The nature of physiology of thinking

Generalizing the above mentioned, note that neurobiology must clearly divide the systems of intermediate neurons into two principally different categories – associative network and the brain (at that, the systems with less number of neurons, like associative network, exist in the neighborhood of the brain as well). Associative networks employ clear, discrete ways of signal passage, the information in them expressed by the frequency of neural pulses. Unlike them, the brain and thinking use fuzzier, chaotic ways of signal propagation. They are also characterized by the following:

1. The basis for thinking is using the solitary waves (solitons) of nervous excitation, which propagate in the neural tissue as the waves of multiple neurons pulsation density. The rise-up portion of a soliton can be modulated by 2D array of sensory information (pattern) and, in this case, it is called a pattern wave.

2. A basic mathematical operation of thinking is determining a correlation between the information array being transferred by the wave (this can be an image received from sensors or from the previous stages of processing or the one extracted from memory) and the array stored in memory. Such computations are distinguished by concurrent processing of large information arrays per one elementary operation of thinking.

3. A separate computation of correlation between the patterns is carried out by neuroholographic correlator the typical scheme of which comprises two processor nuclei of the brain, which perform direct and inverse 2D Fourier transforms, one of the memory regions included between transformers, and the neural fiber bundles connecting them.

4. Recording and readout of the pattern is made basing on holographic principles. Recording in the memory tissue (cortex) takes place at interacting (within the tissue) between the object wave and the reference unmodulated soliton wave of nervous excitation that is generated by thalamus nuclei. Readout is

немодулированной солитонной волной нервного возбуждения, генерируемой ядрами таламуса, а считывание – при прохождении по ткани такой же считывающей немодулированной волны.

5. Адресация образа в запоминающей ткани производится путём отклонения вектора опорной (или считывающей) волны нейронной структурой, действующей по принципу фазированной антенной решётки.

6. Элементарный осознаваемый акт мышления включает в себя прохождение через нейрокорреляторы группы из 3–10-ти волн нервного возбуждения, каждая из которых выполняет собственную функцию. Этот пакет волн обслуживает процессы записи информации и отыскания наилучшей корреляции с ранее запомненными образами. В каждом акте мышления запоминается и потому осознаётся только итог процесса.

7. В структуре мозга можно выделить подсистему принятия решений, вырабатывающую стратегию поведения животного. Многочисленные нейрокорреляторы этой подсистемы образуют пирамидальную структуру, в которой узлы нижнего уровня напрямую получают сигналы от сенсорных систем, а при переходе на верхние уровни, происходит всё большее освобождение информации от второстепенных деталей (абстрагирование) и объединение сигналов разнотипных сенсоров. Сходное строение (уже в виде перевёрнутой пирамиды нейрокорреляторов) имеет исполнительная подсистема мозга, получающая на вход сигнал о принятом решении, и вырабатывающая на этой основе, с помощью набора хранящихся в памяти типовых действий, подробные команды всем элементам исполнительных органов.

8. Неделимым информационным массивом, которым оперируют высшиеотделы мозга в процессе мышления, является понятие, как совокупность данных о некотором объекте, явлении, качестве, абстрактном понятии и т.д., имеющем словесное или иное символическое обозначение. Разнообразная (в том числе – по сенсорным источникам) информация, относящаяся к понятию, благодаря большой ёмкости двумерных информационных массивов, объединяется в целостный образ, так что при обращении к

implemented as the same readout unmodulated wave propagates in the tissue.

5. Addressing of the pattern in the memory tissue is carried out as the vector of the reference (or readout) wave is deviated by a neural structure acting as the phased array.

6. The elementary realized act of thinking includes the passage of a packet consisting of 3-10 nervous excitation waves through neurocorrelators, each group performing its own function. This packet of waves maintains the processes of data recording and finding the best correlation with formerly memorized patterns. Each act of thinking memorizes and therefore realizes the result of the process only.

7. In the brain structure one can distinguish a decision making subsystem that elaborates a strategy of animal’s behavior. Multiple neurocorrelators of this subsystem form a pyramid structure the units of the lower level of which directly receive the signals from sensory systems, and at switching over to upper levels the information gets more and more released from secondary details (abstracting) and the signals of different-type sensors get combined. The executing subsystem of the brain, which receives at the input a signal about the decision made and generates on this basis the detailed commands to all elements of executive organs, using a set of standard actions stored in the memory, has a similar structure.

