Обучение человека и общества. Накопление личного опыта. Нейрон – как элемент системы обучения, страница 3

В нейронных сетях биодатчиков определяются корреляционные связи между выходными сигналами рецепторов. Каждый биодатчик содержит множество рецепторов (от нескольких сотен в тактильных органах до сотен миллионов в зрительных аппаратах), которые имеют различные передаточные свойства, чувствительность и ориентацию измерительных осей. Сравнение выходных сигналов рецепторов и их корреляционная обработка позволяют установить связи между частотными, динамическими, кинематическими и другими параметрами объектов, выявить их общие свойства и характеристики, а также частные особенности, отличающие конкретный объект от других ему подобных. Упорядоченная совокупность корреляционных связей между параметрами объектов откладывается в нейронной структуре в виде обобщенных моделей (образов). 

В нейронных структурах анализаторов сравниваются сигналы, поступающие от одного биодатчика в разные моменты времени. Это позволяет определить их характер проявления во времени. Выходные сигналы биодатчиков направляются в обучающиеся нейроны параллельно по нескольким нервным волокнам (дендритам), имеющим разную длину. Скорость прохождения сигнала по нервному волокну постоянна, поэтому одновременно в нейрон поступают сигналы, измеренные в разные моменты времени. В результате их сравнения формируются автокорреляционные функции:

, где  x(t_k) – сигналы, получаемые от биодатчика в k-ые моменты времени (k=1,2, ..., n); t – интервалы времени, обусловленные задержкой сигналов при прохождении по нервным волокнам; n – число повторных поступлений сигнала.

Знание автокорреляционных связей позволяет организму определять периодичность изменения внешних воздействий, их интенсивность и частоту повторения. В процессе обучения человек приобретает способность предугадывать, прогнозировать изменения состояния окружающей среды и с определенным ритмом перестраиваться с целью максимального приспособления к условиям жизнедеятельности.

В нейронных сетях между анализаторами сравниваются сигналы различной физической природы, что позволяет выявить корреляционные связи между ними и обеспечить на их основе функциональное резервирование различных органов чувств.

Рисунок 7.2 – Схема образования взаимосвязей

между анализаторами.

На рисунке 7.2 представлена схема формирования взаимно корреляционных связей между двумя анализаторами и обучающимся нейроном N₁. Каждый анализатор включает измеритель, канал связи и отдел обработки измерительной информации. Нейроны N₂ и N₃ обеспечивают ретрансляцию сигналов в каналах связи.

Пусть, например, человек обучается выполнению какой-либо технологической операции, например, сборке и подбирает соединяемые детали. Он многократно их измеряет, внимательно разглядывает, вертит в руках и т.п. В этом случае в процессе его обучения участвуют зрительный и тактильный анализаторы. Сигналы этих измерителей x(t_k) и y(t_k) появляются в каналах связи 1 и 2 одновременно. Обучающийся нейрон N₁, сравнивая эти сигналы, после многократного повторения операции сборки выявит корреляционную связь между ними:

, где К_ВЗ – взаимно корреляционная функция сигналов анализаторов; n – число повторений совпадений сигналов в процессе обучения.

В результате обучения нейрон N₁ развивается и образует новые связи: обратную 3 и прямые 4 с каналами 1 и 2, так как все нейроны на схеме находятся в возбужденном состоянии одновременно.

Благодаря новым связям повышается чувствительность каждого анализатора за счет поступления дополнительных сигналов по каналам 4. Кроме того, при поступлении сигнала от одного из приемников в работу включаются оба анализатора и их контуры управления. Это явление называется условным рефлексом. Теперь обученный человек может, не глядя, на ощупь выбрать нужный типоразмер соединяемых деталей, правильно их ориентировать и закрепить «на глаз», или, не прикасаясь к детали, определить чистоту ее поверхности, качество изготовления и размер.