом, делающим возможным непрерывные высокоуровневые взаимодействия между входом и выходом.

Пространственные массивы нейронов делают возможным пространственное кодирование, однако не стоит забывать о том, что в нервной системе имеется еще и кодирование временное. Основные ритмы энцефалограммы, как полагают, отвечают за временную координацию активности больших групп нейронов.

Последние исследования позволяют предположить, что гамма-ритм ответственен за интеграцию сенсорной информации осознанные ощущения, а тета-ритм – за извлечение информации из долговременной памяти.

Оставить комментарий

http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_bye.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_good.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_negative.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_scratch.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_wacko.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_yahoo.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_cool.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_heart.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_rose.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_smile.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_whistle3.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_yes.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_cry.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_mail.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_sad.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_unsure.gif 
http://alcoholismhls.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_wink.gif 
 
Стопалкоголь-Элит
Восстанавливающие

Отзывы пациентов

Отзыв Николая: «Год назад я прошел сеанс по методу снятия подсознательных барьеров в центре В.А. Цыганкова. После этого сеанса весь год не пил, чувствовал себя хорошо. Сейчас пришел вновь, чтобы пройти такой же сеанс».

Отзыв Тамары: «Мне было очень плохо, и я не могла решить свою проблему с выпивками самостоятельно. Пришла на прием к Владимиру Анатольевичу Цыганкову и за один сеанс я почувствовала себя намного лучше. На душе стало спокойно, настроение улучшилось, нет тяги к алкоголю. Могу сама жить без спиртного и чувствовать радость от того, что способна управлять своей жизнью».

Отзыв Павла: «Поставил защиту от алкоголя полгода назад. Получил хорошее самочувствие, начал сбрасывать лишний вес, да и в семье все наладилось. Решил поставить защиту еще на год. Благодарю сотрудников центра Владимира Цыганкова за вниматеьное отношение и квалифицированную помощь!».

Отзыв Степана Тимофеевича: «Я пил почти каждый день долгие годы. Потом принял решение поставить защиту от алкоголя и не нуждаться в нем больше. Но для того, чтобы поставить защиту от алкоголя требовалось не пить семь дней, а я не мог уже и одного дня не пить. Помог мне «Стопалкоголь-Элит». Я стал пить отвар этого фитосбора и уже через несколько дней заметил, что заметно снизилась тяга к алкоголю, самочувствие стало лучше. Я сделал над собой небольшое усилие, не пил семь дней и записался на сеанс постановки защиты по методу снятия подсознательных барьеров в центр Владимира Анатольевича Цыганкова. После этого не пью уже 8 лет. Я очень благодарен В.А. Цыганкову. Дай Бог ему много лет жизни и хорошего здоровья!»

Отзыв Алексея: «Мне хочется выразить благодарность Владимиру Анатольевичу Цыганкову за то, что он помог мне остановить мое пьянство три года тому назад. Дай Вам Бог здоровья и долгих лет жизни, уважаемый Владимир Анатольевич! Мне помог «Стопалкогль-Элит» и восстанавливающие фитосборы».

Отзыв Татьяны: «Метод снятия подсознательных барьеров – замечательный. Жизнь кардинально изменилась в лучшую сторону, улучшилось психологическое состояние, абсолютно исчезла тяга к алкоголю. Прошла тревожность и депрессия. Чувствую себя здоровой. Искренне благодарю всех, кто мне в этом помог!».

Отзыв Михаила: «С благодарностью вспоминаю, как легко и комфортно прошел сеанс по методу безопасного кодирования. Спасибо за возвращение к нормальной жизни! Не пью уже 9 месяцев. Через три месяца приду к вам продлевать защиту от алкоголя еще на год. Благодарю персонал центра Владимира Цыганкова за доброжелательное отношение».

Отзыв Александра Ивановича: «Я пил более 20 лет. Никак не мог остановиться. Слишком сильной была тяга. Но 5 лет назад я смог все-таки бросить пить насовсем. Мне помогли фитосборы «Стопалкоголь-Элит» и «Восстанавливающие». Восстанавливающие сборы оказались особо полезными: восстановилась печень, восстановились почки. Даже врачи удивились. Теперь я к ним уже не хожу и таблетки не принимаю. Уже 5 лет живу трезво. Большое спасибо центру Владимира Цыганкова!»

Отзыв Веры: «Присоединяюсь к добрым отзывам о Владимире Анатольевиче Цыганкове. Я пила долго и много. Два года назад перенесла инфаркт. Именно тогда я пришла к Владимиру Анатольевичу Цыганкову и он поставил мне защиту от алкоголизма. Потом он научил меня управлять своими мыслями и чувствами, научил справляться со стрессами и страхами. Хожу в храм, а вместо алкоголя пью душистые, вкусные и полезные лекарственные травы. Я живу новой, счастливой жизнью».

Отзыв Станислава Михайловича: «Когда я впервые прошел сеанс по методу снятия подсознательных барьеров, то продержался без спиртного недолго - через 9 месяцев начал пить снова, хотя защита от алкоголя была на 1 год. Выпить уговорили друзья, сказали, мол, ничего страшного не произойдет, срок неупотребления уже подходит к концу. По глупости я послушался из выпил... и запои вновь вернулись. Я записался снова в центр Владимира Цыганкова на сеанс по методу снятия подсознательных барьеров. Мне поставили защиту от алкоголя сначала на 6 месяцев, в потом на 1 год. Полтора года уже не пью и чувствую себя прекрасно. Второй раз ошибки не совершу, никому не удастся уговорить меня выпить. Мне этого не хочется и не надо. И поэтому защиту от алкоголя продлю опять».

Отзывы наших пациентов смотрите здесь

Свежие комментарии
Поделитесь ссылкой!

Отзывы родственников наших пациентов

Отзыв Инны: «Мой муж пил три десятка лет. Как я ни пыталась его лечить, ничего не помогало. Когда я обратилась за помощью к Владимиру Анатольевичу Цыганкову, он мне открыл глаза на то, что я себя веду с мужем неправильно. Я поняла, что делать НЕ НАДО, а что делать НУЖНО. А вскоре и муж сам, без какого-либо давления с моей стороны бросил пить и начал лечиться. Благодарю Вас, Владимир Анатольевич! Вы заслуживаете самых добрых отзывов, и самых лучших отзывов заслуживает Ваша профессиональная помощь пьющим людям и их женам».

Отзыв Ирины Ивановны: «Мой сын был запойный, более 10 лет пьянствовал беспробудно. Что я только ни перепробовала, ничего не помогало его вылечить. Но однаждыя с помощью психолога Владимира Анатольевича Цыганкова отказалась от ненужных и неправильных действий, а стала делать то, что реально может замотивировать сына на прекращение пьянства и лечение. Дела пошли в гору. Сын сам пошел в центр Владимира Анатольевича, поставил защиту от алкоголя по методу снятия подсознательных барьеров. Теперь уже четыре года прошло, как он не пьет совсем. Теперь я понимаю, что роль матери бесконечно огромна в деле реальной помощи сыну».

Отзыв Дарьи: «Я благодарна психологам центра Владимира Цыганкова за то, что они помогли мне увидеть свою страшную болезнь – созависимость от пьющего мужа. Они дали мне мне возможность адекватно посмотреть на себя, на мужа, на нашу жизнь и сделать необходимые шаги для создания трезвой, здоровой семьи».

Отзывы родственников наших пациентов смотрите здесь

Рубрики сайта
Яндекс.Метрика