Вылічэнні частка 1
Частка2
Частка3
Частка4
Свядомасць биомолекулярных
і нанатэхналогій
Мільярдная поўнамаштабнай дзейнасці ў биомолекулярных зборкі
можа вызначыць сама жыццё, а таксама забяспечыць
мяжы для развіцця тэхналогій.
Сцюарт Р. Хамерофф
Аддзяленне анестэзіялогіі
Медыцынскі каледж
Універсітэт Арызоны
Тусон, штат Арызона, ЗША
Першапачаткова апублікавана © Elsevier Science Publishers BV, 1987
Усе правы абаронены. ISBN: 0 444 70283 0
У 2003 годзе гэтая электроннага выдання была атрымана з арыгінальнага 1987 друкаванага выдання з дазволу Elsevier Science публікацыі для выкарыстання Сцюарт Р. Хамерофф, які захоўвае электронную правы на распаўсюд. За выключэннем некаторых асноўным звязаныя з праграмным забеспячэннем змены фарматавання (або любы неперехваченное глюкі сканавання), асноўнай часткі гэты тэкст павінен быць па сутнасці, ідэнтычная арыгіналу. © 2003 Сцюарт Хамерофф
Заўвага ад SH: Пачынаючы з 1972 г. я быў зачараваны магчымыя вылічальныя магчымасці микротрубочек ў жывых клетках, а ў 1987 годзе напісаў "Ultimate Computing" (з дапамогай і пад кіраўніцтвам Конрада Schneiker які таксама падаў інфармацыю аб прароцкім нанатэхналогій і квантавай спасылкі). Аднак некалькі гадоў праз я прыйшоў да пераканання, што класічная апрацоўка інфармацыі аж да ўзроўню микротрубочек ў мозгу было недастаткова для тлумачэння свядомасці. У гэты момант я чытаю "імператара Новы розум" Роджэр Пенроуз і гнаў квантавай шлях, працуючы з Роджэрам ўжыць яго ідэі аб квантавай гравітацыі-апасродкаванай квантавых вылічэнняў у мозгу, каб микротрубочек. Гэта быў цяжкі звязаныя выданне "Ultimate Computing" якія абудзілі цікавасць Роджэра.
Змест
1 да канчатковага Computing. 7
1,1 Розуму / Тэхналогія: Зліццё ў наномасштабе. 7
1.3.3 кааператыўнага і ўзгодненасці. 17
1,4 Малекулярная Computing. 20
1,5 Дынамічны Прадстаўніцтва Pattern. 22
1.5.1 Сістэмы рэакцыйнай дыфузіі. 22
2 мозгу / розуму / Кампутарныя 33
2,2 Гістарычныя перспектывы-Свядомасць, як... 35
2.2.1 Прытомнасць як часціцы / Хваля фізікі. 35
2.2.2 Прытомнасць як ўласцівасць пратаплазмы.. 36
2.2.3 Прытомнасць як навучанне. 36
2.2.4 Прытомнасць як метафізічны Уводзіны. 37
2.2.5 бездапаможны Тэорыя Гледача. 37
2.2.8 Прытомнасць як дынамічная дзейнасць ратыкулярнай актывуе сістэмы мозгу 39
2.2.9 Neural Net коннекционизма.. 41
2.2.11 цитоскелета, аснова свядомасці. 44
3 Паходжанне і эвалюцыя жыцця. 47
3,1 Суп супраць бруду, Кураня супраць Egg. 47
3,2 пракарыёт да эукарыёт.Асноўныя-сымбалічнай Jump. 50
3,3 Центриоли-Evolution на згоншчыкаў. 53
3,4 Biotech Evolution-Наступная сімбіёз. 57
4,1 нервовай Эвалюцыя сістэмы. 59
4,2 нервовай арганізацыяй сістэмы. 59
4.2.2 нейронавыя сігналізацыі. 61
4.2.3 межнейронных сінапсаў. 61
4,3 прадстаўлення інфармацыі. 64
4.3.1 Інтэграцыя-Шеррингтона рэфлекторныя цэнтры. 65
4.3.3 коннекционизма і нейронавыя сеткі. 67
4.3.5 Synaptic механізмы навучання і памяці. 73
4.3.6 Axoplasmic транспарту 76
4.3.7 паралелізм калектыўнай кааператыўнага, і Збожжа инграмма 77
4,4 Да Малекулярная Свядомасці. 79
5 цитоскелета / Cytocomputer 80
5.2.1 Структура і функцыі микротрубочек. 84
5.2.2 Асамблеі микротрубочек і генерацыя формы.. 88
5.2.3 микротрубочек Арганізацыя Цэнтраў (КТВМ) і Центриоли. 93
5.2.4 микротрубочек бялкоў, звязаных з (MAP) 97
5,3 прамежкавых филаментов. 103
5,4 цытаплазматычнай Рэчыва Ground. 105
5.4.1 Microtrabecular кратаў (MTL) 105
5.4.3 цытаплазматычнай цвёрдага цела. 109
5,5 цитоскелета рухомасць. 111
5.5.1 цытаплазматычнай зандаванне. 112
5.5.3 ресничек і на вядзенне калектыўных руху 118
5.5.4 Геадэзічныя Гелі Тенсегрити. 119
5,6 цитоскелета і развіццю 121
5,7 цитоскелета і медыцыны. 124
5,8 выведкі ў цитоскелета. 126
6 бялкоў конформационной дынамікі. 129
Вавёркі 6,4 кааперацыйна-гістарычны Паглядзець.. 135
6,5 Вада Жыццё і гідрафобных узаемадзеянняў. 136
6,6 электретный, Piezo і Піраэлектрычныя эфекты. 139
6,8 кагерэнтнага ўзбуджэння / Фрелиха. 143
6,9 Безмассовые базоны, цитоскелета самофокусировки. 146
7 Анестэзія: Іншы бок свядомасці. 148
7,1 Узроўні Анестэзія / Свядомасць. 148
8 Мадэлі цитоскелета Computing. 157
8,1 энергіі і інфармацыі ў микротрубочки. 157
8,2 цитоскелета апрацоўкі інфармацыі. 158
8.2.1 MT Сэнсарныя трансдукция / Atema. 158
8.2.2 MT-механічны lonic Пераўтваральнік / Моран і Варэла. 159
8.2.3 Вылічальная Cytomolecular / Конрад і Ліберманам. 160
8.2.4 MT Signal Processing / DeBrabander 160
8.2.5 цитоскелета Працэсары радкоў / Барнетт 163
8.2.6 микротрубочек "Gradions" / Рот, Pihlaja, Shigenaka. 164
8.2.7 Гироскопические Центриоли / Bornens. 166
8.2.8 центриоль-МТ сігналізацыі / Альбрэхт-Бюлер 167
8.2.9 Дынамічнае Тенсегрити / Heidemann і Яраш. 170
8.2.10 Дынамічныя MT зандаванне / Кіршнер і Митчисон. 171
8.2.11 сферы ўпакоўкі сіметрыя Вінт / Koruga. 172
8.2.12 цитоскелета Giudice Self-Focusing/Del. 174
8.2.13 MT Аўтаматы, галаграфія / Хамерофф, Ау, Сміт. 174
8,3 цитоскелета падключэння. 181
9 Вірусы / неадназначнае формаў жыцця. 184
9,1 У чым сутнасць жывой матэрыі?. 184
9,2 Касперскага (Mis) Паводзіны 184
9,3 Структура віруса і на вядзенне калектыўных ваганняў. 186
9,4 Прырода і паходжанне вірусаў. 187
10/01 Аператыўнае нанатэхналогій. 190
10,2 сканавальны тунэльны мікраскоп (СТМ) 192
10,3 СТМ / Фейнмана машыны (МЗС) 203
10,4 Micro / Nano STM конкурсу 205
10,5 СТМ / Кіраўнікі МЗС і малекулярнай Computing. 205
10,6 СТМ / Кіраўнікі МЗС і биомедицинских прыкладанняў. 211
10,7 Рэплікацыя аўтаматаў. 215
12,2 Near-Field Сканіруе аптычны мікраскоп. 256
12/03 Іншыя STM-Спадарожныя прыборы. 256
12,4 Рэплікацыя Літаратура Systems. 257
12,5 Калектыўныя Літаратура Computing. 259
12,6 Літаратура квантавых вылічэнняў. 261
0 Прэлюдыя
Што гэта за кніга, і чаму яно было напісана на анестэзіёлаг? Гэтая кніга гледжання сумеснай эвалюцыі свядомасці і тэхналогіі мінулага, сучаснасці і будучыні.
Гэтая кніга была напісана анестэзіёлаг з-за зліцця двух захапленняў. Па-першае, прырода свядомасці, якое анестэзіёлагі рэгулярна сціраць і аднаўлення ў сваіх пацыентаў. Другі пятнадцать след год паняццяў, якія не хацеў сыходзіць. У той час як трэці год студэнт-медык ў 1972 годзе, я правёў лета даследаванні ў выбарных рака лабараторыі. Чаму-то я захапіўся і фіксуецца на адзін канкрэтны пытанне. Калі клеткі падзеленыя, храмасом былі аддзеленыя і даччыная клетка архітэктуры ўстаноўленым тонкія ніткі называюцца митотического верацяна ("микротрубочек") і цыліндрычныя арганэл, званыя центриоли. Так ці інакш, центриолей і верацяна "ведаў", калі рухацца, куды ісці і што рабіць. Звышнатуральнай кіраўніцтва і арыентацыі механізму гэтыя малюсенькія структуры біямалекул, здавалася, патрабуюць нейкія матарызаваныя інтэлекту. Прыкладна ў той жа час, электронная мікраскапіі былі выяўленне інтэр'ер ўсіх жывых клетках, каб быць шчыльна запоўненыя тонкімі ніткамі, некаторыя з якіх былі ідэнтычныя митотических верацёнаў. Ўзаемазвязаныя ў дынамічных паралельных сетак, гэтыя структуры, як думалі, служаць выключна спрыяльнай, або механічныя структурныя функцыі, і ім агульная назва "цитоскелет".
Але некалькі фактараў, выказаў здагадку, што цитоскелет было больш, чым структурныя "косткі" клеткі: яны маніпулявалі дынамічнай дзейнасці, аркестроўка складаных і высокаэфектыўных працэсаў, такіх як рост клетак, Мітоз і транспарту. Іншым фактарам было адсутнасць якога-небудзь іншага кандыдата ў "рэальным часе" дынамічная арганізацыя ўнутры клетак. Доўгатэрміновыя планы, а генетычная інфармацыя выразна пражываў ў ДНК і РНК, і мембран вырабляецца дынамічнымі функцыямі на паверхні клетак. Тым не менш, механізм моманту да моманту выканання, арганізацыя і дзейнасць унутры клетак застаецца невядомым. Дзе была нервовая сістэма ў клетцы? Ці быў біялагічны кантролерам? Гэтая кніга заснавана на прынцыпе, што цитоскелета нервовай сістэмы клеткі, біялагічным кантролер / кампутар. У мозгу гэта азначае, што асноўныя ўзроўні пазнання знаходзяцца ў нервовых клетках, што цитоскелета нітак карані свядомасці. Невялікі памер і хуткага конформационного дзейнасць бялкоў цитоскелета толькі за межамі дазволу сучасных тэхналогій, таму іх патэнцыял дынамікі застаюцца недаследаванымі і цитоскелета кантрольны магчымасць не тэставалася. Недалёкае будучыню тэхналогіі будуць у стане функцыянаваць у наномасштабе (нана = 10/09;. Нанаметр = одномилиардные метр, наносекундные = одномилиардным другой і мы спадзяемся вырашыць гэтыя пытанні Калі сапраўды цитоскелета дынаміка тэкстуры ўнутрыклеткавых апрацоўкі інфармацыі, гэтыя ж «нанатэхналогіі» варта ўключыць прамой маніторынг, дэкадаванне і ўзаемадзеянне паміж біялагічнымі і тэхналагічнымі прыладамі інфармацыя Гэта, у сваю чаргу, можа прывесці да важных биомедицинских прыкладанняў і, магчыма, зліццё розуму і машыны:. Канчатковы Computing.
Дбайнага разгляду гэтых ідэй ўключае ў сябе шэраг дысцыплін, кожная з якіх па меншай меры, ускоснае стаўленне да анестэзіялогіі. Да іх ставяцца біяхіміі, кагнітыўныя навукі, камп'ютэрныя навукі, тэхнікі, матэматыкі, мікрабіялогіі, малекулярнай біялогіі, фармакалогіі, філасофіі, фізікі, фізіялогіі і псіхалогіі. У якасці эксперта ні ў адным, але дылетант ва ўсім, я спадзяюся, што сапраўдныя эксперты ў гэтых галінах знойдзеце мае намаганні ніколі не менш цікава.
Пачынаючы з цитоскелета пункту гледжання, гэта кніга кідае метафар на праўду. Магчыма, адзін або некалькі высадзіцца на мэты, ці хаця б наблізіцца да сябе.
0,1 Падзякі
Гэтая кніга ўяўляе сабой калектыўны эфект ад наступных людзей: Ральф Абрагама, Рос Эйди, Sigma Alpha, Фрэд Андэрсан, Эмі Барнс, Джаана Барнс, Мішэль Bornens, Бернелл Браўн, Джордж Карлсан, Форэст Картэр, Піцер Кристиансен, Джым Клегг, Джон Condeelis, Леанор Крузейро, Марк DeBrabander, Іў Engelborghs, Лорэнс Фрыд, Герберт Фрелих, Кіт Grantham, Джэймі, Харысан, Ліліян, Эмі, і ўся сям'я Хамерофф / Каплан / Боуман, Макс запас, Эмер Хетрик, Дыксі Холмс, Пол Jablonka, сакавік Juarez ян Julianus, Бэн Кан, Карл Kiselyak, Джур Koruga, Хуліа Куперман, Теруо Мацумото, Леа Марцін, Кэтлін Маколифф, Claris Нэльсан, Мичио Okuma, Карл Прибрам, Мэры Квимби, Стин Расмусэн, Конрад Schneiker, Альвин Скот, Стывен Сміт, Бранка Соучека, Артур Віла, Рыч аў, Juli Вайс і Артура Уінфры.
Большасць работ было зроблена задуменна вучоны / сістэмны інжынер / мастака Пола Jablonka. Конрад Schneiker пастаўляецца вялікая частка матэрыялу па нанатэхналогіі і рэплікатары да кіраўніка 10, і склаў прыкладанняў. Я ў даўгу перад лабараторыі вышэйшай матэматыкі і фізікі ў Тэхнічным універсітэце Даніі і Дацкага саюза кемпінга які прымаў мяне, Джэймі і Харысан падчас нашага адпачынку. Я шчыра цаню намаганні майго калегі ў аддзялення анестэзіялогіі і медыцынскі каледж, Універсітэт штата Арызона, якія дазволілі мне час і псіхічнага шыраты. Дзякуючы порце Асабістыя TeX аб TeX Дона Кнута, а таксама LaTeX Леслі Lamport, у DVILASER Textset у / PS, Turbo Маланка Борленд гэта, Adobe Systems, PostScript, Macintosh ад Apple і LaserWriter, PC ад IBM / AT і яго клонаў, PS800 лазернай сістэмы менеджменту якасці на друкарцы і машын Xerox і іх клоны. Калі-небудзь дружалюбныя і пісьменная тэхнічная падтрымка Textset, асабісты TeX і сістэмы HDS таксама з падзякай. [2003 Заўвага: Па розных прычынах, электронны варыянт гэтай кнігі быў адфарматаваны часта дзіўна зручным, але і часам непрыемна клапотна Microsoft Word 2002. Хоць Microsoft Word 2002 быў вялікую эканомію часу агульнае у параўнанні з папярэднім інструменты, некаторыя даволі простыя рэчы, якія раней працавала нармальна са скрынкі запатрабавала б занадта шмат дадатковай працы, каб разумна паўтарыць тут. Такім чынам, вышэйзгаданыя людзі, прадукты і кампаніі не павінны несці адказнасць за іроніяй часам менш здавальняючыя вынікі друкарскія каля 16 гадоў праз.]
Нарэшце, Ян Julianus і Elsevier North-Holland заслугоўваюць пахвалы за іх падбухторванні і цярпення.
0,2 Прысвячэнне
Для HH, які любіў гуляць у азартныя гульні.
