УПРАВЛЕНИЕ МЫШЦЕЙ С ПОМОЩЬЮ НЕЙРОННОЙ МАТРИЦЫ

Создаваемая модель сознания предполагает существование некоторого условного носителя, поведением которого она управляет. Носитель имеет структуру тела аналогичную структуре тела человека и все его действия, движения выполняются мышечной системой. Мышца носителя выполняет два действия: сокращение, приводящее к уменьшению её длины, и последующее расслабление, приводящее к увеличению (восстановлению) её длины. Эти действия приводят к перемещению части тела прикреплённой к мышце. Управление сокращением и расслаблением мышцы выполняют нейроны. Действие будем считать дискретным, состоящим из отдельных неизменяемых величин.

Пусть есть мышца, способная сократиться и расслабиться на n величин, переместив прикреплённый к ней объект на расстояние, состоящее из n величин. Пусть есть источник возбуждения и n нейронов, соединённых с ним и друг с другом логической схемой. Схема соединена с мышцей и передаёт в неё управляющие сигналы в виде нервного возбуждения. Эту совокупность нейронов будем называть матрицей действия, а сами нейроны будем называть управляющими. Возбуждение в матрице действия одного нейрона и передача возбуждения от него к мышце приводит к сокращению мышцы на одну величину. Торможение одного возбуждённого нейрона приводит к потере единицы управляющего сигнала и расслаблению мышцы на одну величину. Для фиксации некоторого положения мышцы сигналы от управляющих нейронов должны поступать постоянно. Для сокращения мышцы на 5 величин и сохранения этого положения должны последовательно, один за другим в порядке возрастания их номеров, возбудиться 5 управляющих нейронов и постоянно подавать сигналы в мышцу. Примеры схем мы рассмотрим далее. Будем обозначать матрицу действия сокращением м.д.

СИСТЕМА ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ

Образ объекта

Рассмотрим модель работы глаза, позволяющую создавать зрительные образы объектов. Мы видим объекты благодаря тому, что световые волны отражаются от поверхности объектов и, проходя через оптическую систему глаза, преобразуются в зрительные образы. Будем считать, что поверхность объектов состоит из множества точек (микрообластей) каждая из которых отражает световые лучи. Часть отражённых лучей попадает в линзу глаза и, преломляясь в ней, образует изображение видимой части поверхности, изображение совокупности видимых точек поверхности в области пространства за линзой. Объект в модели является совокупностью материальных точек его поверхности, отражающих световые волны и удалённых от воспринимающей системы на некоторое расстояние. Каждая точка поверхности отражает некоторое количество световых лучей. Часть этих отражённых лучей попадает в линзу и, преломляясь в ней, пересекается друг с другом за линзой создавая в точке пересечения изображение этой точки поверхности.

Воспринимающая система должна решить, как минимум, две задачи: 1) воспринять совокупность точек изображения и трансформировать её в зрительные ощущения, 2) определить относительное расстояние до точек поверхности, от которых пришли световые волны. Что значит "относительное расстояние" будет объяснено позднее. Образ объекта состоит из множества зрительных ощущений, созданных системой зрительного восприятия в результате восприятия множества световых волн, отражённых от совокупности точек видимой поверхности объекта.

Система восприятия

Пусть есть линза и расположенный сразу за ней условный зрительный рецептор - световая колбочка, которая прикреплена к мышце. Циклическое сокращение и расслабление мышцы приводит к перемещению световой колбочки вдоль главной оптической оси линзы. Пусть есть точечный объект с поверхностью состоящей из одной точки и находящийся перед линзой на продолжении её главной оптической оси. От этой точки отражаются световые лучи. В том месте, где отражённый световой луч, идущий вдоль главной оптической оси, пересечётся с другими лучами, отраженными от той же точки поверхности и преломлёнными в линзе, образуется изображение этой точки поверхности, которое будем называть световой точкой. Когда световая колбочка окажется в этой точке, световые лучи, создающие изображение, попадут в колбочку и вызовут в ней реакцию, которая будет преобразована в возбуждение зрительного нейрона, связанного с этой колбочкой, в зрительное ощущение, в зрительный образ этой точки поверхности. Примем, что отдельный световой луч не возбуждает рецептор.

