Аркадий Воловник - Знакомьтесь, информационные технологии
1. Орган чувств.
2. Входная память.
3. Долговременная память.
4. Рабочая память.
5. Мотонейрон.
6. Мышца.
7. Оперативная память.
Рис. П6. Взаимосвязи разных типов памяти внутри ЦНС
Периферийные кратковременные памяти (ВП, РП, ОП), по-видимому, строятся на основе использования идентичных короткоживущих белков – хранителей информации, что отличает их от центральной части запоминающей среды, т. е. от ДП. Для процессов обработки информации это отличие носит принципиальный характер. Роль ВП в запоминающей среде рассмотрена ранее. Очевидно, и РП также должна достаточно быстро обновляться, дабы позволить в течение короткого времени реагировать на изменяющуюся ситуацию как внутри ЦНС, так и вне человека.
Для решения внутренних задач в ЦНС имеется специальный аппарат – оперативная память (ОП). Рассмотрим функционирование ОП на примере типичного алгоритмического процесса – умножение многоразрядных чисел. Во время обучения человек запоминает таблицы умножения цифр и правило (алгоритм) умножения многоразрядных чисел. Оба элемента (таблицы и алгоритм) запоминаются в одной из областей ДП и дополняются тегами, характеризующими нейроны этой области как относящиеся к умножению. При необходимости перемножить два числа выполняются следующие действия:
• устанавливается необходимость выполнения именно умножения (в ЦНС создается тракт передачи информации к области «умножение»);
• из сомножителей отбирается пара цифр и по таблицам умножения выбирается частное произведение, т. е. происходит узнавание образа результата по входной информации, представляющей собой две цифры. По тракту передачи информации этот промежуточный результат передается в ОП;
• аналогично вычисляются другие частные произведения;
• с учетом сдвигов выполняются операции сложения (происходит обращение к таблицам сложений, также зафиксированным в ДП);
• все промежуточные результаты поступают в ОП.
Объем ОП не позволяет запоминать в ней все частные произведения и суммы. Поэтому человек вынужден использовать бумагу, т. е. считать «в столбик». Для этого информация из ОП через нейронную сеть передается в РП, приходят в движение мышцы руки, и информация переносится на бумагу. Иными словами, в ЦНС происходит многократный процесс, аналогичный узнаванию образа: определяется, что должно выполняться именно умножение, определяются результат умножение двух цифр и последовательность действий. Для умножения используются все виды памяти: операнды через органы чувств (зрение, слух), т. е. через ВП, поступают в ДП. Результаты из ДП передаются в РП и ОП.
Промежуточные результаты, записанные на бумаге, также через ВП поступают в ДП. Если достаточно редко пользоваться умножением, то необходимо время, чтобы вспомнить произведение отдельных цифр. Это указывает на миграцию глиальных клеток от тракта передачи информации, ведущего к «зоне умножения».
При частом умножении тракт не разрушается и произведение двух цифр человек вспоминает за доли секунды (что совпадает по времени с узнаванием).
Для выполнения алгоритмических преобразований принципиальным является информационный объем ОП, который, по-видимому, близок к объему ВП. Если бы в ОП на период выполнения данного умножения конкретной пары многоразрядных чисел хранились все частные произведения и их суммы, то потребность в использовании бумаги для записи промежуточных результатов исчезла бы. Однако большинство людей не способно запомнить более двух-трех отдельных многоразрядных чисел. Каждый новый промежуточный результат «вытесняет» из ОП предыдущее число. Чтобы не забыть его, необходимо пользоваться «внешней памятью» на бумаге. При достаточно большом объеме ОП в нем можно хранить все промежуточные результаты (для фиксированной разрядности операндов), и время вычисления многоразрядного произведения будет определяться только многократным прохождением ультразвукового сигнала от ОП к ДП для выбора из запоминающей среды очередных частных произведений промежуточных сумм, т. е. не будет превосходить нескольких секунд.
Есть люди, способные к быстрому счету. В рамках предлагаемой модели можно объяснить их способности. Во-первых, они запоминают различные таблицы (умножения, сложения и др.) на двух– и трехразрядные числа, что сокращает количество обращений к ДП. Во-вторых, объем ОП у них таков, что позволяет хранить все промежуточные результаты. Частично можно развить эти способности (например, выучить таблицы), но многие особенности ЦНС передаются генетически (например, объемы различных типов памяти) и тренировками не изменяются.