8. A notion as an aggregate of data about some object, phenomenon, quality, abstract idea, etc., having a verbal or other symbolic definition, is an integral information array being operated by higher parts of the brain during thinking. Various (including sensory sources) information related to notion, due to large bulk of 2D information arrays, is combined into an integral pattern so that when referring to a symbol, e.g. at using a word in the conversation, it is recalled from the momery only as a single whole. It links the symbol with the context,

символу, например, при использовании слова в разговоре, она вызывается из памяти только как неразрывное целое. Это и придаёт символу увязку с контекстом, смысловую наполненность, обеспечивает мозгу, в отличие от современных ЭВМ, осмысленное восприятие информации.

9. Однако не вся информация, используемая при формировании понятия, хранится в единственном абстрактном образе, в памяти верхних уровней „пирамиды” принятия решений. Ни один абстрактный образ верхнего уровня не мог бы существовать без информационной поддержки многими образами более низких уровней.

* * *

Опыт ЭВМ показал, что система, основанная на сложении двоичных чисел, может худо-бедно решать практически любую интеллектуальную задачу. Но если это возможно на основе сложения двоичных чисел, то, вероятно, можно найти и другие способы вычислений. Правда, выяснилось, что по отношению к мозгу не оправдала себя идея „ассоциативной сети”. Однако, может быть, есть иные варианты? Почему автор отстаивает и развивает именно концепцию нейроголографии?

Этот принципиальный вопрос требует чёткого ответа. По мнению автора, адекватность описания работы мозга концепцией нейроголографии подтверждают следующие факты.

а) Многократная нехватка памяти ДНК для описания мозга как ассоциативной сети показала, что геном описывает, в основном, не клеточный, а более высокий уровень организации мозга – уровень больших ансамблей нейронов, слоёв коры, пучков волокон, скоплений нейронов в виде ядер и т.п. Но из таких элементов, как слои, пучки и ядра можно создать лишь один тип вычислительных и, вообще, информационных систем – только оптические информационные системы.

б) На организацию мозга по типу оптической информационной системы указало и то, что вместе с мозгом Природа создала в ходе эволюции два типа нервных тканей, специально приспособленных для выполнения оптических закономерностей. Это,

gives the sense content, and provides the brain, unlike the up-to-date computers, with a realized perception of information.

9. However, not all information used in generating a notion is stored in a single abstract pattern, in the memory of higher levels of decision-making pyramid. None of the abstract patterns of the upper level could exist without information support provided by multiple patterns of lower levels.

* * *

The computer experience has shown that the system based on adding binary numbers can at the very least solve practically any intellectual problem. But if it is possible by adding the binary numbers, then it is likely that there are some other ways of computations. However, it has turned out that the idea of “associative network” hasn’t justified itself as related to the brain. But maybe there are other ways? Why the author so persistently develops the concept of neuroholography?

This principal question requires a clear answer. In the author’s opinion, the adequacy of describing the brain work by the concept of neuroholography is confirmed by the following facts.

a) Great lack of DNA memory for the brain description as associative network has shown that genome mainly describes not the cellular but higher level of brain organization – the level of large ensembles of neurons, cortex layers, fiber bundles, neuron clusters, etc. But out of such elements as layers, bundles and nuclei one can make up only one type of computational and, generally, informational systems – only optical information systems.

b) One more fact pointing to the brain organization as optical information system is that, along with the brain, the Nature has created two types of neural tissues specially adapted to implementing the optical features. First, it is the gray matter of the brain, which is distinguished

во-первых, серое вещество мозга, отличающееся малыми размерами нейронов, большим количеством синапсов и диффузным распространением волн нервного возбуждения, в соответствии с принципом Гюйгенса. Во-вторых, это пучки нервных волокон, перенос нервного возбуждения по которым, в информационном смысле, аналогичен переносу оптического изображения по стекловолоконным жгутам.

в) Пучки нервных волокон, топологически точно переносящие информационные массивы со своих входов на выходы, получили широкое распространение вопреки общей тенденции к повышению хаотичности нервной системы при появлении мозга. Это доказывает особую роль в работе мозга именно топологически организованных двумерных информационных массивов, т.е. изображений или образов.

г) Низкий уровень фоновой активности нервных тканей мозга (5–7%) подтвердил, что регистрируемые энцефалографами волны интегральной импульсации нейронов имеют форму солитонов. А это объяснило их способность эффективно переносить двумерные информационные массивы в виде образов, модулирующих передний фронт пространственной волны. Синусоидальные волны не удалось бы модулировать таким способом.

д) Внимание исследователей давно привлекло совпадение необычных свойств памяти мозга и голографической памяти – независимая запись разных информационных массивов в общем пространстве памяти; распределённая запись, мало чувствительная к шумам и локальным повреждениям; быстрый вызов любой информации, независимо от адреса; огромная скорость записи и считывания при медленных элементарных процессах, что говорит о записи за одну операцию целостных образов, а не последовательности данных (см. гл. 3.3.2.).

