Н. Винер и биология

Бечин Сергей Вениаминович, г. Северодвинск

Когда математикам и инженерам удалось впервые создать технические устройства, которые могли моделировать некоторые функции мозга, встал закономерный вопрос – как же в действительности работает наш главный орган? В настоящее время известен только один вид программирования – математическое. Именно на его основе работают все вычислительные устройства – от бытовых калькуляторов до современных суперкомпьютеров.

Суть математического программирования в том, что в вычислительное устройство (процессор) вводится информация, представленная как набор чисел, а также набор команд – в виде программы. Подчиняясь правилам алгебры логики и командам программы, процессор производит вычисления, и на выходе мы имеем те же цифры, но уже в другой комбинации. Так как окружающий нас мир представлен не цифрами, а физическими и химическими явлениями, то реальный сигнал перед обработкой должен быть “оцифрован”, то есть получить математический символ.

Таким образом, математическим называется программирование, при котором сигналу первоначально присваивается цифровой код, а затем он подвергается преобразованиям в вычислительном устройстве в соответствии с командами программы. Команда – это математическое действие, либо совокупность таких действий. Для “машинного удобства” вычисления совершаются в двоичной системе. Поскольку вся информация проходит через процессор, то естественно, что его быстродействие является важнейшей характеристикой любой машины.

Преобразуя сигналы от реальных и воображаемых объектов в наборы цифр, и производя с ними вычисления по правилам алгебры логики, удается задавать требуемые параметры и алгоритмы для получения ожидаемых результатов.

В 1943 г. американский физиолог У Маккаллок из группы Н Винера выдвинул идею формального нейрона. Было высказано предположение, что нейрон – это пороговый элемент, имеющий на входе несколько тормозных или возбудимых синапсов, а на выходе, в зависимости от суммы поступающих воздействий – сигнал или его отсутствие, то есть ноль или единицу. А как только появляются нули и единицы, появляются и математики и, соответственно, пытаются построить математическое программирование. Таким образом, “технари” уже более полувека пытаются по-своему истолковать принципы работы нервной системы и головного мозга.

Однако, хотя и были построены нейронные сети различного типа (бинарные, аналоговые и др.), выполняющие широкий класс математических операций, понимания работы мозга это не принесло. Все-таки мозг – не калькулятор и даже не компьютер.

Тем не менее, отдавая должное вычислительной технике, нужно признать, что именно она позволяет на сегодняшний день наиболее полно моделировать наши некоторые функции мозга. А работы в области искусственного интеллекта рассматриваются как новый уровень программирования. И такое явление, естественно, не случайно. Мозг – это орган, созданный природой для управления всем телом. И он действительно имеет различные программы восприятия и поведения. Программирование – ключевое понятие, позволяющее разобраться в принципах работы нервной системы. Но вот основа создания и реализации программ в животном мире совершенно иная, чем та, что применяется в машине. Это обусловлено одним простым правилом, которое соблюдается в биологии всегда – соответствие структуры и функции. Определенная заданная структура задает только одну функцию. Это вызвано тем, что жизнь в своей основе – это совокупность химических реакций. Все физиологические функции организма реализуются посредством тех или иных химических реакций. А химические реакции, как известно, явления специфические. Нейронный импульс – основа работы нервной системы – есть физиологическая функция клетки.

Если вся вычислительная техника работает на основе математического программирования, при котором функция процессора определяется заданной в данный момент времени программой и при этом между программой и процессором нет никакой жесткой связи, то во всех животных системах реализуется принцип структурного программирования.

Под структурным программированием автором понимается способ записей программ восприятия и поведения (и мышления в том числе) на нейронных цепочках различной конфигурации. Эти цепочки образованы не формальными, а реальными, то есть специализированными нейронами.

Использование нейронных цепей различной конфигурации в качестве носителей сенсорно - двигательных программ – единственно доступный способ в живых системах. И это сближает их с генетическими программами, в которых информация обо всех химических реакциях организма, (а соответственно и физиологических), записана цепочками повторяющихся участков молекул в различных сочетаниях. В этом - главное отличие мозга от вычислительных машин, работающих на основе цифровых манипуляций.

Построение нейронных сетей и их работа по законам структурного программирования в корне отличны от тех правил, по которым построены и работают цифровые программные устройства.

Представление нейронных цепей как носителей программных единиц позволяет понять формирование мозга в филогенезе и объяснить развитие основных его функций вплоть до сознания. При этом существует жесткая связь между структурой нейронной цепи и определяемым ею двигательным ответом или воспринимаемым сигналом.

Основные принципы структурного программирования и филогенез мозга как процесс совершенствования и взаимодействия регуляторных программ различных направлений авт