Модель и принципы кодирования сигнала в нейронных сетях . Основные положения векторной психофизиологии

Проблема локализации высших психических функций.

Локализация высших психических функций (от лат. localis — местный) — отнесение высших психических функций к конкретным мозговым структурам (см. Мозг). Проблема локализации высших психических функций разрабатывается нейропсихологией, нейроанатомией, нейрофизиологией и др. История изучения локализации высших психических функций восходит к античности (Гиппократ, Гален и др.). Представители узкого локализационизма рассматривали психологические функции как единые, неразложимые на компоненты «психические способности», осуществляемые ограниченными участками коры мозга — соответствующими мозговыми «центрами». Считалось, что поражение «центра» ведет к выпадению соответствующей функции. Логическим завершением идей наивного локализационизма явилась френологическая карта Ф. Галля и локализационная карта К. Клейста, представляющие работу коры больших полушарий как совокупность функций различных «центров» психических способностей. Другое направление — «антилокализационизм» рассматривало мозг как единое недифференцированное целое, с которым в равной степени связаны все психические функции. Отсюда следовало, что поражение любой области мозга ведет к общему нарушению функции (например, к снижению интеллекта), а степень нарушения функции не зависит от локализации и определяется массой пораженного мозга. Согласно теории системной динамической локализации высших психических функций, мозг — субстрат психических функций работает как единое целое, состоящее из множества высокодифференцированных частей, каждая из которых выполняет свою специфическую роль. Непосредственно с мозговыми структурами следует соотносить не всю психическую функцию и даже не отдельные ее звенья, а те физиологические процессы (факторы), которые осуществляются в соответствующих структурах. Нарушение этих физиологических процессов приводит к появлению первичных дефектов, распространяющихся на целый ряд взаимосвязанных психических функций.

Одним из простых способов кодирования информации признается специфичность рецепторов, избирательно реагирующих на определенные параметры стимуляции
Для каждой модальности эволюция нашла свое более адекватное решение проблемы передачи информации.
Способ передачи информации получил название частотного кода. Наиболее явно он связан с кодированием интенсивности раздражения. Однако позже закон Фехнера был подвергнут серьезной критике. С. Стивене на основании своих психофизических исследований, проведенных на людях с применением звукового, светового и электрического раздражения, взамен закона Фехнера предложил закон степенной функции. Этот закон гласит, что ощущение пропорционально показателю степени стимула, при этом закон Фехнера представляет лишь частный случай степенной зависимости.
В качестве альтернативного механизма к первым двум принципам кодирования - меченой линии и частотного кода - рассматривают также паттерн ответа нейрона (структурную организацию ПД во времени). Устойчивость временного паттерна ответа - отличительная черта нейронов специфической системы мозга. Система передачи информации о стимулах с помощью рисунка разрядов нейрона имеет ряд ограничений. В нейронных сетях, работающих по этому коду, не может соблюдаться принцип экономии, так как он требует дополнительных операций и времени по учету начала, конца реакции нейрона, определения ее длительности. Кроме того, эффективность передачи информации о сигнале существенно зависит от состояния нейрона, что делает данную систему кодирования недостаточно надежной.
На роль ансамбля нейронов в кодировании информации указал Д. Хебб. Он считает, что ни один нейрон не может пересылать никакой информации другим нейронам и что она передается исключительно через возбуждение группы нейронов, входящих в состав соответствующих ансамблей. Д. Хебб предложил рассматривать ансамбль нейронов в качестве основного способа кодирования и передачи информации. Различные наборы возбужденных нейронов одного и того же ансамбля соответствуют разным параметрам стимула, а если ансамбль находится на выходе системы, управляющей движением, - то и разным реакциям. Данный способ кодирования имеет ряд преимуществ. Он более надежен, так как не зависит от состояния одного нейрона. К тому же не требует дополнительно ни операций, ни времени. Однако для кодирования каждого типа стимулов необходим свой уникальный набор нейронов.
Особый принцип обработки информации вытекает из детекторной теории. Он получил название принципа кодирования информа-
31 ции номером детектора (детекторного канала). Передача информации по номеру канала (термин предложен Е.Н. Соколовым) означает, что сигнал следует по цепочке нейронов, конечное звено которой представлено нейроном-детектором простых или сложных признаков, избирательно реагирующим на определенный физический признак или их комплекс.
Идея о том, что информация кодируется номером канала, присутствовала уже в опытах И.П. Павлова с кожным анализатором собаки. Вырабатывая условные рефлексы на раздражение разных участков кожи лапы через "касалки", он установил наличие в коре больших полушарий соматотопической проекции. Раздражение определенного участка кожи вызывало очаг возбуждения в определенном локусе соматосенсорной коры. Пространственное соответствие места приложения стимула и локуса возбуждения в коре получило подтверждение и в других анализаторах: зрительном, слуховом. Тонотопическая проекция в слуховой коре отражает пространственное расположение волосковых клеток кортиевого органа, избирательно чувствительных к различной частоте звуковых колебаний. Такого рода проекции можно объяснить тем, что ре-цепторная поверхность отображается на карте коры посредством множества параллельных каналов - линий, имеющих свои номера. При смещении сигнала относительно рецепторной поверхности максимум возбуждения перемещается по элементам карты коры. Сам же элемент карты представляет локальный детектор, избирательно отвечающий на раздражение определенного участка рецепторной поверхности. Детекторы локальности, обладающие точечными рецептивными полями и избирательно реагирующие на прикосновение к определенной точке кожи, являются наиболее простыми детекторами. Совокупность детекторов локальности образует карту кожной поверхности в коре. Детекторы работают параллельно, каждая точка кожной поверхности представлена независимым детектором.
Сходный механизм передачи сигнала о стимулах действует и тогда, когда стимулы различаются не местом приложения, а другими признаками. Появление локуса возбуждения на детекторной карте зависит от параметров стимула. С их изменением локус возбуждения на карте смещается. Для объяснения организации нейронной сети, работающей как детекторная система, Е.Н. Соколов предложил механизм векторного кодирования сигнала.
Принцип векторного кодирования информации впервые был сформулирован в 50-х годах шведским ученым Г. Йохансоном, который и положил начало новому направлению в психологии - векторной психологии. Г. Йохансон основывался на результатах
детального изучения восприятия движения. Он показал, что если две точки на экране движутся навстречу друг другу - одна по горизонтали, другая по вертикали, - то человек видит движение одной точки по наклонной прямой. Для объяснения эффекта иллюзии движения Г. Йохансон использовал векторное представление. Движение точки рассматривается им как результат формирования двухкомпонентного вектора, отражающего действие двух независимых факторов (движения в горизонтальном и вертикальном направлениях). В дальнейшем векторная модель была распространена им на восприятие движений корпуса и конечностей человека, а также на движение объектов в трехмерном пространстве. Е.Н Соколов развил векторные представления, применив их к изучению нейронных механизмов сенсорных процессов, а также двигательных и вегетативных реакций.
Векторная психофизиология - новое направление, ориентированное на соединение психологических явлений и процессов с векторным кодированием информации в нейронных сетях.

. Векторная психофизиология — новое направление, основанное на представлениях о векторном кодировании информации в нейронных сетях. Суть векторного кодирования в следующем: в нейронных сетях внешнему стимулу ставится в соответствие вектор возбуждения — комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. При этом ансамблем считается группа нейронов с общим входом, конвертирующих на одном или нескольких нейронах более высокого уровня. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов возбуждения, которые эти стимулы генерируют.

Дата добавления: 2015-06-04