तंत्रिका विज्ञान और कृत्रिम बुद्धि: भाग एक - शैक्षिक कार्यक्रम

यह सिर्फ इतना हुआ कि मैं लंबे समय से हैबर और विशेष रूप से आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस पर अनुभाग पढ़ रहा हूं, लेकिन अभी तक मैंने सामान्य स्तर पर एन्ट्रापी में योगदान करने की हिम्मत नहीं की है।

टिप्पणियों में जीवंत चर्चा विषय में गहरी रुचि दिखाती है और साथ ही साथ देखने के दृष्टिकोण, राय और प्रशिक्षण के स्तर की एक विस्तृत विविधता है। प्रकाशनों के इतिहास की समीक्षा करने के बाद, मुझे किसी तरह से कई तर्कों के लिए एक महत्वपूर्ण प्रारंभिक बिंदु नहीं मिला, अर्थात् मस्तिष्क में सिग्नल ट्रांसमिशन तंत्र का कोई भी विवरण। जो लोग तंत्रिका नेटवर्क के बारे में लिखते हैं और बुद्धिमत्ता के कंप्यूटर मॉडल में प्रगति करते हैं, वे आमतौर पर समानार्थक शब्द और मध्यस्थों (जो उनके उद्देश्यों के लिए काफी हैं) का उल्लेख करते हैं, जबकि वे जो प्राकृतिक बुद्धि की प्रकृति को समझने की कोशिश करते हैं, मुख्य रूप से दार्शनिक श्रेणियों के साथ इसका कारण है। परिणामस्वरूप, कई टिप्पणियों में लोकप्रिय अटकलों और मिथकों के संदर्भ शामिल हैं जिनकी आधुनिक अध्ययनों में पुष्टि नहीं की गई है।

इस लेख में, मैं निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर संक्षेप में देने का प्रयास करूंगा:
- एक न्यूरॉन क्या है, यह कैसे व्यवस्थित और काम करता है?
- जब न्यूरॉन्स एक-दूसरे के साथ संवाद करते हैं तो सिनाप्सेस में क्या होता है

और निम्नलिखित में:
- न्यूरॉन गतिविधि से संबंधित खुफिया और चेतना कैसे हैं? (यहां मस्तिष्क, न्यूरोप्लास्टी, चेतना के क्वांटम सिद्धांत, नींद आदि के बारे में जानकारी कैसे संसाधित की जाती है)

तो एक न्यूरॉन क्या है, यह कैसे बनाया और काम कर रहा है?

अंजीर। 1. न्यूरॉन्स के विभिन्न रूप। इसके बाद, चित्रों को "न्यूरोसाइंस", 3 डी संस्करण, डेल पर्व्स एट अल से लिया गया है ।

सबसे पहले, यह ध्यान देने योग्य है कि मानव शरीर में एक प्रकार का न्यूरॉन्स नहीं है, हालांकि, उनके सभी मतभेदों (छवि 1) के लिए, उनके पास बहुत कुछ सामान्य है, जिसमें उनकी प्रत्यक्ष कार्यक्षमता सुनिश्चित करने के लिए तंत्र के दृष्टिकोण से भी शामिल है। दूसरे, न्यूरॉन्स के अलावा, मस्तिष्क में कई सहायक कोशिकाएं हैं - न्यूरोग्लिया कोशिकाएं, या बस ग्लिया। ये कोशिकाएं औसतन 3 बार न्यूरॉन्स से अधिक होती हैं, और वे पोषण, ऊर्जा और आवश्यक पदार्थों के साथ न्यूरॉन्स प्रदान करती हैं। हाल ही में, इस तथ्य के कारण उन पर अधिक ध्यान दिया गया है कि सीखने और स्मृति के क्षेत्र में न्यूरॉन्स (उदाहरण के लिए [1]) के काम पर उनका प्रभाव दिखाया गया है। यहां यह ध्यान देने योग्य होगा कि एक सहायक कोशिका होने के नाते, न्यूरोग्लिया न्यूरॉन्स के कामकाज को प्रभावित नहीं कर सकती है, क्योंकि एक भूखा न्यूरॉन एक अच्छी तरह से खिलाया गया काम नहीं कर सकता है, लेकिन प्रसंस्करण की जानकारी में उनकी भूमिका को कम करके नहीं आंका जाना चाहिए: हाँ, वे न्यूरॉन्स के काम को प्रभावित करते हैं और synapses, लेकिन इसे परिभाषित नहीं करते हैं। इसलिए कहावत: एक अच्छी तरह से खिलाया भूख नहीं समझ में आता है।