ДЛЯ ВЫЗОВА СХЕМЫ НАЖМИТЕ ОДНУ ИЗ ЭТИХ КНОПОК.

Рассмотрим схему 2 управляющую движением рецептора и позволяющую воспринимать одну точку изображения поверхности объекта, лежащую на главной оптической оси линзы. Начальное положение рецептора находится около линзы, и он двигается, удаляясь от неё. Схема имеет постоянный источник возбуждения и переменный, которым является сам рецептор. На схемах будем обозначать направление движения возбуждения (сигнала) от источника к получателю стрелкой. И.С. подаёт возбуждение на л.н.1 свой для и.с. первый в серии таких нейронов. Его второй (блокирующий) вход контролирует и.р. (рецептор) через л.н.2 свой для и.р. Выход л.н.2 является блокирующим для л.н.1. Если рецептор не возбуждён, то возбуждение проходит к первому нейрону матрицы действия Н1, он возбуждается и передаёт возбуждение к мышце, которая сократиться на одну величину и переместит рецептор на некоторое расстояние во вторую позицию для восприятия образа точки поверхности. Если световой точки нет в этой позиции, то возбуждение проходит к Н2, который переместит рецептор в следующую позицию и т.д. Выход сигнала из управляющего нейрона в схему 2 происходит после перемещения линзы в новую позицию. Нейроны м.д. контролируют и.р. через серию л.н.2, чтобы рецептор в случае возбуждения не мог перекрыть поступление возбуждения к уже возбуждённым управляющим нейронам, т.к. управляющие сигналы должны поступать к мышце от всех возбуждённых нейронов м.д. Так возбуждение двигается по м.д. и перемещает колбочку.

Если световая точка есть, то сигнал от и.р. по линии Б подаётся на все л.н. серии 2. Часть из них будет заблокирована возбуждёнными нейронами м.д. и это сохранит возбуждение нейронов необходимое для удерживания рецептора в позиции восприятия световой точки. Дальнейшее прохождение возбуждения в м.д. будет заблокировано подачей сигнала на блокирующие входы л.н. серии 1 через свободные выходы л.н. серии 2.

Если будет возбуждена вся м.д. без обнаружения световой точки, то её последний нейрон включит триггер Т1, контролируемый рецептором через л.н.4 своим для Нmax (Н3) на случай восприятия световой точки в крайней позиции. Этот триггер обеспечивает торможение мышцы и движение колбочки к начальному положению. Он подаёт возбуждение на серию л.н.3 своих для триггера, контролируемых нейронами матрицы действия. Триггер подаёт возбуждение на блокирующие входы серии л.н.1, начиная с последнего. Нейроны м.д. не позволяют сигналу проходить сразу на все л.н.1. Линия Г1 заблокирует последний нейрон Н3, он затормозится, это вызовет расслабление мышцы и перемещение рецептора назад к линзе на одну позицию. После торможения Н3 сигнал пройдёт на выход первого л.н. серии 3 и по линии Г2 отключит Н2 и переместит рецептор в следующую позицию. После торможения первого нейрона в м.д. сигнал в линии Гmax (Г3) заблокирует первый л.н.1 и заблокирует сигнал в линии Ж1. Постоянный источник и.с. через л.н.5 "ИЛИ1" , до этого заблокированный сигналом в линии Ж1, выключит триггер сигналом в линии Д.

Если в процессе обратного движения рецептора будет воспринята световая точка, то и.р. зафиксирует положение возбуждения в м.д. через сигнал в линии Б и выключит триггер, подав сигнал на вход л.н.6 "ИЛИ2".

При возбуждении рецептора количество возбуждённых нейронов в м.д. будет основанием для определения относительного расстояния до объекта. Расстояние между линзой и источником света (точкой поверхности объекта) и расстояние между линзой и изображением этой точки (положением рецептора) определяется на основании правил описывающих свойства линзы. Каждому числу возбуждённых нейронов в м.д. соответствует определённое положение рецептора и определённое расстояние до точки поверхности объекта.