1 да канчатковага вылічальнай
1,1 Розуму / Тэхналогія: Зліццё ў нанапамерным
Біялогіі і тэхналогіі як развіваецца ў бок больш эфектыўных метадаў апрацоўкі інфармацыі. З галавы пачатку мільярдаў гадоў, біялогія развівалася чалавечага свядомасці; тэхналогіі, уяўляецца, спрабуе дагнаць імкліва.
Канчатковы вылічэнняў агульнага прызначэння для эвалюцыі сістэм апрацоўкі інфармацыі і ў біялогіі і тэхналогіі. На дадзены момант ён з'яўляецца экстрапаляцыяй збежных траекторый, але Канчатковы вылічальнай неўзабаве можа існаваць у наномасштабе. Nano = 10/09, адзін нанаметр роўны адной мільярднай метра, і адзін наносекундные з'яўляецца мільярднай долі секунды. Падраздзяленні ў рамках біялагічных зборкі бялку (цитоскелета, палімераў, арганэл, мембранныя бялкі, вірус паліто) маюць нанаметровым маштабе памераў і падвяргаюцца конформационные ваганні ў маштабе часу нанасекунды. Нанапамерным ўзбуджэння, якое можа быць паслядоўнай і звязанай з intraprotein дипольные зрухі, могуць ствараць камунікатыўныя "калектыўныя моды" ў межах бялку вузлоў і забяспечваюць субстрат для біялагічнай апрацоўкі інфармацыі. Такім чынам, "нана" (мал. 1.1), можа быць там, дзе жывы інтэлект развіваецца. Так супала, што нанапамерным прылад, у тым ліку малекулярныя кампутары, Фейнмана машыны і фон Нэйман рэплікатары становяцца магчымым дзякуючы тэхналогіі, такія як сканавальная тунэльны мікраскапія. Нанапамерным шлюб біямалекул і нанотехнологических прылад, якія забяспечваюць прамой сувязі і перадачы інфармацыі, можа мець сур'ёзныя перавагі для біямедыцыны і нашай культуры ў цэлым.
Мал 1.1: Памеры наномир. Дыяметр кожнага кола даецца ў нанаметрах (нм). ) 0,30 нм-атам вугляроду, 0.15 нм у дыяметры. B) 0,50 нм-аланін, амінакіслоты з 13 атамамі вугляроду ў тым ліку 3, складае каля 0,33 нм у дыяметры. C) 12-нм бялку тубулина димера, субадзінак микротрубочки, складае 8 нм. Ён складаецца з 2 аналагічных мономеров (альфа-і бэта-тубулина), кожны з якіх каля 440 амінакіслот. Крыж вытрашчаныя прапануе прыкладны аб'ём прасторы, даступнага для кожнай амінакіслоты. D) 50-нм микротрубочек, 13 аднабаковай трубы з вонкавым папярочнага перасеку дыяметрам 25 нм. E) 1900 нм 1000 нм невялікі дыяметр аксонов нерва можа ўтрымоўваць 100 микротрубочек (на фота) і 1000 менш нітак (не паказаны). Микротрубочки асацыяваць ў нефармальнай навалы ад 1 да 5 микротрубочек кожнай, прадстаўлены кропкамі. F) 40000 нм нервовых клетак, вырашчаных на паверхні Motorola 68000 кампутарны чып. Дроту таўшчынёй 15000 нм ў шырыню. G) 170000 нм-нематод маленькага чарвячка менш за 1000 клетак, 300 з якіх нейроны. Нематоды маюць мозг, зубы, цягліцы, кішачнік, і сэксуальнай жыцця. Гэты складае каля 450.000 нм. H) 5000000 нм чвэрці чалавечага мініяцюр з 50 нематод прадстаўлена ў маштабе. Пол Jablonka.
Comingling тэхналогіі свядомасці і кампутар распаўсюджанай мары. Штучны інтэлект на аснове мозгу / розуму арганізацыя папярэдніх крокам у гэтым кірунку, як гэта прапануецца выкарыстанне самастойнай зборкі бялку масівы ў якасці кантактных схемаў ці "биочипы". Японскія намаганні, накіраваныя на "Шостае Кампутарнае пакаленне" накіравана на "інтэграцыю біялогіі і тэхналогіі" шляхам зліцця даследаванняў у вобласці штучнага інтэлекту і функцыі жывых арганізмаў (Коркорана, 1987). Спрабуючы зразумець ўмовы, неабходныя для захавання біялагічнай "гамеастазу", японскі спадзяюцца прыступіць да сімбіёз інтэлектуальных біялагічных структур і тэхналагічных прылад, і нават прагназаваць "штучны мозг"! Адзін адсутнічае кампанент для такога розуму / Тэхналогія зліцця разумення механізму свядомасці. Большасць мадэляў арганізацыі мозгу лічаць нервовыя клеткі і іх злучэнні павінны быць асноўныя адзінкі мозгу апрацоўкі інфармацыі. Тым не менш, глыбока складаная і інтэлектуальная дзейнасць ажыццяўляецца ў нервовых клетках. Акрамя таго, найпростыя арганізмы, як адной клеткі амёбы і Paramecium выконваць складаныя задачы без падтрымкі галаўнога мозгу або нервовай сістэмы. У гэтай кнізе мы разглядаем цитоскелета-networksof бялку палімеры, якія займаюць і арганізаваць інтэр'еры ўсіх жывых клетках (мал. 1.2), як высока развітыя сістэмы апрацоўкі інфармацыі, якія працуюць на наноуровне узроўнях. Калектыўныя нанапамерным дзейнасці цитоскелета і звязаных з імі структур можна растлумачыць біялагічнай арганізацыі, апрацоўкі інфармацыі, і свядомасць, і быць мішэнню для будучага развіцця тэхналогіі.
Мал 1.2: цитоскелета ў клетках, якія толькі што падзяліліся. Ўнутрыклеткавай микротрубочек візуалізуецца метадам иммуногистохимии. Сферычны вобласці клеткавых ядраў, прылеглай да якіх шчыльным микротрубочек арганізацыі цэнтраў (КТВМ). З дазволу DeBrabander, Geuens, Demey і Joniav (1986), ласкава Марк DeBrabander.
1,2 Эвалюцыя тэхналогій
Тэхналагічныя эмуляцыя жыцця з 13-га стагоддзя быў разгледжаны аўтарам Claris Нэльсан (1985). Альберт Вялікі, як кажуць, ствараць рэалістычныя механічныя слугі з металу, дрэва, шкла, скуры, воск, які можа адкрыць дзверы і вітаць наведвальнікаў. Лічылася, блюзнерска праца д'ябла, студэнт Санкт-Магнуса Тамаша Аквінскага, якія разбурылі яго. Пісьменнікі-фантасты прадказалі кампутараў і робатаў задоўга да таго, існаваў. У 1879 годзе Эдвард старонку Мітчэла здольны чалавек у свеце прыкметах механічнага мозгу і ў 1928 годзе Эдмунд Гамільтан Гіганты Метал штучны мозг абгарнуліся супраць сваіх стваральнікаў.
Кампутары нашчадкамі падліковыя машыны, самыя раннія з якіх былі рахункі. Ў 1642 годзе французскі матэматык і філосаф Паскаль зрабіў механічны калькулятар, які выкарыстоўвалі дзесятковую сістэму, каб складаць і адымаць. Ў 1694 годзе нямецкі матэматык / філосаф Лейбніц стварыў "ступеністы Reckoner", які павінен быў множанне, дзяленне і ўзяць квадратныя карані. Гэта не спрацавала, але выкарыстаў прынцыпы пазней у аснову сучасных кампутараў. Задачы былі разбітыя на мноства простых матэматычных крокі з выкарыстаннем двайковых лікаў і праводзіліся паслядоўна. Калі кампутары пазней сталі працаваць ад электрычнасці, двайковы нуль і адзін стаў прадстаўлены і выключэнні. У пачатку 1800-х гадоў Джордж Буль распрацаваў "Булева алгебра," матэматычная логіка ў якім кампутарныя схемы прызначаны. Старэйшы Чарльз Бэббидж і Ада Лавлейс Байран-дачка распрацаваныя "аналітычнай машыны" з выкарыстаннем перфакарт. Іх сучасныя тэхналогіі не змаглі пабудаваць машыну дастаткова дакладна, але ён быў пабудаваны і функцыянаваў ў ХХ стагоддзі.
Першы электронны кампутар быў відавочна пабудаваны і эксплуатуецца ў 1939 годзе Джон Вінцэнт Атанасов, фізік-тэарэтык з Універсітэта штата Аёва (Макінтош, 1987). Неўзабаве пасля гэтага, Алан Т'юрынг і калегамі ў Блетчли, Англіі распрацаваны кампутара для выканання ўсіх магчымых матэматычных разлікаў. Яна была заснавана на працы Цьюрынга даказаць лагічныя межы вычислимости і быў выкарыстаны для расшыфроўкі нямецкай "Энігмы" кода падчас Другой сусветнай вайны. У майстэрні прэзентацыі ключавых ідэй раней распрацаваных іншымі піянерамі, Джон фон Нэйман далейшае развіццё кампутарнага дызайну, адлучаючы машыну ад праблем. Да фон Нэймана, кампутар павінен быць перамантаваць для кожнай новай задачы. Пры наяўнасці дастатковай колькасці часу, памяці і праграмнае забеспячэнне, кампутары маглі б вырашыць праблемы, якія могуць быць разбіты на канчатковых паслядоўнасцяў лагічных крокаў. Большасць сучасных кампутараў выкарыстаюць "серыйны" апрацоўкі на аснове дызайну фон Нэймана. У 1940-х гадоў, Універсітэта Пенсільваніі распрацавалі першы электронны камп'ютэр, электронны лічбавы інтэгратараў і калькулятар ці "ENIAC". Ён важыў 30 тон, узяў 3000 кубічных футаў прасторы, і утрымліваў 18000 вакуумных лямпаў, адна з якіх не ўдалося кожныя сем хвілін. Гэта можа разлічваць ядзернай фізікі на працягу двух гадзін, што заняло б 100 інжынераў у год, каб скончыць. Сёння ж магутнасці даступна на адным чыпе. У 1950 Remington Rand рынку UNIVAC, якая тычыцца слоў і нумароў, захаваных іх двайковы эквівалент. З таго часу, прыкладна чатыры пакалення кампутараў развіваліся сувязі з ростам попыту і дасягненні ў галіне дызайну, памераў крышталя, матэрыялаў і іншых фактараў. Па тых жа прычынах далейшыя поспехі здаюцца непазьбежнымі.
Фон Нэймана і Цьюрынга спадзявацца, што кампутары могуць дубляваць нашу здольнасць думаць, так што наш розум можа быць узмоцнены гэтак жа, як нашы мускулы былі прамысловымі машынамі. Аднак далейшага развіцця кампутараў, якія выкарыстоўваюць серыйныя апрацоўкі здаецца абмежаваным. Кампутары і штучнага інтэлекту ў цяперашні час развіваецца ў паралельных сістэмах на базе архітэктуры мозгу і нейронных сеткі мадэлі; будучы крок можа быць наноуровне, самоорганизующейся інтэлекту.
Фон Нэйман з'яўляецца адным з некалькіх "бацькоў кампутар." У "серыйны" апрацоўкі, якія ён умела фармалізаваны, інфармацыйныя патокі ў адным вымярэнні. У 1950-х і 1960-х гадоў, фон Нэйман (1966) і Станіслаў Улам распрацавалі матэматыцы вылічальнага ў некалькіх вымярэннях. Яны разгледзелі два мерных прастор з дыскрэтнай інфармацыі субадзінак ("клеткі"), станы якіх можа вар'іравацца ў залежнасці ад стану суседніх клетак. Кожная клетка і яе адносіны суседзяў былі ідэнтычныя. Адносна простыя правілы, сярод суседзяў і дыскрэтныя інтэрвалы часу ("пакалення") прывёў на змены ў структуры і самаарганізацыі, якія былі вытанчана адчувальныя да пачатковым умовам. Яны назвалі гэтыя сістэмы "клеткавага аўтамата". Фон Нэйман апісаў "універсальны кампутар" аўтамат, які можа вырашыць любую праблему, калі пры дастатковай плошчы і часу. Сёння, кампутарныя тэхнолагі разглядаюць глыбокія перавагі рэалізацыі малекулярнай аўтаматаў шкале (Мильх, 1986).
Эдвард Fredkin з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута разгледзеў шматмерных аўтаматаў і дыскрэтнасць часу і матэрыі. Ён сцвярджае, што Сусвет клеткавага аўтамата, чыя "клеткі" з'яўляюцца атамным і часціцы (Wright, 1985). Сусвет складаецца з інфармацыі, Fredkin прычынах. Клеткавых аўтаматаў могуць быць абагульнены "спрадвечны кампутараў", пра якую ўсе іншыя кампутары і складаныя сістэмы канкрэтных прыкладах. Клеткавых аўтаматаў у конформационных станаў цитоскелета падраздзялення маглі працэс біялагічнай інфармацыі і быць субстратам свядомасці.
Сучасная тэндэнцыя ў дызайне кампутараў і штучнага інтэлекту або "АІ" паралельна складнасці, эмуляцыя мозгу. Многія праблемы могуць быць вырашаны шляхам разбіваючы іх у серыйную матэматычных крокаў. Электронна-вылічальных машын Сёння серыйна працэс вельмі хутка і могуць вырашаць складаныя матэматычныя задачы нашмат хутчэй, чым людзі могуць у адзіночку. Аднак якасныя функцыі, якія выконвае мозг натуральна прызнаючы ўзоры, або меркаванні, надзвычай цяжка для кампутараў. Разгледзім літару "а" Мы прызнаем, ён аўтаматычна, у любы шрыфт, ва ўсіх, акрамя горшага почырк. Каб нашы мазгі, што гэта проста, хутка, відавочныя нават калі гэта не хапае. Калі мы бачым, "Салі" чырвоны "Газета", мы ў думках ўставіць адсутнічае "а" Кампутар / Al вучоны Геранім Фельдман (1985) прыводзіць прыклад інтэрпрэтацыі заяву "Джон кінуў мяч на дабрачыннасць". Уласцівай двухсэнсоўнасці такога роду заявы могуць быць вырашаны ў высока паралельныя сістэмы, у якой некалькі адначасовых інтэрпрэтацыі апрацоўцы і ацэнцы. Херлинг сферы ў параўнанні з хостынгу танец можа быць вырашана квалификатор "на дабрачыннасць", які з'яўляецца значна больш адпавядае танцам, чым з сферы. Чалавечы мозг звычайна дазволу канфліктаў паміж рознымі дыскамі ці ўваход, хоць няздольнасць зрабіць гэта можа стаць прычынай псіхічных або эмацыйных праблем. Па крайняй меры, у адпаведнасці з навуковай фантастыкі, кампутары могуць пакутаваць аналагічных парушэнняў. У ы Артура Кларка і Стэнлі Кубрыка 2001: Касмічная Адысея і яго сіквел 2010 года, кампутар "Hal 9000" становіцца псіхатычных з-за супярэчлівых інструкцый і рэагуе на забойства прасторы падарожнікаў, таму што іх місія была занадта важная, каб быць ўскладзена на іх. Мозг / розум можа выконваць "кагнітыўныя" функцый, уключаючы дазвол канфлікту "subcognitive" працэсаў, такіх як распазнаванне шаблонаў, што робіць здагадкі і выканання творчых скачкамі. Канчатковым вынікам з'яўляецца свядомасць: калектыўны эфект больш простых працэсаў.
1,3 Калектыўны розум
Калектыўнае з'ява больш прадуктам, а не сума, яе частак, і было растлумачана Каліфарнійскага тэхналагічнага біяфізік Джон Хопфилда (1982), чыя "нейронных сеткі" мадэлі калектыву.
Выкажам здагадку, вы паклалі дзве малекулы ў поле, кожны раз у той час як яны сутыкаюцца, і гэта хвалюючае падзея.... Калі б паставіў дзесяць ці нават тысяч больш малекул у акно ўсё, што мы атрымалі б больш сутыкненняў. Але калі пакласці мільярдаў мільярдаў малекул ў поле, ёсць новае з'ява-гукавых хваль.