अंजीर। 2. एक न्यूरॉन की संरचना का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व।

लेकिन वापस न्यूरॉन्स और संकेतों के लिए जो वे पैदा करते हैं। एक न्यूरॉन की अमूर्त औसत संरचना अंजीर में दिखाए गए कुछ की तरह है। 2. और सेल बॉडी (सोमा) से युक्त होता है, जिसमें आप एक साधारण जीवित कोशिका के सभी तत्व (नाभिक, गोल्गी उपकरण, माइटोकॉन्ड्रिया, आदि) पा सकते हैं, डेंड्राइट्स - प्रक्रियाएं जो अन्य न्यूरॉन्स से इनपुट के रूप में काम करती हैं, और आमतौर पर एक लंबे अक्षतंतु - जिसके द्वारा एक न्यूरॉन अन्य न्यूरॉन्स के लिए अपनी राय प्रसारित करता है। इस संरचना से परसेप्ट्रॉन के सभी गणितीय मॉडल गए - कई इनपुट, एक ब्लैक बॉक्स, एक आउटपुट, लाभ हैं। लेकिन ब्लैक बॉक्स में क्या होता है? एक न्यूरॉन आने वाले संकेतों को कैसे संसाधित करता है और न्यूरॉन्स के गणितीय मॉडल किस पर आधारित हैं? यह पता चला है कि सब कुछ उतना जटिल नहीं है जितना कि यह हो सकता है। उदाहरण के लिए, सिग्नल ट्रांसमिशन के अक्षतंतु तंत्र पर विचार करें।


अंजीर। 3. संकेत प्रसार के लिए मुख्य सक्रिय तत्वों के साथ एक्सॉन संरचना: कोशिका के अंदर से बाहर और इसके विपरीत आयनों के हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार प्रोटीन।

1. एक्सॉन संरचना

जैसा कि चित्र 3 से देखा जा सकता है, अक्षतंतु एक साधारण कोशिका झिल्ली है, जिसमें लिपिड की एक दोहरी परत होती है, जिसे विभिन्न प्रोटीनों के साथ मिलाया जाता है, साथ ही, जो चित्र में नहीं दिखाया गया है वह एक साइटोस्केलेटन है जिसमें प्रोटीन माइक्रो-ट्यूब और प्रोटीन को जोड़ता है। यहां यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि तरल पदार्थ की रासायनिक संरचना अक्षतंतु के अंदर और बाहर अलग है। और, जैसा कि हम बाद में देखेंगे, सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम, और क्लोरीन आयनों की एकाग्रता ग्रेडिएंट बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। झिल्ली के दोनों किनारों पर आयनों की एक अलग सांद्रता सक्रिय रूप से केवल उन प्रोटीनों द्वारा समर्थित होती है जो झिल्ली में बड़ी मात्रा में होती हैं। उनमें से कुछ एक निश्चित झिल्ली क्षमता का समर्थन करते हैं, तथाकथित आराम क्षमता (आरपी): विभिन्न जीवों में, यह -40 से -90 एमवी तक भिन्न होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि विशेष प्रोटीन (सक्रिय ट्रांसपोर्टर कहा जाता है) एकतरफा रूप से संघनन के खिलाफ आयनों को पंप करते हैं, जबकि अन्य प्रोटीन (आयन चैनल) कुछ आयनों को विपरीत दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देते हैं। इन दो प्रक्रियाओं का संतुलन आरपी और कार्रवाई क्षमता (एपी) दोनों को प्रभावित करता है - मुख्य संकेत एक न्यूरॉन से दूसरे में प्रेषित होता है, साथ ही साथ सिनैप्टिक और रिसेप्टर क्षमता, जो एआर प्रदान करते हैं।

2. एक अक्षतंतु के लिए एक संकेत क्या है और यह कहां से आता है?