МОДЕЛЬ ГЛАЗА

Теперь рассмотрим модель глаза, позволяющую воспринимать целый образ объекта. Пусть есть линза, непосредственно за которой находится множество рецепторов, расположенных в плоскости параллельной фокальной плоскости линзы и прикреплённых к мышцам, двигающим их параллельно главной оптической оси, перпендикулярно фокальной плоскости. Размер рецептора и мышцы будем считать пренебрежительно малым. Такая система должна работать по заданной программе, которая может быть реализована в логической схеме. Приведём вариант работы такой программы. Пусть начальное положение рецепторов рядом с линзой и начальное одновременное максимальное сокращение мышц переводит рецепторы в крайнее удалённое положение. Пусть между линзой и рецепторами находится изображение объекта. Линза создаёт микроизображение объекта и теперь нужно считать его с помощью рецепторов. Сборка рецепторного образа начинается с центрального рецептора, лежащего на главной оптической оси, который один перемещается обратно к линзе. Образ объекта (его изображение) обязательно должен иметь точку, лежащую на главной оптической оси. Поэтому, если центральный рецептор дошёл до начального положения и не нашёл точки изображения, то меняется положение глаза или головы, или тела носителя для вывода изображения объекта в нужное положение. При достижении центральным рецептором положения восприятия точки изображения он останавливается и начинается движение соседнего с ним рецептора. Этот рецептор либо воспринимает точку изображения этого объекта (или, в общем случае, другого, объекты расположены произвольно и имеют произвольную форму и в одном акте восприятия (в одной позиции глаза) может восприниматься совокупность объектов которую будем называть объектной ситуацией), либо, достигнув начального положения, возвращается в крайнее удалённое положение и остаётся там. После этого начинает движение следующий соседний с центральным рецептор и так идёт прогон всех рецепторов системы по заданной схеме. При этом предполагается, что есть хотя бы два луча произвольного хода необходимые для образования изображения точки, которые не пересекаются с другими точками изображения (находятся между ними и линзой), т.к. в точках изображения находятся рецепторы поглощающие лучи.

В результате рецепторы выстроятся в некоторую конфигурацию, зависящую от свойств системы, в некоторой степени приближенную к реальному (но перевёрнутому) образу воспринимаемой поверхности. Будем называть эту конфигурацию рецепторным образом объекта. Это рецепторная копия, рецепторный слепок с образа объекта, в котором световые точки заменены рецепторами. Важно, что при восприятии данного объекта в данной позиции относительно глаза система во всех актах восприятия даст одинаковые образы, т.е. один образ, идентифицирующий объект. Здесь речь идёт о рецепторном, а не о зрительном образе, о котором будет рассказано позднее. В машинной модели в качестве рецепторов могут быть использованы микрофотоэлементы или пучок тонких световолокон, проводящих свет от точек микрообраза к фотоэлементам, создающим сигнал о восприятии световой точки.

Целесообразно иметь глаз с изменяющейся формой линзы, тогда изображение объекта всегда будет находиться между линзой и рецепторами. Для этого поместим рецептор на главной оптической оси в положение, в котором должна находиться точка изображения объекта и сделаем рецептор неподвижным (световой луч, идущий вдоль оптической оси не меняет своего направления). Мышца, связанная с ним, будет прикреплена к мягкой линзе (хрусталику) и работа мышцы, управляемая рецептором, будет изменять форму линзы между двумя крайними положениями. Состоянию покоя мышцы соответствует форма линзы для восприятия наиболее близко расположенного объекта. Сокращение мышцы приводит к уменьшению толщины линзы и восприятию более удалённых предметов. Положение изображения объекта зависит от дальности до объекта и текущей формы линзы. Когда изображение точки будет совпадать с рецептором (а это значит, что изображение объекта находится между линзой и рецепторами) и возбуждать его, он через схему матрицы действия, аналогичную рассмотренной схеме 2, остановит работу мышцы. Далее произойдёт сборка образа как описано выше.