Малюнак 1.3: Axoplasmic транспарту ажыццяўляецца шляхам скаардынаваных дзеянняў микротрубочек прыкладаецца пісталет, скарачальная вавёркі ("динеин"), якія сумесна праходзяць матэрыял у "пажарнай брыгады". Аркестроўка механізм невядомы, але тут паказана, як следства сігналізацыя "солитон" хвалі микротрубочек субадзінак конформационных станаў. Па Фрэд Андэрсан.
Назіранне два, ці дзесяць, ці тысячы гэтых малекул б не выказаць здагадку, Моцарта або Мадона, якая можа паўстаць у калекцыю з больш чым трыльён трыльёнаў малекул. Іншыя прыклады калектыўныя з'явы можна ўбачыць у вуллі, калоніі мурашак, футбольныя каманды, урадаў і розных тыпаў пераходаў матэрыялу фазу. Напрыклад, звышправоднасць і магнетызм з'яўляюцца калектыўныя эфекты, якія адбываюцца ў некаторых металаў у якасці асобных атамаў прыходзяць у адпаведнасць. Пры астуджэнні гэтых металаў, цеплавыя ваганні спыняцца, атамы становяцца вельмі выраўнаваны, і ніжэй крытычнай тэмпературы зусім розныя якасныя ўласцівасці звышправоднасці або магнетызму з'яўляцца.
Як можа быць калектыўныя з'явы звязаныя з свядомасцю? Мозг нейрона сінаптычную перадачы адносна павольна ў некалькі мілісекунд у разлік, яны складаюць каля 100 тысяч разоў павольней, чым звычайны выключальнік кампутара. Тым не менш бачанне і моўныя праблемы могуць быць вырашаныя ў некалькі сотняў мілісекунд або тое, што, здавалася б, каля 100 паслядоўны крокаў. Штучны інтэлект (AI), даследчыкі прыйшлі да высновы, што гэтая вылічальная багацця прыпадае на калектыўныя эфекты паралелізму і багатых узаемазвязанасці. З мільярдамі нейронаў, і з кожным нейронаў звязана з да сотні тысяч іншых нейронаў, Аль "коннекционисты" гледжання мозг як калектыўны феномен індывідуальнай дурныя нейронаў. Групы цесна звязаных нейронаў, як лічыцца, дасягнуць разумнага паводзінаў праз ўласцівасці зваротнай сувязі і рэверберацыі. Уолтар Фрыман (1972, 1975, 1983) з Каліфарнійскага універсітэта ў Берклі, сцвярджае, што "крытычная маса" каля 100 тысяч нейронаў дае разумнае паводзіны. Тым не менш, разумнае паводзіны адбываецца на працягу нематоды з 1000 вочак і 300 нейронаў, у цытаплазме ў аднаклетачныя арганізмы і ў межах асобных нейронаў. Індывідуальныя нейронаў з дзясяткаў да сотняў тысяч злучэнняў не можа быць дурным і выконваць свае шматлікія функцыі, інтэграваць ўводу / высновы і мадуляваць сінаптычную сілы злучэння. Кожная нервовая клетка ўяўляе сабой складаную сістэму апрацоўкі інфармацыі само па сабе! Цитоскелета нейронаў і на працягу ўсіх жывых клетак паралельна злучаных сеткай, якая можа выкарыстаць свае калектыўныя з'явы ў арганізацыі і працэс субклеточных інфармацыі (мал. 1.3). Цитоскелета можа перадаць аналагавыя мадэлі, якія могуць быць злучаны знакі (кіраўнік 8). Хоць ўвагі даследчыкаў ІІ, цитоскелет могуць скарыстацца тыя ж атрыбуты, якія выкарыстоўваюцца для апісання нейронавых сетак ўзроўню. Уласцівасці сеткі, якія могуць прывесці да калектыўным эфектам як сярод нейронаў і цитоскелета падраздзяленні ўключаюць паралелізму, коннекционизма, і ўзгодненай кааператыўнага.
1.3.1 паралелізм
Папярэднія пакалення кампутарнай архітэктуры, былі заснаваныя на канцэпцыі фон Нэймана паслядоўных, серыйны апрацоўкі. Пры паслядоўнай апрацоўкі, вылічальныя крокі выконваюцца паслядоўна якая адымае шмат часу. Адзін няправільны біт інфармацыі можа каскаду да хаатычным выхад. Мозг з яго высока паралельных дарожак нерва свеціць у якасці магчымай альтэрнатывы. У паралельных вылічэнняў, інфармацыя паступае вялікая колькасць кампутараў шляхі, якія апрацоўваюць дадзеныя адначасова. У паралельных кампутарах інфармацыю працэсары могуць быць незалежныя адзін ад аднаго і перайсці на індывідуальным тэмпе. Асобныя працэсары, ці групы працэсараў, можа адлюстроўваць розныя аспекты дадзенай праблемы ў асінхронным рэжыме. У якасці прыкладу, Reeke і Эдэльман (1984) апісалі кампутарную мадэль паралельна пару прызнанне аўтаматаў, якія выкарыстоўваюць дадатковыя функцыі (кіраўнік 4). Паралельная апрацоўка патрабуе прымірэння некалькі выхадаў, якія могуць адрознівацца ў залежнасці ад асобных працэсараў у прадузятасці інакш, чым іх калегі, выконваючы розныя функцыі, або з-за выпадковай памылкі. Галасаванне або прымірэнне павінна адбыцца бакавымі злучэнне, якое можа таксама функцыянаваць як асацыятыўная памяць. Выхад з паралельнай масіў калектыўны эфект ад уводу і апрацоўкі, і, як правіла кансенсусу, які залежыць ад многіх асаблівасцяў арыгінальных зыходных дадзеных і як яна апрацоўваецца. Паралельныя і звязаныя з бакоў сляды нервовых валокнаў натхніў распрацоўнікаў ІІ ацаніць і прыняць паралелізму. Цитоскелета сетак ўнутры нервовых клетак высока паралельныя і ўзаемазвязаныя, у тысячу разоў менш, і ўтрымоўваюць мільёны і мільярды цитоскелета падраздзяленні ў нервовай клетцы!
Гэты дзень эвалюцыі кампутараў да паралелізм спарадзіў "Connection Machine" (думаючых машын, Inc), які паралельна зборка 64000 мікрапрацэсараў. Раннія навукоўцы кампутар быў бы ўражаны зборка 64000 перамыкачы не разумеючы, што кожная з іх была мікрапрацэсар. Акрамя таго, сапраўдным навукоўцам кагнітыўных дзень ўражаныя мільярды нейронаў у кожным чалавечым мозгу, не ўлічваючы, што кожны нейрон сам комплекс.
Чарговы этап эвалюцыі кампутар выглядае як шматмерны паралелізм сеткі, або "гіперкуб". Гіперкуб з'яўляюцца працэсар сетак, ўзаемасувязь тапалогіі разглядаецца як "п-мернага" куба. "Вяршыні" або "вузлы" з'яўляюцца працэсары і «рэбраў» з'яўляюцца узаемасувязі. Паралелізм ў "н-вымярэннях" прыводзіць да гіперкуб, якія могуць максімальна існуючы патэнцыял вылічэнняў і, з аптымальным праграмавання, прывядзе да калектыўных эфектаў. Комплекс ўзаемасувязь назіраецца сярод нейронаў галаўнога мозгу і сярод цитоскелета структуры могуць быць больш дакладна апісана, як архітэктура гіперкуба, а не проста паралелізм. Гіперкуб, можа служыць на малюнках 1.4, 1.5, і 1.6.
Al / Roboticist Ханс Моравеца (1986) ад Карнегі-Меллона паспрабаваў вылічыць "вылічальнай магутнасці" на кампутар, і мозг чалавека. Прымаючы пад увагу колькасць "суседніх дзяржаў" ў разліку на аднаго часу ў двайковых лічбаў, або бітаў, Моравеца прыходзіць да наступных высноў. Мікракампутар мае магутнасць каля 106 біт у секунду. Моравеца вылічае мозг "вылічэнні" улады, мяркуючы, 40000000000 нейронаў, якія могуць змяніць дзяржавамі ў сотні разоў у секунду, у выніку чаго 40 х 1011 біт у секунду. У тым ліку цитоскелета павялічвае патэнцыйныя магчымасці для апрацоўкі інфармацыі вельмі. Микротрубочки цитоскелета самых прыкметных структур. Стварэнне некаторыя грубыя здагадкі аб цитоскелета шчыльнасці (г.зн. микротрубочек размешчаных каля 1000 нанаметраў адзін ад аднаго), а аб'ём мозгу, якая з'яўляецца нейронавай цытаплазмы прыводзіць прыкладна да 1014 микротрубочек падраздзяленняў у мозгу чалавека (без уліку нейрофиламентов і іншыя элементы цитоскелета). Як апісана ў раздзелах 5 і 6, частата змены стану цитоскелета субадзінак можа быць больш, чым мільярды у секунду! Цитоскелета здольны не толькі велізарную інфармацыйную ёмістасць, але, здаецца, быць сканструяваны такім чынам, што ўзаемадзеянне конформационные мадэлі дзяржава можа выконваць вылічальныя функцыі. Некалькі тэорый, якія прапануюць такія механізмы будуць апісаныя ў раздзеле 8.
Малюнак 01/04: шэсць мерных гіперкуба з 64 вузлоў, і 6 злучэнняў з аднаго вузла. Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Мозг бесперапыннай сістэме. Класічныя кампутары працавалі на рэкурсіўных паўтаральных функцый для апрацоўкі інфармацыі ў партыях і выхадзе атрымліваецца канчатковы прадукт. Аналагічным чынам, большасць паралельных канструкцый перапрацоўцы дыскрэтных ўваходных і выходных кропак. Карл Х'юіт (1985) апісаў адкрытых сістэм у рамках кампутараў, у якіх апрацоўка ніколі не можа спыніцца, які можа забяспечыць выхад пры разліку знаходзіцца ў эксплуатацыі і можа прымаць ўвод з крыніц, не чакаў, калі разлік пачаўся. Як чалавечы мозг / розум, адкрыты бесперапыннай сістэмы могуць ўзаемадзейнічаць з навакольным асяроддзем і адаптавацца да новых сітуацыях. Х'юіт апісвае асінхроннай паралельнай кампутарнай сістэмы, якая можа скарыстацца некалькімі ўваходамі і выхадамі і, паралельныя элементы звязаныя паміж сабой "арбітраў", якія "важаць" і прымірыць розныя зместу, і можа забяспечыць бесперапынны ўваход і выхад. Сярод нейронаў галаўнога мозгу, "арбітраў", здавалася б, сінаптычную сувязяў паміж латэральнай звязаных паралельных нейронаў. У цитоскелета, з бакоў падлучэння валокнаў і микротрубочек звязаных бялкоў ("Карты") можа служыць лагічным арбітраў.
Малюнак 01/05: Восем мерны гіперкуб з 256 вузлоў, а 8 злучэнняў на вузел. Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Х'юіт сцвярджае, што паралельна, адкрытых сістэм "неиерархической", таму што ўваход і выхад пастаянна апрацоўваецца па ўсёй сістэме. Раннія віды мозгу / розуму арганізацыя ўзяла на сябе іерархічнае размяшчэнне блокаў апрацоўкі. Сэнсарны ўвод лічылася, апрацоўваюцца і перадаюцца на больш высокія і больш высокія ўзроўні спазнання да дасягнення аднаго "Дзед нейрон" або "Вока розуму", якая спасцігла ўваход у "сутнасці". Класічныя даследаванні мозгу Лешли (1929, 1950) і інш (кіраўнік 4) пераканаўча сведчаць, што памяць і інфармацыя распаўсюджваюцца па ўсім мозгу і што канкрэтныя анатамічныя іерархічнай мер, якія вядуць да "Дзед нейронаў" не існуе. "Вока Розуму" не лакалізаваны на дадзеным сайце, але мабільны ў шырокім аб'ёмаў галаўнога мозгу. Калі выказаць здагадку, што людзі на самай справе спасцігнуць сутнасць, па меншай меры некаторыя рэчы, хто або што з'яўляецца разуменні? Сайт і характару увагі, "Я", свядомасць ці розум Вока застаецца філасофскія праблемы і перашкоды для розуму / Тэхналогія зліцця. Нейроанатомической структуры і размеркаванага захоўвання інфармацыі мозгу паказваюць на высока паралельныя, адкрытыя мозгу / розуму вылічальных сістэм, якія могуць паўстаць як у нейронавых узроўні, так і ўнутры нейронаў у цитоскелета. Успрыманне кампанент свядомасці, "Вока Розуму" можа быць мабільны іерархіі вызначаецца калектыўнымі дынамікі.
1.3.2 коннекционизма
Вока Розуму можа быць вяршыняй іерархіі калектыўных паралельных сістэм, у якіх цитоскелета і звязаных з імі структур першым паверсе. Паралельныя сістэмы ў абодвух кампутарах і біялагічныя сістэмы абапіраюцца на бакавых злучэнняў і сетак для прадастаўлення багацце і складанасць неабходнай для складанай апрацоўкі інфармацыі. Кампутарнае мадэляванне паралельна злучаных сеткамі адносна простых перамыкачоў ("нейронавых сетак") распрацаваць "кагнітыўнай-падобныя функцыі" на дастатковы ўзровень складнасці складанасці, "калектыўны феномен" (Губерман і Хогг, 1985). Філосаф Джон Сирл (Пейджелс, 1984), які мае зразумелы прадузятае стаўленне да паняцця, што кампутарныя сістэмы могуць дасягаць чалавечага свядомасці эквівалентнасці, паказвае на тое, што кампутары могуць рабіць надзвычай складаныя задачы, не ацэньваючы сутнасць іх сітуацыі. Серл прыпадабняе гэта асобныя разабрацца кітайскіх знакаў у канкрэтных катэгорыях, не разумеючы іх сэнсу, будучы не ў стане гаварыць па-кітайску. Ён параўноўвае кампутара да індывідуальных разабрацца інфармацыю без разумення яго сутнасці.
Было б цяжка даказаць, што чалавечыя істоты спасцігаць сутнасць чаго-небудзь. Тым не менш, нават мадэлявання кагнітыўнай-як падзеі цікава. Нейронавая сетка мадэляў і коннекционистского сетак (апісана далей у чале 4) былі ахарактарызаваны матэматычна Джонам Хопфилда Cal Tech, (1982) і іншыя. Яго праца дазваляе выказаць здагадку, што рашэнне праблемы можа быць зразумета з пункту гледжання мінімізацыі звязаных функцыі энергіі, і што асобныя памылкі або няпоўных дадзеных, у межах, недапушчальна. Хопфилда нейронавай сеткі апісвае функцыі энергіі як мае контуры, як пагоркі і даліны ў ландшафт. Дзякуючы мінімізацыі энергетычных функцый, інфармацыі (метафарычна) цячэ, як дождж, які падае на ландшафт, утворачы ручаі і рэкі, пакуль устойлівымі станамі ("возера") адбываюцца. Новая канцэпцыя коннекционистского нейронавай сеткі тэорыя паўстала з выкарыстаннем шматузроўневых сетак. Джэфры Хинтон (1985) ад Карнегі-Меллона і Тэры Сейновски з універсітэта Джона Хопкінса працавалі на нейронавых сетак дазваляе знаходзіць аптымальныя рашэнні, напрыклад, пошук самай нізкай прыватнасці возера ўвесь краявід. Па Сейновски (Allman, 1986; Хинтон, Сейновски і Экли, 1984) фокус у тым, каб пазбегнуць захрасання ў малюсенькай дэпрэсіі паміж дзьвюма горамі:
Уявіце, у вас ёсць мадэль ландшафту ў вялікую скрынку і вы хочаце знайсці нізкая кропка на мясцовасці. Калі вы выпусцілі мармуру ў полі, ён будзе валяцца на некаторы час і прыйсці да прыпынку. Але яно не можа быць нізкай кропкі, так што вы трэсці скрынку. Пасля дастаткова ўстрэсвання вы звычайна знайсці яго.