इसलिए, चूंकि एआर वह है जो एक न्यूरॉन से दूसरे में प्रसारित होता है, इसलिए यह हमारे लिए सबसे महत्वपूर्ण होगा, तो आइए इसे और अधिक विस्तार से देखें। आयनों को पंप करने और कुछ सीमाओं के भीतर आरपी के स्तर को नियंत्रित करने में प्रोटीन का काम काफी अच्छी तरह से व्यवस्थित और यहां तक ​​कि शोर-प्रतिरोधी भी है। यह झिल्ली (छवि 4) के लिए कुछ क्षमताओं को लागू करके प्रदर्शित किया जा सकता है।


अंजीर। 4. निष्क्रिय और सक्रिय संकेतों की पीढ़ी के लिए परिस्थितियों का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व।

जैसा कि आरेख से देखा जा सकता है, आरपी के संतुलन मूल्य पर, झिल्ली के माध्यम से प्रवाह नहीं होता है। यदि झिल्ली पर एक बाहरी क्षमता लागू होती है, तो, कुछ सीमाओं के भीतर, इसकी प्रतिक्रिया रैखिक होगी। हालांकि, एक निश्चित सीमा मूल्य (थ्रेसहोल्ड) के चौराहे पर, एक "विस्फोटक" झिल्ली विध्रुवण होता है - बहुत कार्रवाई की क्षमता। इसके अलावा, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है: झिल्ली की अधिक क्षमता को लागू करते समय, एपी अधिक लंबा या लंबा नहीं होता है, लेकिन पुनरावृत्ति की दर बड़ी होती है! और कोई जादू नहीं है: एक शांत समय में, सोडियम चैनल बंद हो जाते हैं और आयन परिवहन प्रोटीन द्वारा सोडियम की एकाग्रता ढाल प्रदान की जाती है। हालांकि, जब झिल्ली क्षमता के थ्रेसहोल्ड मान को पार करते हैं, तो सोडियम चैनल चालू हो जाते हैं और बहुत जल्दी सेल में बड़ी संख्या में आयनों को पारित करते हैं, जल्दी से कुल झिल्ली क्षमता को बदलते हैं। इस तरह के उपचार के पोटेशियम चैनल बर्दाश्त नहीं करेंगे और खुल भी जाएंगे, लेकिन पोटेशियम सांद्रता का संतुलन ढाल सोडियम सांद्रता के प्रवणता के विपरीत है, इसलिए पोटेशियम अक्षतंतु से बाहर निकलेगा, जिससे सोडियम के कारण होने वाले प्रभाव को बेअसर करना और आरपी के संतुलन मूल्य को बहाल करना होगा। थोड़े समय के लिए इन दो प्रक्रियाओं की अलग-अलग गति के कारण, एक अत्यधिक नकारात्मक झिल्ली क्षमता का निर्माण होता है, लेकिन इसकी भरपाई आयन परिवहन प्रोटीन के काम से होती है।

तो वास्तव में, अक्षतंतु एक साधारण एडीसी है जो आउटपुट सिग्नल की आवृत्ति के साथ आने वाले सिग्नल के आयाम को एन्कोड करता है, साथ ही एक निश्चित सीमा जिसके नीचे यह बिल्कुल भी तनाव नहीं करता है, और इस सिग्नल को पास करता है। अक्षतंतु के साथ संकेत प्रसार एक ही प्रोटीन द्वारा नियंत्रित किया जाता है: जब एआर अक्षतंतु के एक हिस्से में दिखाई देता है, तो यह एक निश्चित पड़ोस में आयन एकाग्रता को बदलता है, और एक ही चीज वहां होती है, केवल एक निश्चित समय देरी से, इसलिए तंत्रिका आवेगों की पूरी तरह से प्रसार प्रसार गति: 0.5- से माइलिन से घिरे लंबे अक्षतंतु के लिए 150 मीटर तक के छोटे न्यूरॉन्स के लिए 10 मीटर / से।

जब न्यूरॉन्स एक-दूसरे के साथ संवाद करते हैं तो सिंकैप्स में क्या होता है?

शायद, यह इस तथ्य से शुरू होने लायक है कि सिंकैप एक न्यूरॉन के अक्षतंतु का कनेक्शन दूसरे के डेंड्राइट के साथ है और सिनेप्स दो प्रकार के हैं: विद्युत और रासायनिक। पूर्व काफी दुर्लभ हैं, लेकिन वास्तव में एक न्यूरॉन से दूसरे में सीधे विद्युत संकेत संचारित करने की क्षमता का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह तब होता है जब दो न्यूरॉन्स के सिनैप्टिक कनेक्शन इतने करीब होते हैं कि वे "मर्ज" करते हैं और एक न्यूरॉन के आयन चैनल सीधे दूसरे न्यूरॉन के आयन चैनलों से जुड़े होते हैं, जिससे छोटे अणुओं को उनके बीच स्थानांतरित करने की अनुमति मिलती है। इस प्रकार, विद्युत सिनेप्स केवल आयनिक धाराओं को न्यूरॉन्स के बीच प्रवाह करने की अनुमति देते हैं। इस संबंध की एक दिलचस्प विशेषता यह है कि यह दोनों दिशाओं में काम करता है। एक और विशेषता - वे बहुत तेज़ हैं। इसलिए, ऐसे सिनैप्स का उपयोग न्यूरॉन्स की आबादी में किया जाता है जिन्हें अच्छी तरह से सिंक्रनाइज़ करने की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, जो श्वसन के लिए लयबद्ध गतिविधि उत्पन्न करते हैं।