ЗРИТЕЛЬНЫЙ ОБРАЗ ОБЪЕКТА

Рецепторы преобразовали энергию света в нервное возбуждение. Теперь можно собрать зрительный, чувственный образ объекта. Выделим в мозге носителя область зрительных нейронов, возбуждённое состояние каждого из которых и является знаковым зрительным ощущением, а совокупность возбуждённых зрительных нейронов составляет зрительный образ объекта или объектной ситуации. Представим, что нейроны в этой области находятся в упорядоченном состоянии и область имеет форму куба, в котором все нейроны расположены в виде продольных рядов, идущих от передней до задней стенки куба, и образуют относительно передней стенки куба горизонтальные строки и вертикальные столбцы. Каждый нейрон имеет три координаты: x - номер строки, y - номер столбца, z - номер нейрона в его продольном ряду. Каждому продольному ряду соответствует его рецептор, число рядов равно числу рецепторов.

Каждый рецепторный образ объекта имеет возбуждённый центральный неподвижный рецептор, расположенный на главной оптической оси линзы. Этому рецептору соответствует матрица действия, изменяющая форму линзы. Количество возбуждённых нейронов в этой м.д. определяет относительное расстояние до объекта. Этому рецептору, также, соответствует центральный продольный ряд нейронов зрительного куба расположенный в центре куба. Пусть число нейронов центрального продольного ряда равно числу управляющих нейронов в м.д. линзы глаза. Тогда каждому возможному состоянию линзы и, соответственно, расстоянию до объекта соответствует один зрительный нейрон. Последний возбуждённый нейрон в м.д. линзы при возбуждённом центральном рецепторе передаёт возбуждение на соответствующий ему зрительный нейрон в центральном продольном ряду. Возбуждённое состояние этого зрительного нейрона будет зрительным ощущением световой точки. Таким образом, с учётом относительного расстояния до объекта определяется место в зрительном кубе, в котором будет собран зрительный образ объекта. В каждом образе есть один нейрон из центрального продольного ряда. Будем называть его нейроном фокуса, и обозначать "Нф".

Мы не учитываем множество вопросов связанных с особенностями работы оптической системы, рецепторов и нейронов и их возможных машинных аналогов. Ведь мы рассматриваем логическую, а не технологическую модель.

Каждый рецептор соединён со своим продольным рядом через логическую схему. Эта схема определяет положение рецептора относительно центрального рецептора, используя нейроны м.д. рецептора. Пусть центральный управляющий нейрон м.д. рецептора, расположенный в её центре, соответствует положению центрального рецептора. Если он является последним возбуждённым управляющим нейроном, то это значит, что рецептор находится в одной плоскости с центральным рецептором параллельной фокальной плоскости линзы. При передаче возбуждения в зрительный куб это значит, что рецептор имеет одинаковую координату по z с центральным рецептором. Если в матрице действия рецептора будет последним возбуждён нейрон с номером на единицу меньше чем центральный, то и координата по z будет на единицу меньше и т.д.

Схема учитывает и перевёрнутость изображения и переворачивает образ в нормальное положение. Зрительный нейрон, выбранный получателем сигнала, возбуждается, и носитель получает зрительное ощущение. Так передаётся возбуждение от всех задействованных рецепторов и, в результате, конфигурация возбуждённых зрительных нейронов повторяет конфигурацию рецепторов и воспроизводит чувственный образ объекта и в зрительной зоне создаётся зрительный образ объекта и объектной ситуации. Система восприятия считывает микрообраз, и все расстояния даны в микромасштабе, определяемом оптическими свойствами глаза. Это позволяет создавать микрообраз в мозге носителя.

Микрообраз существующий в зрительной зоне - это и есть то, что мы видим. Мозг создаёт полную нейронную иллюзию того, что мы видим реальные предметы, но мы имеем дело с их микрообразами, существующими в мозге, и этого вполне достаточно для функционирования и носителя, и человека. Посмотрите перед собой. Вы считаете, что видите предметы, расположенные перед Вами, но, в действительности, Вы имеете микрообраз этой объектной ситуации в мозге, в зоне нейронов зрительного восприятия.