Интеллектуальные способности человека
Интеллектуальные способности человека, в отличие от физических, трудно поддаются учету. Категорийность в данном случае не имеет четких критериев. Можно указать две разновидности интеллектуальных способностей (два нейропсихических типа организации мышления человека). Для каждой разновидности интеллектуальных способностей можно указать следующие особенности.
Первая разновидность:
• легко запоминает новую информацию;
• быстро решает задачи, алгоритмы которых известны.
Люди, обладающие данными способностями, легко выполняют рутинную работу, требующую точности и аккуратности. Это, например, выполнение сложных алгебраических преобразований. Такие люди легко учатся новым видам работ.
Вторая разновидность:
• легко создает новые алгоритмы;
• задачи, алгоритм которых известен, решает медленно с привлечением дополнительных средств (калькуляторов и др.).
Для людей с выраженной второй разновидностью характерна быстрая потеря интереса к завершению работ, ранее ими уже выполняемых. Они стремятся найти нетрадиционный путь в решении задачи, даже если это не оптимальный вариант. Алгоритмы запоминаются ими с трудом и легко забываются. Им легче вновь воссоздать последовательность действий, чем вспомнить уже известную.
В табл. П1 приводятся основные характеристики обеих разновидностей интеллектуальных способностей.
Таблица П1. Характеристики разновидностей интеллектаРазличия обеих разновидностей интеллектуальных способностей отдельного человека могут определяться, в частности, следующими нейрофизиологическими характеристиками его ЦНС.
Очевидно, в реальности нет людей, принадлежащих только к одной из разновидностей, но в каждом человеке представлены обе, определяемые спецификой нейрофизиологических характеристик, выраженных более или менее отчетливо.
Отсутствие в ЦНС специальных средств, предназначенных для выполнения алгоритмических вычислений, а также ограниченность объема оперативной памяти заставляли человека постоянно создавать технические средства, обеспечивающие ускорение алгоритмических вычислений. Результатом этого творчества явилось создание современных вычислительных машин, способных быстро решать алгоритмизированные задачи, но крайне медленно и сложно распознающих образы. Бурное развитие нового направления вычислительной техники, создание нейрокомпьютеров призваны были решить и эти задачи.
Проведенный анализ информационных процессов, протекающих в мозгу человека, позволяет предложить новые формулировки известных определений.
Мышление — активное использование накопленных знаний при решении задач, для которых известно, что решение имеется. Результат мышления – решение задачи по известному алгоритму, т. е. правильное использование накопленных знаний.
Творчество — установление нетрадиционных связей между известными элементами и понятиями, создание принципиально новых методов, изделий, алгоритмов. Результат творческой работы – создание нового нетрадиционного изделия, метода, алгоритма решения задачи.
Выводы
В соответствии с предложенной моделью в мозгу человека информация «представлена» в трех видах: в форме белковых молекул, обеспечивающих хранение; в форме ультразвуковых колебаний для передачи; в форме электрических бинарных импульсов для передачи информации от органов чувств к запоминающей среде, а также для организации логики работы нейронной сети. Информация хранится в нейронах, передается по глии и представляет собой сочетание данных, описывающих образ, и квалификационных признаков, характеризующих образ, которые вырабатываются человеком сознательно.
Процесс обработки информации в ЦИС ведется без использования алгоритмов. Основа обработки – выбор той или иной информации с учетом удовлетворения соответствующих требований к решаемой задаче. Метод решения – построение цепочки ассоциированных нейронов, образующих тракт передачи информации и соединяющих органы чувств с запоминающими элементами, содержащими необходимую информацию. Тракт создается по результатам анализа характеристик образа при заданных требованиях. Алгоритмы (последовательности действий), позволяющие выполнять вычисления, фиксируются в запоминающей среде ЦНС человека так же, как и любой образ. Выбор конкретного алгоритма и вспомогательной для него информации осуществляется за счет создания ассоциативного тракта передачи информации.