अंजीर। 5. रासायनिक अक्षतंतु के माध्यम से सिग्नल ट्रांसमिशन का पूरा चक्र: 1 - ट्रांसमीटर का संश्लेषण और भंडारण; 2 - एआर का आगमन; 3 - एआर के प्रभाव में कैल्शियम चैनल खोलना; 4 - एक खुले चैनल के माध्यम से कैल्शियम आयनों का प्रवाह; 5 - कैल्शियम आयनों की अत्यधिक एकाग्रता के प्रभाव में एक झिल्ली के साथ एक ट्रांसमीटर के साथ बुलबुले का संलयन; 6 - synaptic अंतरिक्ष में ट्रांसमीटर की रिहाई; 7 - सिंटैप्स के डेंड्राइटिक पक्ष पर रिसेप्टर्स को ट्रांसमीटर का बंधन; 8 - ट्रांसमीटर के प्रभाव के तहत आयन चैनल खोलना; 9 - चैनलों के माध्यम से एक आयन वर्तमान के प्रभाव के तहत एआर का गठन; 10 - एक नए ट्रांसमीटर के साथ भरने के लिए बुलबुले की वापसी।

रासायनिक सिनेप्स थोड़ा अलग तरीके से काम करते हैं (चित्र 5)। संक्षेप में, जब एआर आता है, तो एक न्यूरोट्रांसमीटर अक्षतंतु से मुक्त होता है, जो सिनैप्टिक स्थान के माध्यम से फैलता है और डेंड्राइट पक्ष पर रिसेप्टर्स को बांधता है, उन्हें सक्रिय करता है। सक्रिय रिसेप्टर्स डेन्ड्रिटिक झिल्ली को चित्रित करते हैं और इस प्रकार इसके झिल्ली के माध्यम से एपी प्रसार की प्रक्रिया को शामिल करते हैं। सिद्धांत रूप में, यह सरल है, लेकिन व्यवहार में यह स्पष्ट हो गया कि 100 विभिन्न प्रकारों के लिए न्यूरोट्रांसमीटर। सवाल यह है कि इतना क्यों? अध्ययनों से पता चला है कि कई न्यूरॉन्स एक साथ कई गैर-ट्रांसमीटरों का उत्पादन करते हैं, जो बदले में, पोस्ट-सिनैप्टिक (सिग्नल-प्राप्त) झिल्ली के रिसेप्टर्स को अलग-अलग तरीकों से प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, छोटे न्यूरोट्रांसमीटर, जो आमतौर पर शायद ही कभी पहुंचने वाले एआर के दौरान जारी किए जाते हैं, जल्दी से सिनैप्टिक स्थान के माध्यम से प्रवाह करते हैं और एक त्वरित प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं, जबकि एआर पहुंचने के दौरान जारी किए गए बड़े अणु लंबे समय तक यात्रा करते हैं, लेकिन रिसेप्टर्स को अधिक मजबूती से बांधते हैं, जिससे अधिक उत्पन्न होता है। झिल्ली का लंबे समय तक विध्रुवण। यह सब आने वाले सिग्नल के बेहतर प्रसारण के लिए आवश्यक शर्तें बनाता है। यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कुछ न्यूरोट्रांसमीटर प्राप्त करने वाले न्यूरॉन को उत्तेजित कर सकते हैं, जबकि अन्य, इसके विपरीत, उत्तेजना को रोक सकते हैं।

कुछ इस तरह।
अब तक, कृत्रिम बुद्धि के बारे में बहुत कुछ नहीं किया गया है, लेकिन हम इसे प्राप्त करेंगे।

- [१] गूगल "मिस्ट्री-ऑफ-द-ह्यूमन-दिमागी दिमाग-ग्लिया-सेल्स-सॉल्व्ड-की-टू-लर्निंग-इंफॉर्मेशन-प्रोसेसिंग"