е) На эквивалентность мозга голографическому коррелятору указало полное соответствие человека свойствам оптимального приёмника, т.е. свойствам теоретически наилучшей распознающей системы, какой является голографический коррелятор при

by small size of neurons, great number of synapses and diffusive propagation of the nervous excitation waves, according to the Hyugens principle. Second, these are the neural fiber bundles the transfer of the nervous excitation on which, in terms of information, is similar to that of the optical image over the glass-fiber bundles.

c) The neural fiber bundles that topologically precisely transfer the information arrays from their inputs to the outputs have gt a wide use despite the general tendency towards increasing the chaotic nature of the neural system as the brain has emerged. This proves a special role of topologically arranged 2D information arrays, i.e. images or patterns, in the brain functioning.

d) Low level of background activity of the brain neural tissues (5–7%) has confirmed that the waves of integral neural pulsation recorded by encephaograms have the shape of solitons. And it has explained their capability of efficient transfer of 2D information arrays in the form of the patterns modulating the rise-up portion of a spatial wave. Sinusoidal waves could not be modulated in such way.

e) Attention of researchers has long been focused on coincidence of extraordinary properties of the brain memory and holographic memory – independent recording of different information arrays in the common memory space; distributed recording that is low-sensitive to noise and local damages; fast call of any information, independent on the address; super-high speed of recording and readout at slow elementary processes that points to the fact that recording of the whole patterns, and not of a sequence of data, is performed per one operation (see 3.3.2.).

f) The similarity of the brain and holographic correlator has been proved by the full correspondence of a human being to the features of an optimal receiver, i.e. the features of theoretically the best recognition system, which is a holographic correlator, when perceiving 2D patterns in the noises (see 3.4.1.).

восприятии двумерных образов в шумах (см. гл. 3.4.1.).

ж) Организация мозга в виде системы нейрокорреляторов подтверждается анатомическими данными, а также точным совпадением свойств голографических корреляторов не только с сильными, но и со слабыми сторонами вычислительной системы мозга. Известно, что мозг предельно легко распознаёт образы – даже ребёнок узнаёт обстановку и людей, что относится к очень сложным задачам. Мозг быстро оценивает корреляцию между массивами данных, хорошо решает задачи в условиях неопределённости и шумов, что характерно для голографического коррелятора. Но даже искушённый в расчётах инженер с трудом решает в уме более простую задачу перемножения многозначных чисел, а это уже совпадает с трудностями выполнения арифметических операций голографическими корреляторами.

з) Расположение фоторецепторов глаза млекопитающего и особенность их коммутации, а также анатомия нервного пучка на входе наружного коленчатого тела таламуса, выявили деформацию зрительного образа, близкую к логарифмической, что характерно именно для одной из разновидностей голографического коррелятора – для коррелятора Меллина. Специфика данного коррелятора (инвариантность к масштабу и отсутствие инвариантности к сдвигу) демонстрируется и зрительной системой человека (см. гл. 3.4.5.).

и) Характер зависимости биопотенциалов мозга от изменений стимула при выработанном условном рефлексе (см. гл. 3.4.6.) подтвердил организацию системы принятия решений в виде пирамиды нейрокорреляторов, а также поэтапное объединение сигналов различных сенсоров по мере перехода на верхние уровни пирамиды, что точно соответствует концепции нейроголографии в целом.

* * *

В таком виде основы физиологии мышления мало понятны физиологам, и даже мало похожи на физиологию. Часть концепции выражена через отрицания (например, тезис о том, что работу мозга бесполезно рассматривать с позиций „ассоциативной сети”), но

g) Organization of the brain as a system of neurocorrelators is confirmed by anatomic data as well as by the full coincidence of holographic correlatorfeatures not only with positive but also with weak sides of computing system of the brain. The brain is known to easily recognize the patterns – even a child is able to recognize the surroundings and the people - that is referred to as a very complicated problem. The brain quickly estimates the correlation between the data arrays, solves very well the problems under conditions of uncertainty and noises, which is typical of a holographic correlator. But to solve even a simpler problem of multiplying multi-digit numbers, which is similar to the difficulties of performing arithmetical operations by holographic correlators, is very difficult even for a highly experienced computation engineer.

h) Location of photoceptors of a mammal’s eye and specifics of their switching, as well as anatomy of a neural bundle at the input of external geniculate body of thalamus, have detected the deformation of the visual image, which is close to logarithmic deformation, that is typical of one of the variants of holographic correlator – Mellin’s correlator. The human visual system also exhibits the specifics of this correlator (scale invariance and lack of shift invariance) (see 3.4.5.).

i) The character of the brain biopotentials dependence on the stimulus change given the formed conditioned response (see 3.4.6.) has confirmed the organization of decision-making system as a pyramid of neurocorrelators, as well as step-by-step combination of signals of different sensors as they switch over to the upper levels of the pyramid, that fully corresponds to the concept of neuroholography on the whole.