Малюнак 01/06: Дзесяць мерны гіперкуб з 1024 вузлоў, і 10 злучэнняў з аднаго вузла. Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Хинтон і Сейновски выкарыстоўвалі гэтую канцэпцыю матэматычна пампавалі мадэлявання нейронавых сетак, каб знайсці аптымальныя рашэнні. Яна патрабуе шматузроўневай іерархіі паралельныя сістэмы так, каб адзін узровень можа «патрэсці» ці наладзіць больш нізкім узроўні. Такі механізм, магчыма, можа растлумачыць сувязь паміж іерархічнымі слаёў паралельных сістэм у мозгу. Напрыклад, нейронавыя сеткі, заснаваныя на сінаптычную сувязі могуць рэгуляваць (і рэгулюецца) менш, хутчэй, больш ўсёабдымнай сеткі ў ўнутрыклеткавага цитоскелета.
Шырокія параўнання апрацоўкі інфармацыі ў мозгу і штучнага інтэлекту былі разгледжаны А. М. Decallatay (1986), які адчувае, законы мыслення апісаны ў філасофіі былі зноў адкрыты AI: "ментальны свет Платона прайграваецца ў фізічнай сімвалы Ньюэлл і Сымона ". DeCallatay адзначае, што Аль ўяўляе дадзеныя па віртуальных паказальнікі, якія злучаюць сімвалы. У кампутарах гэтыя віртуальныя адносіны фактычнага правады з патэнцыяльнымі сувязі вароты, а ў мозгу яны, здаецца, нейронавыя сінаптычную сувязі нейронаў рамках яны могуць быць крос-мост злучае нітак цитоскелета микротрубочек.. Як спецыяліст па кампутарах ацэнцы мозгу, DeCallatay сцвярджае, што мозг запамінае, адкрыўшы вароты для стварэння новых сувязяў паміж элементамі адначасова актываваныя. Ён бачыць, наяўнасць або адсутнасць дендритных шипиков гуляе ролю «усё ці нічога" перамыкач на нейронавых узроўні. Дендритные шыпы вузлаватыя праекцыі мембраны пакрытыя цытаплазме нейронаў на дендриты, якія генеруюцца і падтрымліваецца цитоскелета і ўтвораць сінапсы з іншымі нейронамі. Найбольш агульнапрынятай тэорыі для навучання і памяці ў мозгу з'яўляецца тое, што ўмацавання канкрэтных сінапсаў у нейронавых ланцугоў, ідэя спароджаных Дональда Хебба (1949). Як будзе апісана ў раздзелах 4 і 5, дынамічныя структурныя дзейнасці цитоскелета нясуць адказнасць за ўсе цытаплазматычнай перастановах у тым ліку фарміраванне і рэгуляванне дендритных шипиков і сінапсаў. Шыпы разгалінаванняў дендритов, якія самі разгалінаванняў нейронаў. Новае вымярэнне складанасці, гэтыя цитоскелета прыдаткаў з'яўляюцца першымі кандыдатамі на "сінаптычную пластычнасці", краевугольным каменем для распаўсюджаных мадэляў навучання мозгу і памяці.
1.3.3 кааператыўнага і ўзгодненасць
Калектыўныя эфекты выяўляюцца як дыфузная рэверберацыя, устойлівыя ваганні, фазавыя пераходы і дэтэрмінаваных хаос назіраліся ў кампутарным мадэляванні паралельных сетак (Choi і Губерман, 1984). Калектыўныя механізмы могуць аказваць далёкага кааператыўнага і выканаўчы ўзровень арганізацыі ў паралельныя масівы. Калектыўныя фазавых пераходаў у мозгу паралельныя масівы могуць быць тканіна свядомасці, "ідэя", як новыя ўласцівасці звышправоднасці з вялікім лікам простых, "выраўноўваецца" субадзінак. У большасці прагляду нейронавых сінапсаў з'яўляецца фундаментальным субадзінак мозгу, аднак сінаптычную дзейнасць Канчатковым вынікам дынамічных працэсаў арганізаваны цитоскелета. Пласты цитоскелета арганізацыі відавочныя ў нейронах, і іх удзел у пазнавальных функцый уяўляецца непазбежным. Такім чынам, моцна разгалінаваныя цитоскелета можа быць іншае вымярэнне мазгавой арганізацыі, магчыма, звязаныя з нейронавых сетак, як "фрактал". Многія прыродныя працэсы выяўляюцца фракталаў, адстаюць у росце, у якім мясцовыя раёны скарацілі здымкі ўсёй карціны. Гэта адбываецца праз некаторы выглядзе доўгіх карэляцыі дыяпазон у схеме: кампаненты "ведаюць адзін пра аднаго на адлегласці, значна перавышае радыус дзеяння сіл паміж імі» (Sander, 1986). Фрактальныя адносіны з'яўляюцца адным з тыпаў доўгіх кааператыўнага дыяпазоне (мал. 1.7 i 1.8). Шчыльна паралельных узаемазвязаных сетак цитоскелета структуры нагадваюць вялікіх маштабах сеткі нейронаў, і можа разглядацца як фрактальныя subdimensions нейронавых сетак.
Доўгія кааператыўнага дыяпазону і калектыўных механізмаў збіраюцца ў зграі уласцівасцю ўзгодненасці што азначае пік ўзбуджэння энергіі ў вобласці адбываюцца «у фазе", або адначасова, як у лазеры. Як можа паўстаць узгодненасці ў размеркаваных працэсаў? DeCallatay (1986) мяркуе, што ўзгодненасць ў галаўным мозгу і А. І. неабходна быць перададзена ад вяршыні іерархіі ўніз, як выканаўчы дырэктар карпарацыі пастаноўка мэтаў і намераў. Іншы пункту гледжання з'яўляецца тое, што з асноўнага рытму або збіць да якой усе элементы наладжваюцца. Мастацкая сувязі паміж нейронамі могуць быць важнымі, і некаторыя перакладчыкі электрычнай актыўнасці мозгу (ЭЭГ) лічаць, рэгіянальных захапленні мазгавых хваль прыводзіць да функцыянальным рэгіёнах ментальнай рэпрэзентацыі. Больш за фундаментальных ўзгодненасці на ўзроўні бялку зборкі, могуць быць універсальна важна для біялагічных кааператыўнага і сувязі.
Малюнак 01/07: Дрэва фрактальнай, у якіх галінаванне шаблоны ж на кожным маштабе, або вымярэнне. Далёкага парадку прысутнічае. Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Малюнак 1.8: галінаванне акно, у якім фрактальныя мадэляў аднолькавыя на ўсіх маштабах, або вымярэнне. Далёкага парадку прысутнічае. Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Вавёркі і іх складовыя часткі вагаюцца паміж канкрэтнымі конформационных станаў, якія існуюць часова для працягласці ад фемтосекунд (10-15 сек) да некалькіх хвілін або даўжэй. Як будзе апісана ў главе 6, функцыянальныя конформационного стану з'яўляюцца звязаны з наносекундные (10/09 сек) ваганняў і больш працяглай "метастабильных станаў". Герберт Фрелих, выбітным фізікам які ўдзельнічаў у распрацоўцы тэорыі звышправоднасці ў 1950 годзе, прысвяціў апошнія намаганні, каб пытанне аб кааператыўнага у біялагічных сістэмах. Фрелиха (1970, 1975, 1984) сцвярджае, што біяхімічныя энергіі, якая падводзіцца да биомолекулярных зборкі могуць прывесці да кагерэнтныя пругкіх ваганняў асобных падраздзяленняў у субнаносекундной часовай дыяпазон. Эфект мяркуе напружанне эфект у біямалекул (напрыклад, "электретный") і арганізаваў прасторавая структура, геаметрыя спрыяе сувязі паміж падраздзяленнямі. Кагерэнтныя ваганні ў адпаведнай асяроддзі, як цитоскелет можа прывесці да калектыўнай такія з'явы, як далёкі кааператыўнага, сувязі і галаграфіі.
Іншая мадэль можа дапамагчы растлумачыць, доўга кааператыўнага дыяпазон біямалекул. Савецкі біяфізік А. С. Давыдаў разгледзеў амаль без страт перадачы энергіі ў биомолекулярных ланцугоў або рашоткі як хвалепадобныя propagations звязаных конформационных і электронных парушэнняў: "солитоны". Давыдаў выкарыстаў паняцце солитона для тлумачэння малекулярных падзей узроўні ў скарачэнні цягліц, аднак солитонов ў цитоскелета можа рабіць тое, што электроны ў кампутарах.
Фрелиха і Давыдаў падыходы могуць разглядацца ў якасці дадатку (Tuszynski, Павал, Чаттерджи, і Шринивасан, 1984). Кагерэнтнасці мадэлі Фрелиха сканцэнтравана на залежныя ад часу эфектаў (ўстойлівых стану), якія вядуць да парадку ў той час як мадэль Давыдава глядзіць на час-залежных эфектаў, якія распаўсюджваюцца заказ праз сістэму. Гэтыя і іншыя тэорыі калектыўных эфектаў, прымененых да апрацоўкі інфармацыі ў цитоскелета рашоткі будуць апісаны ў раздзелах 6 і 8.
1,4 малекулярнай вылічальнай
Каб наблізіцца пазнавальных здольнасцяў чалавечага мозгу, Аль павінны пераймаць структуры мозгу на наноуровне. Кампутарная тэхніка сапраўды развіваецца, каб больш дробныя кампаненты камутацыі і перавагі вавёркі самі знаходзяцца на стадыі разгляду. Smallward эвалюцыі тэхналагічных элементаў вылічальнай ахоплівае шэраг канцэпцый і матэрыяльных вядомых пад агульнай назвай «малекулярная вылічэнняў".
Патэнцыйныя перавагі малекулярных кампутараў, былі апісаны Д. вальс (1982) мыслення карпарацыі машын. 1) Бягучы "плоскі" кампутарны дызайн абмежаваны ў агульную шчыльнасць і выкарыстанне трохмернага прасторы. 2) Далейшая мініяцюрызацыя абмяжоўваецца крэмнія і арсенід галію тэхналогій. Чыпсы і правады не можа быць зроблена нашмат менш не становіцца ўразлівым для бадзяжных касмічнага выпраменьвання або паўправадніку прымешак. 3) биомолекулярных прылад могуць адкрываць магчымасці для самастойнага рамонту або самааднаўлення. 4) Некаторыя тыпы аналагавых, ўзорыстыя вылічэнняў могуць быць асабліва падыходзіць для малекулярных кампутараў.
Форэст Л. Картэр (1984) з Марскі даследчай лабараторыі мае катализируемой малекулярнае рух вылічальных праз яго ўласны ўклад і спонсируя шэраг сустрэч па малекулярнай электронных прылад (у 1981, 1983, 1986). Стратэгіі апісваецца Картэр і іншыя ў сваіх сустрэчах былі накіраваны на рэалізацыю нанапамерным вылічальных шляхам пераключэння ў матэрыяле масівы полиацетилены, плёнкі Ленгмюра-Блоджетт, оптыка-электронных малекул, бялкоў і шэраг іншых матэрыялаў. Узаемадзеянне паміж нанапамерным прылад і макромасштабе тэхналогій з'яўляецца перашкодай некалькі магчымых рашэнняў: 1) інжынерна ўверх, самастойнай зборкі кампанентаў, 2) аптычнай сувязі, 3) малекулярныя правады, 4) не інтэрфейс; ствараць сістэмы, якія поўнасцю нанапамерным (хоць яны павінны былі б быць як-то распрацаваны і выпрабаваныя) і 5) адчувальныя мост паміж макромасштабе і наноуровне. Тэхналогій, якія могуць выканаць гэтую апошнюю магчымасць ўключаць іённага пучка нанолитографии, малекулярнай спектраскапіі, квантавай ямы прылад і сканавальны тунэльны мікраскапіі (СТМ). У СТМ, пьезокерамических позиционеры кантролем ультра рэзкае правадыра з моноатомных іголку, якая магла зонда і паверхні малюнка матэрыялу з атамарным дазволам узроўні. STM звязаных nanotools неўзабаве можа быць здольны ultraminiature выраб і ўзаемадзеяння: "Нанатэхналогіі" (раздзел 10).
Асяроддзі інфармацыйнага патоку ў звычайных кампутарах электронныя току, але перанос электрона можа быць занадта дарагім энергічна і непатрэбных на малекулярным наноуровне. Многія з прагназуемых рэжымаў малекулярных вылічальных спадзявацца на распаўсюд нелінейных хваль сувязь называецца "солитоны" падобна таму, што Давыдаў прапанаваных для лінейных біямалекул. Картэр (1981) выказаў здагадку, што солитоны могуць распаўсюджвацца шляхам пераключэння схем з разгалінаваных ланцугоў полиацетилена. Ён таксама разгледзеў малекулярныя вылічэнні ў перыядычных масівах, выкарыстоўваючы тунэляванне электронаў, солитон "запорная арматура" і фота-актываваны конформационных змяненняў у рашотцы матэрыялаў. Ён мяркуе трохмернай малекулярнай памяці маштабе і пераключэння шчыльнасці 1015 да 1018 элементаў на кубічны сантыметр, каля тэарэтычны мяжа для падзелу зарадаў. Колькасць матэрыялаў могуць быць прыдатныя для солитона камутацыі і біялагічных солитонов ў пратэіна было прапанавана. Некаторыя аўтары сцвярджаюць, для цитоскелета солитонов пасрэдніцкай апрацоўкі інфармацыі (кіраўнік 8).
Wayne State University Майкл Конрад вызначыў сваё бачанне малекулярнага кампутара, у якім вавёркі інтэграваць некалькі рэжымаў ўводу для выканання функцыянальных выхаду (Конрад, 1986). У дадатак да меншым памерам маштабу, вавёрка заснаваныя малекулярнай вылічальнай прапануе розныя архітэктуры і вылічальнай памераў. Конрад мяркуе, што "не-фон Нэймана, nonserial і не-крэмній" кампутары будуць "залежыць ад кантэксту", з уводам апрацоўваюцца як дынамічныя фізічныя структуры, ўзоры, знакі або аналагавы. Шматмерныя ўмовы вызначаюць конформационного стану якога-небудзь аднаго бялку: тэмпература, рн, іённай канцэнтрацыі, напружанне, дипольного моманту, электраакустычны стан вібрацыі, фосфорилирование або гідроліз, конформационные стану звязаных бялкоў суседа і г.д. Вавёркі інтэграваць ўсю гэтую інфармацыю, каб вызначыць выхад. Такім чынам, кожны бялок рудыментарных кампутары і пераўтворыць аналагавы ўваход комплексу на стан вываду або конформации.
Конрад і Ліберман (1982) вызначылі "экстрэмальных кампутар", як адзін, які выкарыстоўвае фізічныя рэсурсы як мага больш эфектыўна для вылічэнняў. Яны мяркуюць, што экстрэмальныя кампутар павінен быць малекулярны кампутар, з асобнымі перамыкачамі або падраздзялення прадстаўлення інфармацыі складаецца з малекул. Стан кожнага інфармацыі. субадзінак павінна быць звязаная з энергіяй падзея зблізку межы квантавай. Вавёркі конформационных станаў выкарыстаны для дипольных ваганняў у наномасштабе можа быць гэты мяжа. Конрад і Ліберман заключыць, што ў біялагічных сістэмах, макромолекулярном вылічальных адбываецца за кошт конформационных змяненняў генерацыі "рэакцыйнай дыфузіі ўзоры» канцэнтрацый біяхімічных малекул энергіі (цАМФ).
1984 канферэнцыі (Yates, 1984) лічацца хімічна Кампутары пад кіраваннем узораў (Yates, 1984) і паспрабаваў адказаць на адпаведныя пытанні 6. 1) Ці ёсць фундаментальныя квантава-механічныя абмежаванні на вылічэнні? Гэтае пытанне мае справу з стратай энергіі за кошт трэння або іншых фактараў, у разліках. Праца Бэніёф (1980, 1982), Ландауэра (1982) і Фейнмана (1986) прыводзяць да высновы, што, у прынцыпе, разлік можа быць дасягнута шляхам трэння, энергазберагальныя сістэмы. Такім чынам, аказваецца не квантовомеханических абмежаванняў на вылічэнні. +2) Ёсць фундаментальныя, тэрмадынамічныя абмежаванні на вылічэнні? Хоць Ёсць некаторыя вылічальныя аперацыі, якія з'яўляюцца незваротнымі і диссипативных, праца Ландауэра (1982) і Беннетт (1982) паказваюць, што Ёсць няма прынцыповых абмежаванняў на тэрмадынамічныя вылічэнні як такія. 3) Ці ёсць прынцыповыя абмежаванні на серыйную апрацоўку лічбавых вылічальных машын на аснове двайковых перамыкачоў? Гэтае пытанне філасофскім падтэкстам (гэта сусвет функцыі праз бесперапынныя або дыскрэтныя працэсы?), І таму не можа адказаць упэўнена. Кансэнсус канферэнцыі было тое, што Ёсць, верагодна, абмежаванні на паслядоўны порт, лічбавы вылічальнай тэхнікі. 4) Якія практычныя фізічныя абмежаванні на кампутарны дызайн? Ёсць некалькі практычных абмежаванняў для далейшай мініятурызацыя лічбавых кантактных схемаў. Аднак гэтыя абмежаванні, верагодна, не будзе дасягнута на працягу дзесяцігоддзяў. 5) Якія патэнцыйныя ўклады малекулярнай электронікі для лічбавага дызайну кампутара? Канферэнцыі разгледзелі малекулярныя конформационные змены, солитоны, зарад струменя і іншыя падыходы. Малекулярныя вароты, правады і выключальнікі могуць быць варта паспрабаваць пабудаваць, хоць надмернасць і паралелізму можа быць неабходным. 6) Ці ёсць біяхімічныя сістэмы натхніць тэхналагічных імітацый для кампутарнага дызайну? Многія біялагічныя сістэмы (ДНК, антыцелы, рэцэптары, ферменты) былі разгледжаны і галоўная выснова заключаецца ў тым,
Ні адзін з гэтых матэрыялаў, як багатая chemoelectric фізічных з'яў, як гэта (цитоскелета) мікраскапічных біялагічных аб'ектаў. Микротрубочки прапануем самыя натхняюць магчымасці для хімічна заснаваны разлік! (Yates, 1984)
1,5 Дынамічны Прадстаўніцтва Pattern
Апрацоўка мадэляў і знакаў спрыяе аптымальнай вылічальнай тэхнікі. Шаблоны могуць быць дынамічна прадстаўлены шэраг апісальных механізмы, якія будуць карысныя як А. І. і біялагічных сістэмах. Да іх ставяцца рэакцыі-дыфузіі, галаграмы, macrons і клетачных аўтаматаў.
1.5.1 Сістэмы рэакцыйнай дыфузіі
Рэакцыя сістэмы дыфузіі распрацоўвае мадэлі, якія з'яўляюцца вынікам розных тыпаў рэакцый і дыфузіі прадукту ў дынамічнай асяроддзі. Біялагічныя рэакцыі дыфузіі ў цытаплазме submembrane былі прапанаваны Конрад і Ліберман (1982), як механізм біялагічнай прадстаўленне інфармацыі. У іх мадэлі, рэакцыі дыфузійнай мадэлі багатых энергіяй нуклеатыдаў, цыклічны AMP, якія рэгулююцца мембраны тэкстуру цытаплазматычнай інфармацыі. Распаўсюджванне і ўзаемадзеянне хімічных, нелінейных хваль прыводзіць да структур у шэрагу хімічных і біялагічных асяроддзях (Уінфры і Strogatz, 1984). У добра вывучаны "рэакцыі Белоусова-Жаботинского", спіральныя хвалі хімічнай рэакцыі распаўсюджваюцца з аднолькавай хуткасцю і ўзаемадзейнічаць з іншымі хвалямі вырабляць складаныя ўзоры. Хвалі разыходзяцца з цэнтра спіраль са хуткасцю некалькі міліметраў у хвіліну, у сваю чаргу спіралі на працягу адной хвіліны. Некаторыя хімічныя рэакцыі з прыдатным хуткасці дыфузіі і бачныя змены колеру прадуктаў рэакцыі паказаць гэтыя характэрныя мадэлі, як і культывуюцца клеткі амёбы ў адказ на імпульсы цАМФ (мал. 01/09). Падобныя з'явы таксама былі прадстаўленыя ў сятчатцы вока і корковых сетак нерва і ў сардэчнай цягліцы. Больш за дробны маштаб мадэлі рэакцыйнай дыфузіі, адпаведна хутчэй.
Малюнак 01/09: на сябе арганізацыю прасторавай і часовай структуры апісваецца хімічная рэакцыя-дыфузія сістэмы, вядомай як рэакцыі Белоусова-Жаботинского і эмулюецца біялагічных сістэм. З дазволу ад Артура Уінфры.
Уінфры і Strogatz (1984) вывучылі 3 мерных паводзін сістэм рэакцыі дыфузіі. Яны лічаць, што хвалі рэакцыі дыфузіі звычайна з'яўляюцца як эвольвентного спіралі або скруткі, якія вынікаюць з малюсенькіх якія верцяцца дзейнасці шаблоны, званыя "цэнтры арганізацыі". Скруткі зыходзяць з іх цэнтральнай восі арганізацыі, якія звычайна формы замкнёнага кольцы або тараідальнай віхуры. Паходжанне хваль вызначаецца як фазавай сінгулярнасці якога непасрэднай блізкасці знаходзіцца верціцца мадэль хімічнай дзейнасці, стрыжнем якія верцяцца спіральныя хвалі, з якой яна выпраменьвае. Нібыта плоскай спіралі на самай справе перасек трохмернай хвалі форму скрутку, які выходзіць з ніткі асаблівасць у 3-х вымярэннях (мал. 01/10).
Малюнак 1.10: Трохмернае камп'ютэрнае мадэляванне сістэмы рэакцыі-дыфузіі. Нитчатые арганізуючым цэнтрам зыходзіць "пракруткі кальцо" ўзоры. З дазволу ад Артура Уінфры.
Цытаплазматычнай микротрубочек і центриолей арганізуюць цэнтры, здольныя весці сябе, як асаблівасці апісваных Уінфры і Strogatz. Дынамічны дзейнасці цитоскелета можа вызваліць дыфузіююць хвалі іёнаў кальцыя, якія могуць змяніць характар навакольнага цытаплазмай золь-гель пераўтварэння (раздзел 5). Кадаванне ад микротрубочек бялкоў звязаныя (MAP) і іншыя фактары могуць прывесці да рэакцыя-дыфузія мадэлі, характэрныя для дынамічнага стану арганізацыі цэнтра. Такія структуры маглі досыць у якасці кароткачасовай памяці ў клетках, пачынаючы ад простых да найпростых чалавечых нейронаў галаўнога мозгу. Іншы тып інтэрактыўных, 3 мернай карціны з цікавымі ўласцівасцямі галаграмы.
1.5.2 Галаграмы
Мозг захоўвае файлы малюнкаў у "размеркаваных" спосабам, які устойлівы да мясцовых пашкоджанняў і дазваляе для правільнага пошуку, нават калі пераменная сігналы або адрасы прадстаўлены. Адным з тлумачэнняў з'яўляецца тое, што памяць, навучанне і ў рэжыме рэальнага часу кагнітыўныя функцыі прадстаўлены ў мозгу інтэрферэнцыйных карцін, якія канвергенцыі двух і больш цягнікоў хвалі: сігнал-даведачнай інфармацыі крыніц (Хадспет і Джонс, 1975). Інтэрферэнцыйнай карціны можа быць дынамічнай, выразныя, замоўленых ці хаатычны, адным з прыкладаў з'яўляецца акіянскага прыбоя, як інтэрфейс і манітор калектыўных эфектаў ветру, плыні, пляж, прылівы і адлівы, вады аблігацый, ўзоры і г.д. перашкод выкарыстоўваюцца ў галіне інфармацыйных тэхналогій і апрацоўкі малюнкаў такіх як інтэрфераметрыі, кагерэнтнай апрацоўкі автокорреляционной фільтраванне, распазнаванне вобразаў і многія іншыя, чые магчымасці абмежаваныя іх сувязь асяроддзя (Dolgoff, 1975). Уся прастора ў Сусвеце, а 17-га стагоддзя нямецкі філосаф Лейбніц сказаў: «вынікам гарманічнага суіснавання сіл". Прытомнасць, а можа быць апісаная як дынамічны суіснавання сіл ўнутры мозгу, хоць і гармоніі, можа змяняцца з цягам часу.
Спосаб запісу і аднаўлення хвалевага фронту звязана з інтэрферэнцыйных карцін, гэта патэлефанаваць "Галаграфія", тэхналогія, механізм якіх былі падрыхтаваныя шматлікія спекуляцыі "галаграфічны" функцыі мозгу і свядомасці. Галаграфія ўяўляе сабой спосаб захоўвання інфармацыі выкарыстанні кагерэнтныя пучкоў электрамагнітнага выпраменьвання. Яна была вынайдзеная ў канцы 1940-х Дзяніс Габар (1948), які выйграў Нобелеўскую прэмію, і дасягнутым тэхнічным значэнне з прыходам лазерных як зручны крыніца кагерэнтнага святла ў 1950 годзе. Галаграма ўяўляе сабой пастаянную запіс карціны інтэрферэнцыі двух крыніц кагерэнтнага святла (або любога кагерэнтнага сігналаў) у лакальных абласцях прасторы, як правіла, фотопластинки фільма. Наступныя хвалі спасылкай разблакоўкі мадэлі са сховішча. Запіс і арыгінал интерферирующих хваль захоўваюцца і адпаведная інфармацыя выкарыстоўваецца ў якасці адрасы для атрымання узораў. Кожная частка галаграмы змяшчае інфармацыю аб кожнай часткі як арыгінальныя, так интерферирующих хваль. Такім чынам reillumination любы невялікі фрагмент галаграмы будзе ўзнавіць увесь малюнак захоўваецца там, прайграўшы толькі фокус або яснасці. Галаграмы такім чынам захоўваць файлы малюнкаў у "размеркаваных" манеры, як і мозг, як мяркуюць, функцыі, а таксама "фрактал", у тым, што невялікія порцыі скарацілі версіі цэлым. Паказваючы галаграмы часу розныя спалучэння интерферирующих хваль, яна можа функцыянаваць у якасці размеркаванай памяццю. Гэтыя ўласцівасці прывялі да шквал галаграфічнай мадэлі мозгу (Westlake, 1970; Лонг-Хігінса, 1968; Прибрам, 1971). Сярод іх, ван Heerdon (1968) абмеркавалі метады аптычнага захоўвання інфармацыі ў цвёрдых целах выкарыстаннем кагерэнтнага святла. Ван Heerdon адзначыў, што такія сістэмы могуць захоўваць вялікія аб'ёмы інфармацыі, хоць яны патрабуюць каліброўкі сістэмы для падтрымання дакладных фазавых суадносін паміж хвалямі. Патрабаванні да правільнай наладзе фільтраў і рэзанатараў кагерэнтныя захаваць фазавыя суадносіны паміж заканамернасці ў прасторавай вобласці застаецца галоўнае пытанне ў дачыненні да галаграфічнай мадэлі працы мозгу і памяці. Такім чынам біялагічнае існаванне галаграм была пастаўлена пад сумнеў, заснаванае на здагадцы, што паслядоўнасць і суадносіны фаз павінны быць прадастаўлены на клеткавым або нейронавых узроўні. Тым не менш, нанапамерным ўзгодненасці, магчыма, патрабуецца прасторавай і часовай перыядычнасцю генераваць цытаплазматычнай галаграм. Фота-праламлення крышталяў можа вырабляць дынамічнае, рэальныя галаграфіі часу (Гаўэр, 1985). Конформационной дынамікі цитоскелета можа наладжваць і генераваць кагерэнтнай стаялыя хвалі і інтэрферэнцыйных карцін кальцыя градыентныя палёў, золь-гель дзяржаў, і структуры цитоскелета рашоткі microtrabecular (кіраўніка 6 і 8). Дынамічныя і дэтэрмінаваных мадэляў ўнутрыклеткавых б карысным у біялагічнай дзейнасці ўсіх відаў. Галаграфічныя мадэлі свядомасці, у тым ліку цитоскелета падыход будзе апісана далей у наступных раздзелах.
1.5.3 Macrons
Эвалюцыя формы і інфармацыю ад хаосу быў названы "морфогенеза" і звязаных з філасофскай літаратуры з розных культур. Матэматык Ральф Абрагама (1976) параўнаў матэматычнага апісання дынамічнай эвалюцыі біялагічных формаў у Ригведе, І-Цзін, Кабалы і Геракліта. Выкарыстанне тэорыі катастроф Рэнэ Тома (1973) і назіранняў прылады, macroscope Ганса Джэні, Абрагам вывучаў калектыўных вагальных мадэляў, якія шырока распаўсюджаныя ў прыродзе і які ён называе "macrons". Абрахам апісвае фізічныя, хімічныя і электрычныя катэгорый macrons, якія могуць быць далей падраздзяляюцца ў залежнасці ад матэрыялу стану асяроддзя Макрон. Напрыклад, фізічныя macrons можа адбыцца на працягу цвёрдай, ізатропным вадкасці, вадкі крышталь, або газ. Абрагам прыводзіць адзін прыклад цвёрдай Macron: калі плоская металічная пласціна вібруе папярочна знешняй сілай, такія як звязаныя электрамеханічныя пераўтваральнікі, вагальная карціна можа назірацца як "павуцінне" нерухомых крывых ("халодны" вузлавыя лініі ). Першапачаткова назіраецца шляхам распырсквання пяску на якая вібруе пласцінай, гэтыя мадэлі зусім нядаўна былі знойдзены пры лазернай інтэрфераметрыі. Карціна "Макрон" і залежыць ад уласных памераў і пругкасці асяроддзя і знешняй частаты і амплітуды змушае сілы. Пласціны двухмернай Напрыклад, аднак просты гумовы мяч можа быць злучаны іх з устойлівай вагальных мод характарызуецца сіметрычным скажэнні формы, падзеленыя нерухома паверхні вузлоў. Іншым прыкладам з'яўляецца Macron круглыя стравы запоўненыя тонкім пластом ізатропным вадкасці. Калі дно талеркі награваецца, вадкасць у бліжэйшы час пачне кіпець; дбайнае назіранне паказвае, вузлавыя лініі і спакаваныя шасцікутнікаў званыя ячэйкі Бенара, у якой вадкасць convects тараідальнай. Гэта з'ява Бенара, таксама бачылі, як вецер індукаваны мадэлі ў пясках Сахары і іншых пустыняў, таксама разглядаецца як Абрагам Макрон. Гэтыя macrons або стабільныя рэжымы таксама залежаць ад ўбудаваныя элементы кіравання, такія як форма, сціскальнасць і глейкасць, і вонкавага кантролю, такія як частата і амплітуда змушае сілы.
Іншыя формы macrons апісваецца Абрагама ўключаць дымавыя кольцы, opalescences як вушка абалонкі, і паўночнае ззянне або паўночнае ззянне. Звяртаючыся да мозгу, Абрагам гіпотэзы: "думка Macron мозгу биоплазмой". Ён мяркуе, што прасторавыя структуры ЭЭГ з'яўляюцца электрычныя macrons на паверхні дендритных або што macrons адбываюцца ў нервовых клетках. Ён мяркуе, што паўтараюцца ўмацаванне канкрэтных macrons «умацоўвае» іх у структурныя формы навучання механізму. Macrons Абрагама можна параўнаць з стаячых хваль, сістэмы рэакцыі дыфузіі і галаграм, якія могуць праяўляцца ўсе тры мерны аналаг мадэлі інтэрактыўных інфармацыю, прыдатную для цитоскелета. Іншы "лічбавы" сістэма інтэрактыўнага мадэляў у дынамічных рашотак "клеткавага аўтамата".