* * *

In this way the fundamentals of physiology of thinking are not clear enough to physiologists and, moreover, even seem to have little in common with physiology. A part of the concept sounds more as denying (e.g. a thesis about the fact that it is unreasonable to consider the brain

немногим лучше и позитивные сведения, описывающие мышление языком кибернетики и оптических вычислительных систем. Существующая же „физиология высшей нервной деятельности” оказалась далёкой от природы мозга, что отразилось и на терминологии. Новые термины в данной области ещё только будут возникать в практике исследований физиологии мышления. Как же сегодня описать мышление на языке физиологии? Приводимая ниже попытка, конечно, далека от чёткости и убедительности.

Мышление – это оформление возбуждений наших сенсоров в образы, переносимые через ткани мозга в виде волн нервного возбуждения. Это оптические преобразования таких волн-образов в ходе их преломления на границах тканей с разными скоростями распространения возбуждений. Это интерференция между новыми образами и вереницами образов, уже записанных в памяти, а также интерференция с опорными волнами, приходящими от ядер таламуса, с записью пришедших образов в память. Мышление – это рождение, в ходе преобразований и интерференции, всё новых образов по мере поднятия на верхние уровни „пирамиды принятия решений”. Рождение образов, обобщённых в ходе соединения потоков волн-образов от разных сенсоров, и упрощённых благодаря абстрагированию, исключению ненужных подробностей. Мышление – это мгновенное отыскание каждой мыслью некоего идеала, наилучшего совпадения высшего, итогового образа с одним из предъявленных ему эталонов. И как результат – выработка пирамидой нейрокорреляторов РЕШЕНИЯ, концентрирующего всю информацию и энергию данной мысли.

А затем – вторая часть пути по участку петли обратной связи, проходящему в тканях мозга. Прохождение волной-образом перевёрнутой „исполнительной пирамиды”, преобразование информации и энергии РЕШЕНИЯ в расходящиеся, дробящиеся и усиливающиеся волны-образы команд эффекторным органам. И снова – похожие преобразования образов в ходе преломления волн на границах тканей, снова интерференция новых, заданных волн-образов с вереницами образов, ранее записанных в памяти,

functioning in terms of “associative network”). The positive data describing thinking in terms of cybernetics and optical computation systems is neither useful. The existing “physiology of higher neural activity” has appeared far from the nature of the brain, which has also manifested itself in terminology. New terms in this field just begin to emerge in the practice of research of physiology of thinking. How can we describe thinking in terms of physiology today? The given below attempt of doing it, of course, is far from being clear enough.

Thinking is arrangement of excitations of our sensors into the patterns that are transferred as nervous excitation waves through the brain tissues. These are optical transforms of such pattern waves during their refraction on the boundaries of tissues with different velocities of excitation propagation. This is the interference between new patterns and series of patterns having already been stored in the memory, as well as the interference with the reference waves coming from thalamus nuclei, with recording of the patterns having arrived in the memory. Thinking is origination, in the course of transforms and interference, of new patterns as they go up to higher levels of the “decision-making pyramid”. I.e. origination of the patterns that are generalized in the course of combination of pattern wave flows from different sensors and simplified due to abstraction, elimination of unneeded detailes, etc. Thinking is the instant search of some ideal, i.e. the best match of the highest final pattern with one of the references offered to it. And, as a result, – generating the neurocorrelators of SOLUTION that concentrates the whole information and energy of the given thought.

And then – the second part of the passage in the segment of the feedback loop, which takes place in the brain tissues. I.e. the passage of the pattern wave through the inverse “executive pyramid”, transform of information and energy of SOLUTION into diverging, splitting and strengthening pattern waves of commands stated to the effector organs. And again – similar transforms of the patterns in the course of refraction of the waves on the tissue boundaries, again the interference of the new set pattern waves with the series of patterns, being formerly stored

с корректирующими сигналами афферентных нейронов и с опорными волнами от ядер таламуса, пока множество команд ни уйдёт из мозга в периферическую нервную систему и через неё – к эффекторам. Вот, что такое (сугубо упрощённо и приблизительно) мышление, с точки зрения физиологии.

Дата добавления: 2015-06-04