1.5.4 клеткавых аўтаматаў
Комплекс паводзін у выніку калектыўнай дзейнасці простых субадзінак адбываецца ў "клеткавага аўтамата". Фон Нэймана (1966) арыгінальную клеткавы аўтамат складаўся з вялікай колькасці аднолькавых "клеткі", звязаных ў адзіную карціну. Тэрмін "клетка" быў абраны фон Нэйман і інш, а непадзельнай субадзінак ў "клеткавага аўтамата", заснаваны на біялагічнай "клеткі", як непадзельныя субадзінак жыцця. Гэтак жа, як калі-то атамы непадзельныя, у цяперашні час прызнана, што складаюцца з электронаў, пратонаў, нейтронаў, кваркаў і г.д., то зараз відавочна, што біялагічныя клеткі з'яўляюцца складанымі асоб, чые дзеянні залежаць ад калектыўнай функцыі ўнутрыклеткавых структур, уключаючы цитоскелета. Тым не менш, "сотавы" у жаргоне клеткавага аўтамата сродкаў непадзельнага збожжа, дыскрэтных субадзінак з канчатковым лікам станаў. Асноўныя характарыстыкі клеткавых аўтаматаў з'яўляюцца: 1) у дадзены момант часу, кожная ячэйка знаходзіцца ў адным з шэрагу дзяржаў 2) клеткі арганізаваны ў адпаведнасці з фіксаванай геаметрыяй 3) Кожная клетка мае зносіны толькі з іншымі клеткамі ў яе наваколлі..; Памер і форма наваколлі з'яўляюцца аднолькавымі для ўсіх клетак. У залежнасці ад геаметрыі, лік суседзяў можа быць 4 (прастакутны), 6 (гексагональную), 8 (прастакутнік з кутамі) або больш суседзяў на субадзінак або вочка. 4) Існуе універсальная гадзіны. Кожная ячэйка можа змяніцца ў новы стан на кожным такце гадзін у залежнасці ад яго цяперашняга стану, і цяперашніх штатаў сваіх суседзяў. Правілы змены стану называюцца пераход правілы клеткавых аўтаматаў. У кожны такт (або "пакаленне") паводзіны кожнага элемента залежыць толькі ад стану яе суседзяў і ўласнай дзяржавы. У клеткавага аўтамата, простыя правілы суседа можа прывесці да складанай, дынамічнай мадэлі.
Клеткавы аўтамат можа разглядацца падобная на рашотку мадэляў, такіх як двухмерных генератар Изинга. На аснове магнітных спінавай станаў кампанентаў у рашотцы Изинга генератары развівацца ў стабільнай мадэлі, у якім дзяржавы з процілеглымі спінамі ўзгадніць у адным кірунку, і, як і спіны выраўнаваць ў іншым кірунку. Абагульненага двухмернага генератар Изинга паказаны на малюнку 1.11. Клеткавага аўтамата мадэлі ў микротрубочки (кіраўнік 8) развівацца, каб падобныя стану, у якім супрацьлеглыя стану выраўноўвання ў адным кірунку, і падобныя стану выраўноўвання ў іншым кірунку (мал. 01/12).
Фон Нэйман вывучаў, як клеткавыя аўтаматы могуць выконваць карысныя вылічэнні. Ён выказаў здагадку, вялікая колькасць клеткі пачынаюць у якія спачываюць, або неактыўным стане і што ўваход быў закадаваны, паставіўшы шэраг сумежных вочак па пэўнай схеме. Да таго часу запуску гадзін праз паслядоўнасць пакаленняў, выхад можа быць атрымана мадэлі стану на больш позні час. Клеткавага аўтамата называецца універсальна вылічальных, калі для любой вырашальныя праблемай, ёсць пачатковая канфігурацыя клеткавага аўтамата, якая развіваецца ў канфігурацыі, якая змяшчае раствор. Што датычыцца рэалізацыі такіх магчымасцяў кампутараў, доступ да кожнай клетцы павінен быць усталяваны для ўстаноўкі ў зыходны стан і чытаць яго канчатковае стан. Фон Нэйман выявіў універсальна пабудовы клеткавага аўтамата, у якой пачатковая канфігурацыя невялікі лік клетак ("канструктар") можа ўсталяваць пачатковыя стану далёкія клеткі з шаблонам, неабходныя для вырашэння любой праблемы. Канструктар мае зносіны з аддаленымі клеткі праз прамежкавыя клеткі ў адпаведнасці з правілы пераходу. Калі клеткавага аўтамата універсальна будаўніцтва, гэта можа быць "запраграмавана" вырашыць любую праблему, нават калі толькі некалькі клетак могуць мець зносіны з вонкавым светам. Некалькі універсальна пабудовы клеткавых аўтаматаў былі распрацаваны ў мадэляванне; "канструктараў", як структуры цитоскелета конформацию субадзінак б карысна механізмы біялагічнай вылічэнняў.
P
Малюнак 01/11 Два Изинга генератар эвалюцыянуе да ўстойлівага стану процілеглага спінавай станаў выраўноўваюцца па гарызанталі, і, як спінавай станаў выраўноўваюцца па дыяганалі. Гэта стабільная канфігурацыя падобная на аўтамат МТ мадэлявання (мал. 01/12). Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Клеткавых аўтаматаў частыя тэмы матэматычных слупкоў Scientific American ў гульнях. Аўтар Марціна Гарднера і, зусім нядаўна, А. К. Дьюдни гэтыя слупкі перыядычна сканцэнтраваны на гульні "Жыццё", клеткавага аўтамата вынайдзеная Кембрыджы матэматык Джон Конвей ў 1968 годзе (Гарднер, 1970). "Жыццё" гуляюць на вялікай двухмернай сетцы з квадратных вочак. Кожная клетка мае восем суседзяў, чатыры па краях і fourat куты, і існуе ў адным з двух станаў: "мёртвыя" або "жыўцом". У кожным пакаленні клетак можа загінуць або ажываюць, іх лёс вызначаецца колькасць жывых суседзяў. Напрыклад жывой клеткі з менш чым двума жыцця суседзяў, або больш чым тры, не выжыве (з-за адсутнасці сродкаў да існавання або перанаселенасць, адпаведна). Мёртвыя клеткі будуць нараджацца ў наступныя пакалення, калі яна мае роўна тры жыцці суседзяў (або "бацькі"). Гульню Конвея была названая "Жыццё", таму што клеткі могуць быць альбо жывым або мёртвым, аднак паводзіны мадэлі "жывы" клеткі ўключаны некаторыя "жыццё-як" паводзіны. У іх ліку рух праз сетку і вагальных мадэляў, якія сталі называць набадры, маякі, планёры, і вуллі. Паўтарыўшы фон Нэймана, хоць і ў значна больш просты фармат, Дьюдни (1985) паказаў, што кампутар можа існаваць у гульні жыцця.
Малюнак 01/12: клеткавы аўтамат мадэлі ў микротрубочки (кіраўнік 8) дасягае стабільнага стану, у якім супрацьлеглыя стану выстройваюцца уздоўж доўгай восі МТ, і, як дзяржавы выбудоўваюцца ўздоўж радкоў. "Кинк-як" карціна бачыў перамяшчэння праз структуру. Пол Jablonka.
г
Картэр Адсек пашырыла гульня "Жыццё" ў трох вымярэннях (Дьюдни, 1987). У яго версіі, кожная ячэйка ўяўляе сабой куб з 26 суседзямі, але сусед правіл па сутнасці ж, як і ў двухмернай Конвея "Жыццё". Мноства цікавых паводзін наступіць у "Жыцця", заліў у залежнасць ад пачатковых мадэляў. Напрыклад, ён назіраў 10 куб "планёр" падарожжа праз прастору, як "канапу ў вольным падзенні". Яшчэ 7 куб форме ("прывітання") памірае, калі ён знаходзіцца ў прысутнасці іншага будынка. Планеры, якія праходзяць каля сустракаў якія схапілі і трымалі, пакуль выратаваў второй планёр які сутыкаецца з рэпрэсіўнымі прывітання. Іншыя устойлівыя заканамернасці з'яўлення якіх Адсек заклікаў аркад, лесвіцы, спіраляў, і прасторава-часавых бар'ераў. Жыццё і іншых клеткавых аўтаматаў маюць захапленне аматараў кампутараў, якія цяпер могуць ствараць свае ўласныя светы. Акрамя таго, клеткавыя аўтаматы маюць сур'ёзныя навуковыя і матэматычныя наступствы.
Стывен Вальфрам (1984) стала разглядаць клеткавых аўтаматаў, як сістэмы простых кампанентаў, здольных комплексу калектыўных эфектаў, такіх як мадэляванне раўнанняў з частковымі вытворнымі і дэтэрмінаваных хаос. Ён апісаў чатыры асноўных паводзін для сотавай мадэлі аўтаматаў. 1) Яны знікаюць з часам, 2) яны развіваюцца на фіксаваны памер канчатковага, 3) яны растуць на нявызначаны час з фіксаванай хуткасцю, 4) яны растуць і кантракт нерэгулярна. Калі ласка, увядзіце тры, якія растуць на нявызначаны час з фіксаванай хуткасцю, часта аказваецца сабе падобны ў маштабе; часткі такіх мадэляў пры павелічэнні неадрозныя ад цэлага. Такім чынам, гэтыя мадэлі сотавых аўтаматы характарызуюцца фрактальнай памернасці.
Вальфрам адзначае, што механізмы для апрацоўкі інфармацыі ў прыродных сістэмах з'яўляецца больш падобныя на тых, у клеткавых аўтаматаў, якія з'яўляюцца высока паралельныя, чым звычайныя серыйныя кампутары апрацоўкі. "Вынікі" задаюцца канфігурацыі атрымана; "сродак з'яўляецца паведамленнем". Акрамя таго, "ён распаўсюджаны ў прыродзе, каб знайсці сістэмамі, складанасць якіх генеруецца кааператыўны эфект многіх простых ідэнтычных кампанентаў". Клеткавых аўтаматаў адчувальныя да пачатковым умовам і іх паводзіны характарызуецца стабільнасцю і прадказальнасцю іх паводзін у адносінах да малых абурэнняў у пачатковых канфігурацый. У дадзены набор правіл, змены ў адным пачатковае значэнне сайта можа прывесці да прыкметна рознымі ўзорамі. Такія абурэння маюць характэрныя наступствы для чатырох класаў Вальфраму клеткавых аўтаматаў: 1) ніякіх змяненняў у канчатковым стане, 2) змены толькі ў канчатковай вобласці, 3) змены ва ўсе нарастаючым вобласці, 4) нерэгулярныя змены. Так па крайняй меры некаторыя мадэлі сотавых аўтаматаў з'яўляюцца нелінейнымі і дэтэрмінаваных.
Малюнак 1.13: Я тыражавання аўтаматаў апісваецца Эдвард Fredkin (Дьюдни, 1985). "Off" дзяржаў паказаны як усё чорнае. Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Малюнак 1.14: Я тыражавання аўтаматаў апісваецца Эдвард Fredkin (Дьюдни, 1985). Кампутар пакалення Конрадам Schneiker.
Клеткавых аўтаматаў могуць быць аднесены да існуюць у розных асяроддзях. Мабыць, самая крайняя кропка гледжання, што Сусвет клеткавага аўтамата. MIT Эдвард Fredkin было, сцвярджаючы, што Сусвет можа працаваць па тых жа прынцыпам, клеткавы аўтамат (Wright, 1985). Ён лічыць, што асноўны матэрыял, з якога ўсё складаецца з можна разглядаць як інфармацыю, а не масы і энергіі. Працуючы на стыку фізікі і інфарматыкі, Fredkin стаў заінтрыгаваў адносін паміж клеткавых аўтаматаў і прыроды. Пры правільным правілы, клеткавы аўтамат можа імітаваць адукацыю сняжынкі, малюскаў абалонкі, або галактыкі. Fredkin гледжання складаецца ва ўжыванні клеткавых аўтаматаў да фундаментальных узроўням фізікі і правілы неабходныя для мадэлявання руху малекул, атамаў, электроны і кваркаў. Пры дастатковай інфармацыі для мадэлявання гэтых часціц, аўтамат можа быць распрацавана, які апісвае фізічны свет зусім дакладна. На гэтым узроўні, кажа Fredkin, сусьвет сотавай automatonin трох вымярэннях: рашоткі ўзаемадзейнічаюць адзінак логіцы, кожны з якіх рашэнне мільярдаў разоў у секунду, ці будзе ён "выключаны ці ўключаны" у наступны момант. Fredkin бачыць гэтую інфармацыю, як тканіна рэальнасці, матэрыял, з якога матэрыя і энергія вырабляецца. Ён сцвярджае, што клеткавы аўтамат можа прадстаўляць Сусвет жа эфектыўна, як можа дыферэнцыяльных раўнанняў, матэматычнай распаўсюджанай альтэрнатывай. Выгляд клеткавага аўтамата, безумоўна, прасцей. Дзіця можа зразумець правілы клеткавага аўтамата і з аловак, паперу і досыць часу, не можа прадказаць ход аўтамата у тым ліку графікаў росту сняжынкі, рабізна сажалкі або гукавой хвалі. Сотавыя аўтаматаў мову чыстага інфармацыі і могуць быць ўцягнутыя ў біялагічнай апрацоўкі інфармацыі, а таксама будучых прылад кампутара. Форэст Картэр (1984) з Ваенна-марскі даследчай лабараторыі і Джэймс Мильх (1986) ад Eastman Kodak абодва прапанаваных будаўніцтва малекулярных аўтаматаў, узнімаючы добрыя якасці сотавай канцэпцыі аўтамата ў дачыненні да задач спалучэння для малекулярных прылад маштабе. З вялікім клеткавага аўтамата малекулярнага кампутара, сувязь з "макра" свету трэба толькі інтэрфейс з "канструктар", невялікая частка якой могуць скарыстацца ўсе сотавыя магутнасцю аўтамата.
Падраздзяленні микротрубочек цитоскелета можа быць асабліва падыходзіць для "сотавых" аўтамат паводзін і апрацоўкі інфармацыі ў наномасштабе. Цитоскелета аўтаматаў і іх дынамічныя наступствы могуць быць важным субстратам біялагічных вылічальных ад дзеянняў асобных клетак мозгу / розуму свядомасці. Ці будуць яны пракладуць шлях да Канчатковы вылічэнняў?
2 мозгу / розуму / Кампутарныя
2,1 метафары свядомасці
Сістэмы для апрацоўкі інфармацыі развіваюцца ў абодвух біялагічных формаў жыцця і камп'ютэрных тэхналогій. Найбольш высока развітыя сістэмы апрацоўкі інфармацыі ў цяперашні час, здаецца, чалавечага свядомасці, якая знаходзіцца ў чалавечым мозгу. Навуковых адносін паміж свядомасцю і структурных дзейнасці мозгу застаюцца няяснымі, і часта называюць мозгу / розуму "дваістасць". Каб растлумачыць гэтую дваістасць, людзі гістарычна ўспрымаецца сваё меркаванне ў кантэксце пераважаюць культурныя тэмы, у прыватнасці, інфармацыйных тэхналогій. Аўтар Джуліян Джейнс (1976) мае хроніку як метафары розуму свет ён ўспрымае. Наступ мозгу / розуму метафар, магчыма, пачалося у грэкі "Залаты Век. Згодна з Платону, Сакрат сказаў:
Уявіце..., Што наш розум ўтрымоўваюць блок воск... і кажуць, што кожны раз, калі мы хочам узгадаць тое, што мы чуем або сабе ў нашых уласных розумах, мы праводзім гэты воск пры ўспрыманні або ідэі і захаваць іх на ім, як мы маглі б штамп ўражанне ўшчыльняльнае кольца.
Грэкі ездзіў на свабодзе (а іх рабы працы) і свядомасць было ўспрынята як свабодныя людзі вольнага асобы. Геракліт апісана свядомасць як "вялізную прастору, межы якога ніколі не мог быць знойдзены." Пазней, Аўгустына ў Карфагене апісаў "горы і пагоркі маіх высокіх ўяўлення", "раўніны і пячор і каверн маёй памяці" з "прасторных камерах цудоўна мэбляваныя з незлічонымі крамамі".
Геалагічных адкрыццяў у 19 стагоддзі паказаў рэкорд мінулага напісаны на пласты зямной кары. Свядомасць стала разглядацца як пласты для запісу мінулага чалавека ў больш глыбокіх і больш глыбокія пласты да зыходнай запісы ўжо нельга было прачытаць. Гэты акцэнт на падсвядомасць вырасла да канца 19 стагоддзя, калі большасць псіхолагаў думалі, што «свядомасць было толькі невялікай часткай розуму. Як хіміі заменены геалогіі ў навукова ўласнай годнасці, свядомасць стала разглядацца ў якасці складовай структуры, якія могуць быць прааналізаваны ў лабараторыі ў дакладныя элементы адчуванняў і пачуццяў. Калі паравыя рухавікі сталі звычайнай з'явай, падсвядомае было ўспрынята як кацёл дэфармавання энергіі патрабуючы вызвалення, а калі рэпрэсаваных, штурхаючы ўверх і вонкі ў неўратычнае паводзіны. У пачатку 20-га стагоддзя, розум метафар працягвае ахопліваць тэхналогій для апрацоўкі інфармацыі, такіх як тэлефон кантактных схемаў, магнітафоны, гадзіны, галаграмы, і кампутары.
Кампутар з'яўляецца самым апошнім мозгу / розуму метафары і развіўся якасна за яе папярэднікаў (як чалавечае свядомасць). Камп'ютэрныя тэхналогіі падышоў, а ў некаторых выпадках перасягнулі некаторыя аспекты чалавечай функцыі мозгу, такія як "грубую сілу" вылічэнняў. Кампутараў таксама могуць быць выкарыстаны для мадэлявання дынамічных сістэм (у тым ліку галаўнога мозгу), забяспечваючы тым самым метафарычнае асяроддзя. У рамках намаганняў для пабудовы вылічальных машын, здольных самастойную логіку і прыняцця рашэнняў, штучнага інтэлекту (ІІ) даследчыкі вывучылі, што вядома пра працу мозгу і розуму. Адпаведна, яны былі забяру ад класічнага "серыйных" кампутарах да масіўна-раўналежных сістэм з высокай ступенню бакавой узаемасувязі. Таму што мозг на першы погляд паралельны агрэгацыі мільярдаў нейронаў з дзесяткамі тысяч злучэнняў на адзін нейрон, А. І. даследчыкаў коннекционистского школы разглядалі і змадэляваны мозг як "нейронавых сетак", якія могуць быць змадэляваныя на звычайных кампутарах. Гэтыя мадэлі нейронавай сеткі, якая будзе абмяркоўвацца пазней у гэтай кнізе, заснаваныя на адносна простых здагадак адносна межнейронных сінапсаў як камутатары паміж нейронамі. Дынамічныя мадэлі нейронавай сеткі можа імітаваць дзейнасць сістэм, здольных да навучання, незалежнай прызнанне, розныя "ментальныя" дзяржаў, і з некаторай фантазіі, зачаткавым прытомнасць. Агульная архітэктура паралельных кампутараў падобны на нейроны ў мозгу, а можаце скарыстацца адначасовай апрацоўкі з прасторавым дазволам супярэчлівых паняццяў. Нягледзячы на гэтыя відавочныя падабенствы, складанасці мозгу і дынамічныя прасторы чалавечага свядомасці застаецца непрыступным па сучаснай тэхналогіі. Розум застаецца загадкавай для мозгу і кампутара.
Малюнак 2.1: Мозг / Розум / Кампутарныя метафарычнай трыкутніка. З'яўляецца цитоскелета ключ да разумення?
Мозг, розум і кампутар ўзаемна метафарычным, і кожная звязаная з іншымі спосабамі, якія не зразумелыя. Гэта тупік, "мозг / розум / кампутар трыкутнік", заснаваны на няправільнае меркаванне. Неприводимых падкладкі апрацоўкі інфармацыі ў мозгу была мяркуецца загадзя павольныя межнейронных сінапсаў. Такім чынам, сінапсы былі па параўнанні з простымі перамыкачамі, а мозг быў у параўнанні з кампутара складаецца з калекцыі сінаптычную перамыкачоў. Таму што кожны нейрон ў мозгу маецца да некалькіх сотняў тысяч сінапсаў, ён павінен "ўключыць" інфармацыю з ліку гэтых сінапсаў па рэгуляванні сваёй прадукцыі. Нейроны выкарыстоўваць розныя функцыі, уключаючы аналагавыя дендритных марфалогіі, павольны ўласцівасці мембраны хвалі, а цитоскелета дзейнасці, якія вызначаюць свае адказы на працягу нейронавыя сеткі, і якія змяняюць сінаптычную эфектыўнасць у якасці відавочнай механізмы навучання. Такім чынам, кожны з мільярдаў нейронаў ў мозг кампутара. Аналагічна, аднаклетачныя арганізмы, якія не маюць сінапсы і незалежных агентаў выконваюць складаныя задачы, звязаныя з рудыментарных прыняцця рашэнняў, паводзін, і арганізацыі. Такім чынам, асноўным субстратам неприводимая інфармацыя павінна знаходзіцца ў межах біялагічных клетак, а затым мозг можа разглядацца як арганізавана зборка мільярды кампутараў, у якіх калектыўныя якія ўзнікаюць уласцівасцяў можа быць, канкрэтна адносяцца да свядомасці. Іерархія арганізацыі мозгу могуць, такім чынам, сакрэт склепе новы "вымярэнне". Дасягненні ў галіне візуалізацыі ўнутрыклеткавых і малекулярнай біялогіі прадэманстравалі складаную дынамічную арганізацыю ўнутрыклеткавых цытаплазме. У прыватнасці шчыльныя, паралельна, цесна ўзаемазвязаных цвёрдага стану сеткі дынамічных палімераў бялку, "цитоскелет", гэта асяроддзе, якое, здаецца, ідэальна падыходзіць для апрацоўкі інфармацыі, і якое прымае актыўны ўдзел практычна ва ўсіх функцыях клеткі. Разуменне гэтай "цитоскелета вымярэнне» можа стаць ключом да мозгу / розум / кампутар трыкутніка (мал. 2.1).
2,2 Гістарычныя перспектывы-Свядомасць, як...
Многія дысцыпліны займаліся спробы зразумець прытомнасць. Як праславутая група сляпых мужчын, якія спрабавалі апісаць слана, успрыманне кожнай дысцыпліне ў значнай ступені залежыць ад яго арыентацыі і асобнай часткі слана гэта здараецца з кантактам. Сляпыя поспех, шмат у чым таму, што яны атачылі слана.
Некаторыя лічаць, розум занадта складаныя, каб быць апісаны чалавечага мозгу. Магчыма, таямніца розуму неабходнага бар'ера для "roboticization" чалавека? Як філосаф Рычард Рорці сказаў: "невыказна псіхічнае выконвае тую ж культурную функцыю, што і невыказна чароўнай-тое цьмяна мяркуе, што навука не мае апошняга слова" (Джейнс, 1976). Нягледзячы на гэтыя асцярогі, прагрэсаванне тэорый і метафары розуму зведалі змены і разглядаюцца гістарычна ў кнізе Джуліян Джейнс ", Паходжанне Свядомасць і Размеркаванне Розум двухпалатны. Джейнс апісвае восемь рашэнняў для мозгу / розуму праблема паўстала праз 20-га стагоддзя. Яны апісваюць свядомасць як ўласцівасць матэрыі, пратаплазмы, навучання, як метафізічная вёрстка, бездапаможным гледачом, якія ўзнікаюць уласцівасцю эвалюцыі, паводзін, і як дзейнасць у ратыкулярнай актывуе сістэмы мозгу. Яны разгледжаны са зменамі і дапаўненнямі, якія маюць дачыненне да кампутарнай тэхналогіі і цитоскелета вымярэнне.
2.2.1 Прытомнасць як часціцы / Хваля фізікі
Вялікія адкрыцця ў 19-м стагоддзі фізікі элементарных часціц растворанага рэчыва трываласць у простыя матэматычныя суадносін ў прасторы. Думкі, пачуцці, самааналіз, і розум з навакольным асяроддзем былі звязаныя з мозгам ў выглядзе хваль з электронамі. У 20-м стагоддзі, лаўрэат Нобелеўскай біяхімік Альберт Сэнт-Дьердь (1960) пісаў Уводзіны ў субмолекулярном біялогіі, у якой ён ўспрымаецца сутнасць жыцця і свядомасці існуе ў узгодненае рух электронаў у паўправадніковых бялкоў. Іншыя, у тым ліку рускіх фізікаў і Pullman Pullman (1963) у параўнанні жыцця і свядомасці з рухомасцю электронаў у рэзананснай орбиталей аблігацый. Шатландскі біёлаг А. Р. Кернс-Сміт (1985) выказаў здагадку, што жыццё развівалася ад крышталяў з гліны. Малекулярнай структуры рашоткі ў гліне дазваляе для пераходу суседа адносіны і апрацоўкі інфармацыі, якая Кернс-Сміт параўнаў з генетычнымі развіцця. Гэтыя погляды прыраўноўваюць асноўныя жыццёвыя працэсы з тымі, атамаў і субатомных часціц. Інфармацыя уяўляецца ў выглядзе дынамічных мадэляў электрона ў кампутарах, і жыццё і свядомасць, несумненна, з'яўляюцца звязаныя з дзейнасцю фундаментальных часціц. Пытанні, як, дзе і на якім узроўні арганізацыі?
2.2.2 Прытомнасць як ўласцівасць пратаплазмы
Лічачы, што свядомасць з'яўляецца фундаментальным уласцівасцю ўсіх жывых істот, некаторыя біёлагі дзевятнаццатым стагоддзі яго сутнасць у раздражняльнасці маленькі арганізмаў клеткі. Папулярныя кнігі гэтай эпохі уключаны, жывёл розуму М. Ф. Washburn, і душэўнае жыццё мікраарганізмаў Альфрэда Бонет. Назіранне ежы амёбы паляванні або ў адказ на розныя стымулы, або парамеций пазбягаючы перашкод або спалучэння прывяло да прымянення псіхалогіі чалавека да такога паводзінам. Гэтыя паняцці былі прынятыя Чарльза Дарвіна і Э. Б. Тичнер, хто бачыў такія рудыментарных свядомасці, звязаныя з чалавекам праз ход эвалюцыі.
Ускосныя падтрымку гэтага тэзіса можна знайсці ў тармозіць дзеянне. Агульных анестэзавалым газаў на пратаплазмы ў миксомицетов, і анестэтык тармажэнне амебоидных і Paramecium рухомасці. Гэта кажа аб тым агульную сувязь паміж гэтымі прымітыўнымі дзейнасці арганізма і мозгу дзейнасці, звязанай з свядомасцю ў тым, што ўсе зварачальна адчувальныя да анестэзіі жа газ малекул ў супастаўных канцэнтрацыях. Пратаплазмы,
амебоидных руху і Paramecium моторіку усё залежыць ад дынамічнага дзейнасці цитоскелета структур, уключаючы "кампутар-як" цытаплазматычнай микротрубочки, актиновые золь-гель пераходаў і цыліарнага прыдаткаў (раздзел 5). Цитоскелета сувязь паміж анестэзіяй адчувальных працэсаў можа быць ключ да разгадкі мозгу / розуму / кампутар трыкутніка.
Джейнс аб'ектаў пратаплазмы свядомасці, мяркуючы, што людзі могуць быць праецыююць свае ўласныя функцыі розуму на найпростых паводзіны, якое ён лічыць для пражывання выключна ў фізічнай хіміі, а не интроспективной псіхалогіі. Тым не менш, интроспективной псіхалогіі само па ўсёй верагоднасці, функцыі фізічнай хіміі на пэўным узроўні. Калі амёба, або слізь цвіллю, або парамеций не ўсвядомяць, у які момант у эвалюцыйнай іерархіі робіць свядомасці з'яўляюцца? Прафесар Стэнфардскага універсітэта Карл Прибрам (1966), вядомы сваёй канцэптуалізацыі розум функцыянуе як "галаграфічны", успамінае, што сутыкнуліся з гэтай праблемай падчас лекцыі ў Манрэаль неўралагічнага інстытута ў канцы 1950-х. Вядомы нейрафізіялогіі Уайлдар Пенфилд папрасіў Прибрам Ці розніца паміж чалавекам і не-чалавечае прыматаў была колькасныя або якасныя. Прибрам адказаў, што розніца была колькасныя, але да такой ступені, што якасныя змены з'явіліся. Ён прывёў адносна новай камп'ютэрнай тэхналогіі, як напрыклад: велізарны рост аб'ёмам памяці і цэнтральнага працэсара змянілася вылічальныя магутнасці не толькі колькасна, але якасна. Пенфилд выступалі за больш фундаментальныя адрозненні адрозніць чалавека. Прибрам супрацьпаставіць, сказаўшы, што, хоць з той толькі розніцай ў структуры мозгу паміж чалавекам і іншымі жывёламі колькасныя, змены ў арганізацыі, хімічны склад, паслядоўнасць развіцця, так і ў часе і працягласці крытычных перыядаў прывялі да калектыўным з'яўленне якасна адметныя прыкметы. Колькасныя агульную сувязь свядомасці можа быць цитоскелета ў клетках ад аднаклетачныя арганізмы, вірусы, (і, магчыма, больш просты "жыцця" формы, такія як "прионы", або незалежныя структуры бялку) для нейронаў у чалавечым мозгу. Якасныя адрозненні відаць, заключаюцца ў нелінейных калектыўныя ўласцівасці, звязаныя ў працэсе эвалюцыі да структурнай складанасці.
2.2.3 Прытомнасць як навучанне
Прыхільнікі гэтага пункту гледжання лічаць, што прытомнасць пачалося ў нейкі пэўны момант часу пасля з'яўлення жыцця і мае непасрэднае дачыненне да навучання. Абгрунтаванне было: калі жывёла змяняе свае паводзіны на аснове вопыту, ён павінен быць з вопытам і, такім чынам, павінен быць свядомым. Зрабіўшы аднолькавымі навучання, вопыту і свядомасці, гэтая школа разглядаць асацыятыўныя працэсы, як найважнейшы элемент свядомасці.
Мадэлі асацыятыўнай памяці ў нейронных сеткі кампутарных сімуляцый можа быць падмацавана гістарычнымі услаўленне навучання як такой, а навучанне важна для біялагічных поспеху. Структурныя карэляты навучання ў мозгу сысуноў (гл. раздзел 4) па ўсёй бачнасці, звязаны з умацаваннем канкрэтных сінапсаў выкліканыя дынамічнай рэарганізацыі нейронавай цитоскелета. Аднак, як адзначае Джейнс, навучання і свядомасці асобных праблем. Сістэмы штучнага інтэлекту могуць вучыцца, але яны відавочна не з'яўляюцца свядомымі. Інфармацыя можа быць успрынята ў чалавечым свядомасці, існуюць у кароткачасовай памяці, але не могуць быць захаваны ў доўгачасовай памяці, такім чынам, не «навучанне» адбываецца. Некаторыя лекі, у тым ліку анестэтыкаў і транквілізатараў, у прыватнасці, блок працяглага захоўвання памяці і выманне ў свядомасці пацыентаў. Такім чынам свядомасць складае больш за навучанні.
2.2.4 Прытомнасць як метафізічны Накладанне
Ацэнка эвалюцыйнай сувязі, але інтэлектуальная бездань, паміж цывілізаваным чалавекам і малпамі прывяло да метафізічным гледжання: свядомасць не маглі развіцца толькі ў выніку натуральнага адбору з комплексаў малекул і клетак. Што-то павінна было дададзена з-за межаў закрытая сістэма для ўліку прадпрыемствы з рознымі, як чалавечае прытомнасць. Гэтая школа была заснавана Альфрэдам Р. Уоллес, адзін з першаадкрывальнікаў тэорыі натуральнага адбору з Чарльзам Дарвінам. Уоллес лічыць, што некаторыя метафізічныя сілы былі накіраваны на развіццё трох розных кропак: пачатак жыцця, пачатак свядомасць, і пачатак цывілізаванай культуры. Таму што Уоллес шукалі доказы метафізічных сіл сярод виталистами, спірытаў, і сеансах, ён быў дыскрэдытаваны і Дарвін стаў вядомы як першаадкрывальнік эвалюцыі.
Некаторыя так званыя виталистами і спірытаў паспрабавалі ўжыць часціц / хвалевай фізікі да таго, што было тады вядома пра біялогіі клеткі ў пошуках свядомасці. Як Уоллес, яны ганілі таму што ў іх не было доказаў і навуковай установы адчуваў, што для тлумачэння свядомасці метафізічнай накладанне была па-за сферай навукі.
Сучасныя биоэлектромагнитного тэорый поля, якія адносяцца да эмбрыялогіі і свядомасць былі прапанаваны многімі аўтарамі, але застаюцца без дакументаў. Дынамічны нанапамерным дзейнасці ў рамках інфармацыйнай сістэмы цитоскелета можа забяспечыць такое поле ўсё ж быць межы выяўлення сучасных тэхналогій. Будучыня нанатэхналогій можа дазволіць выяўленне гэтых абласцях, калі яны існуюць. Метафізічная тэорыя ўвядзення, яго "віталістычным" і часціцы / хвалі калегі фізікі застаюцца спекуляцыі, але ў якой ступені яны раздражняюць навуковая ўстанова, заслугоўвае ўвагі. Можа быць, гэта таму, што яны размываюць адрозненне паміж навукай, філасофіяй і рэлігіяй. Гэта можа прадвесціць моцнай апазіцыі для далейшага развіцця штучнага свядомасці.
2.2.5 бездапаможны Тэорыя Гледача
Матэрыялістычнай погляд на паходжанне свядомасці паўстала ў адказ на ўвядзенне метафізічнай тэорыі. Бездапаможны глядач тэорыі мяркуе, што жыццё, як амерыканскімі горкамі і што свядомасць нічога не робіць, быўшы эпіфеномены да важнай біялагічнай актыўнасцю. Як бездапаможны глядач касмічных падзей, свядомасць было апісана як
цяпла, які выдаткоўваецца правадамі, кветкамі паклалі на паверхню мазаікі, рух цягнік, які ідзе ўздоўж трэкаў, якія вызначалі яго лёс, мелодыю, якая плавае з арфай, але не можа сарваць яе радкоў, пена бушуе ад ракі, не можа змяніць свой курс, цень пешахода (Джейнс, 1976).
Адмова ад вольнай волі, Хаксли змрочна рэзюмаваць "мы ўсведамляем аўтаматаў". (Негатыўны адценне аўтаматаў бездапаможнымі гледачамі пераважае ў кантэксце робаты і машыны, аднак не варта блытаць з паняццем клеткавага аўтамата, які можа самастойна апрацоўваць інфармацыю і вылічыць дэтэрмінавана, і якія можна было параўнаць з біялагічнымі працэсамі). Бездапаможным Глядач тэорыя была адвергнутая Уільям Джэймс, які знайшоў неймаверна аб тым, што прытомнасць павінна мець нічога агульнага з бізнэсам ён так аддана наведвае. Ён спытаў: "Чаму ж свядомасць больш інтэнсіўным, калі дзеянне з'яўляецца найбольш вагаюцца, чаму мы менш за ўсё ў свядомасці, калі робяць што-то найбольш звыклым?"
2.2.6 Emergent Эвалюцыя
З гэтага пункту гледжання свядомасці быў выратаваны ад нявартае становішча бездапаможнага гледача ўзгаднення метафізічны погляд ўвядзенне з калектыўнымі якія ўзнікаюць уласцівасцяў. Адзін метафара выкарыстоўвалася: як ўласнасць вільготнасць не могуць быць выведзеныя з уласцівасцяў атамаў вадароду і кіслароду ў адзіночку, таму свядомасць ўзнікла ў нейкі момант у эвалюцыі спосаб невыводимой з яе складовых частак. Джон Сцюарт Мілі і іншыя лічылі, што, як ўласцівасці матэрыі выйшлі з нявызначанага папярэднік, ўласцівасці комплексных злучэнняў выйшлі з конъюнкции простых злучэнняў і ўласцівасці адметныя жывых выйшлі з спалучэнні гэтых складаных злучэнняў, і, нарэшце, свядомасць паўстала з гэтых жывых рэчы (Джейнс, 1976). Такім чынам лесу новых саюзаў, як лічылася, у выніку нябачанага адносіны прыцягненне новых ўзнікаюць з'яў. Коалесцентные як што-то сапраўды новае ў крытычнай стадыі эвалюцыі свядомасці мяркуецца, кіраўніцтва над ходам падзей у мозгу, і прычынная эфектыўнасць у паводзінах арганізма. У пэўным сэнсе гэты пункт гледжання, як "Індыйскі фокус вяроўка", у якім Факір кідае вяроўку ў паветра, адкуль ён таямнічым чынам застаецца, затым ён падымаецца ўверх па вяроўцы, цягне яе за сабой і знікае. Эвалюцыйныя працэсы, магчыма, пры ўмове, для развіцця і існавання свядомасці, якія затым ўзялі пад свой кантроль і кіраўніцтва біялагічных сістэм. Умовы, якія прыводзяць да з'яўлення свядомасці можна разглядаць як нелінейнае выхаду з эвалюцыйных падзей.
Якія ўзнікаюць тэорыі эвалюцыі вызваленых біёлагаў і нейробиологов з іх цяжар неабходнасці засноўваць ўсе іх вынікаў на вядомых фізічных уласцівасцяў. Розум Такім чынам, можна разглядаць у суб'ектыўным сэнсе, што дазваляе псіхіятрыі і тэорыі Фрэйда, каб стаць прымальным без канкрэтнай асновы для такіх паняццяў, як Эга, Ід і Супер-Эга. Значныя пытанні, якія затым паўсталі ўключаны: Калі свядомасць з'яўляюцца? Дзе? У якіх відах? І што гэта было? Мозгу / розуму дваістасць захоўваецца і на самай справе розум быў разгледжаны толькі ў шырокіх і туманных абагульненняў.
2.2.7 Бихевиоризм
Праблема свядомасці можна было б вырашыць, ігнаруючы яго. Бихевиористы прасачыць свае карані ў так званы epicurians 18-га стагоддзя, а да гэтага спробы абагульніць завод трапічных умоў на дзеянні жывёл і чалавека. Бихевиористы растлумачыць ўсіх пазнавальных працэсаў на рэфлексы і ўмоўныя рэфлексы, якія былі супастаўныя па шырокага разнастайнасці арганізмаў. Такім чынам паводзіны чалавека, якой бы высакароднай або крадком, можна растлумачыць на рэфлекторныя адказы на дадзенай сітуацыі ці патрэбы задаволіць цялесныя функцыі. Бихевиоризм зрабіў паддаецца эксперыментаванне вельмі ахвотна і была дабром для аўтарытэту навукоўцаў, якія вывучаюць розуму. Бихевиорист лабараторый квітнела ва ўніверсітэтах па ўсім свеце; пацукі лабірынты і ўмоўныя рэфлексы сталі оперантного парадыгмаў. Бихевиористы атрымалася прыцягнуць універсітэта пазіцыі, грант грошы, і бихевиорист лабараторыі неўралогіі дамінавалі на працягу значнага перыяду часу. Адсутнасці бихевиоризма з'яўляецца тое, што метад, а не тэорыя і відавочна крывадушнай, адмаўляючы або ігнаруючы прытомнасць. Бихевиоризм не менш, чыстка псіхалогіі, каб змясціць яго прама ў рэчышчы акадэмічнай навукі.
2.2.8 Прытомнасць як дынамічная дзейнасць ратыкулярнай актывуе сістэмы мозгу
Па меры развіцця тэхналогій паскараецца, мозг і розум тэарэтыкі ў рэшце рэшт вярнуўся да мозгу-тры з паловай фунта кавалак ружавата-шэры "цуд-тканіны". Матэматык і філосаф Рэнэ Дэкарт, які вызначаны мозгу / розуму дваістасць яго заяву "Cogito, такім чынам сума", (я думаю, таму я) абраў шишковидной жалезе мозгу як месца свядомасці. Яго выбар быў часткова заснаваны на тым, што шишковидная жалеза з'яўляецца сярэдняй лініі, адзіную структуру. Такім чынам, у адрозненне ад амаль усіх іншых абласцей мозгу, у яго няма двух экзэмплярах, і таму лічацца асноўнымі. Прапанова Дэкарта было лёгка абвяргаецца нейрафізіялогіі але пачаць пошукі аднаго сайта мозгу прытомнасць. Паколькі шматлікія даследчыкі разглядалі мозгу / розуму як іерархічная арганізацыя апрацоўкі інфармацыі, лагічны выснову, што на пэўным сайце або рэгіён ўся інфармацыя была прызнаная і засвойваецца "Вока Розуму", сайт свядомасці, Дзед нейрона, або некаторыя праявы іерархічнай верхавіны. У апошні час вялікая частка мозгу было ўстаноўлена, што звязаныя з шырокім («размеркаваны») паралельна файлаў інфармацыі, памяць і пазнанне. Гістарычна, аднак, многія працоўныя былі сканцэнтраваны на ратыкулярнай актывуе сістэмы (рас), як нейронавыя субстрата свядомасці.
Тэхнічнае абслугоўванне свядомасці залежыць важна ступені ад РАН, арганізаваны клубок малюсенькіх нейронаў злучальных распасціраецца ад верхняй часткі спіннога мозгу уверх праз ствол мозгу ў таламуса і гіпаталамуса. РАН аб'ядноўвае закладаў ад сэнсарных і маторных нерваў, мае прамыя лініі з паўтузіна асноўных абласцей кары і, верагодна, усё ядра ствала мозгу і пасылае ўніз валакна спіннога мозгу, дзе ён уплывае на перыферычныя сэнсарныя і маторныя сістэмы. Яго функцыя прыцягнення ўвагі або абудзіць селектыўных нейронаў і нервовых цэнтраў і зніжэння адчувальнасці іншых, такіх, што ён можа рэгуляваць дзейнасць і няспання ўвесь мозг. Анестэтыкі індукцыі наркотыкі, такія як тиопентал натрыю, як лічыцца, праяўляюць сваё дзеянне ў асноўным на РАН. Разбуральныя паразах гэтай вобласці таксама вырабляюць пастаянны сон і кома, і стымуляванне РАН электрычнаму можа прачнуцца спячае жывёла. Ён можа таксама рэгуляваць дзейнасць большасці іншых частках мозгу праз уласную ўнутраную электрычную ўзбудлівасць і нейрохимии.
Малюнак 2.2: група аб'яднаных нейронаў, такіх як кары галаўнога мозгу пірамідальныя клеткі. Доўга аксонов і дендритов распасціраецца ад клеткавых тэл знаходзяцца на, парадку некалькіх мікрон (тыс. нанаметраў) таўшчынёй. Некаторыя бакавыя сінаптычную сувязяў відавочныя. Па Джэймі Боуман Хамерофф.
Хоць РАН рэгулюе няспанне, загадкі свядомасці нявырашанай. Напрыклад, высокі ўзровень інтэграцыі і асацыятыўную функцыі няяўна да спазнання адбываюцца пераважна ў кары, структурна больш развітыя ў краінах з развітой жывёл, такіх як чалавек. З іншага боку, РАН з'яўляецца адным з найстарэйшых эвалюцыйнай частцы нервовай сістэмы і адносна нязменнымі ў параўнанні сярод ніжэйшых жывёл і чалавека. Джейнс адзначае, што нават калі б мы мелі поўную схему падлучэння, калі б мы ведалі аб кожным перадатчыку ў нервовай сістэме, зразумеў усё мільярды або трыльёны сінапсаў, мы маглі б да гэтага часу не адрозніць, што канкрэтныя мозгу, якія змяшчаюцца свядомасці, падобных нашаму.
2.2.9 Neural Net коннекционизма
Гэта рух быў умацаваны намаганнямі навукоўцаў-кампутарнікаў ", каб імітаваць мозгу з дапамогай пабудовы сістэм штучнага інтэлекту. На аснове набліжэння корковых нейронных ў выглядзе лінейных адзінках парога, вялікая колькасць "нейронавыя сеткі" мадэлі былі пабудаваны і мадэлюецца на кампутарах. Ключавым паняццем, якія тычацца дынамікі нейронавай сеткі з фактамі псіхалогія ячэйкі зборкі ўведзена Дональда Хебба ў 1949 годзе. На яго думку, сотавыя зборкі спецыяльна арганізаваных адбівальнай схемы, якія ўяўляюць сабой элементы думкі. Асобны нейрон можа ўдзельнічаць у многіх з іх гэтак жа, як асобнага члена грамадства, удзельнічае ў шматлікіх сацыяльных сходаў. Дазваляючы ўмацавання або ўзмацнення неаднаразова выкарыстоўваліся злучэння ("сінаптычную пластычнасці"), прызнанне, вывучэння і вырашэння праблем выяўляюцца ў зніжаны парогі канкрэтныя цыклы. Прызначаючы узроўняў энергіі для розных формаў («ландшафтаў») у межах сеткі, матэматычныя рашэння таксама могуць быць уведзеныя. "Інтэлект" ці магчымасцяў дадзенай мадэлі нейронавай сеткі залежыць ад багацця яе ўзаемасувязі і нелінейнай зваротнай сувязі. Нейронавай сеткі тэорыі коннекционистского можа спрыяць прасоўванню робатаў і камп'ютэрных сістэм штучнага інтэлекту, і можа забяспечыць значна паглыбіць разуменне функцый мозгу. Гэтыя тэорыі былі атрыманы дадзеныя, што дынамічныя дзейнасці ў рамках гэтай сеткі могуць па крайняй меры імітаваць некаторыя аспекты дзейнасці мозгу.
Недахопы ранняй мадэлі нейронавай сеткі, што яны былі заснаваныя на гіпатэтычным нейронаў з вялізнымі здагадкі аб нейронавых функцыі. Кожны нейрон разглядаецца ўключэнне / выключэнне варот або выключальнік, і межнейронных сінапсаў разглядаецца як пераменная вагі злучэнняў. Больш познія мадэлі ўключаюць аксонального імпульсы, сінаптычную затрымкі, дендритные аналагавых функцый і прасторавай кагерэнтнасці. У сваіх самых элегантных формаў, нейронавых сетак тэорый прадставіць магчымыя прадстаўлення псіхічных аб'ектаў ("свядомасць"?) У пераходных імгненнай мадэлі сеткавай актыўнасці. "Часова стабільнай сумеснай сувязь» сярод мноства нейронаў прапануецца праяўляць думкі і вобразы ў працах Хебба, Коханаў, Эдэльман, Тома, фон дэр Malsburg, Хопфилда, Pellionisz, Llinas, Changeux і іншыя. Некаторыя з іх праца мяркуе мозгу формы набору "prerepresentations" аб тым, што, як чакаецца, з якіх сэнсарны ўваход выклікае "выбар" у яго рэальнасці кандыдата. У гэтым кантэксце Changeux (1985) вызначыў свядомасць як "свайго роду глабальная сістэма рэгулявання справу з псіхічнымі аб'ектаў і вылічэнні з выкарыстаннем гэтых аб'ектаў." Нейронавых сеткавых мадэляў і асацыятыўныя ўспаміны значна прасунутае разуменне калектыўнай нейронавых магчымасцяў. Іх асноўныя характарыстыкі (паралельныя працэсары з бакавымі зменнай злучэння) таксама могуць быць на працягу оперантного нейронаў у цитоскелета.
Малюнак 2.3: Бліжэй гледжання нейронаў з intraneuronal цитоскелета відаць. Дендриты, паднімаючыся знізу ў клеткавых тэл, маюць шматлікія дендритных соснаў. Некалькі сінапсаў намаляваныя. Па Джэймі Боуман Хамерофф.
2.2.10 Галаграфія
Галаграмы могуць быць утвораны з інтэрферэнцыйных карцін, генеруецца з двух або больш кагерэнтныя крыніц хваль. Першапачаткова лабараторыя цікаўнасць, галаграфія стала важным са з'яўленнем лазераў ў якасці кагерэнтнага крыніцы святла ў пачатку 1960-х. Галаграмы, запісаныя ў фатаграфічную пласцінку, здаецца, проста скажаюць да reilluminated з адным з арыгінальных крыніц кагерэнтнага хвалі і ўслед за гэтым праектам трохмернай прасторавай малюнкаў. Два ўласцівасці галаграм прыцягнулі цікавасць і параўнанне з свядомасцю і ментальнымі вобразамі. Адзін з іх, што галаграмы маюць велізарны патэнцыял для захоўвання інфармацыі, хоць кагерэнтныя хваль спасылкі неабходныя для водгуку. Па-другое, шмат інфармацыі ў дадзенай галаграмы змяшчаецца ў любым адна маленькая яго частка, хоць і з паменшаным дазволам і стаўленне сігнал-шум. У апошні час дынамічнай рэжыме рэальнага часу галаграфіі была распрацавана з выкарыстаннем фоторефрактивных крышталяў (Гаўэр, 1985).
Дзяніс Габар (1948), які атрымаў ў 1969 годзе Нобелеўскую прэмію за вынаходства галаграфіі, заўважыў:
ўжо некалькі гадоў гэта ўласцівасць галаграм прыцягнула цікавасць нейрафізіялогіі якія былі збянтэжаныя цяжкасці ў пошуку "энграммы" у чалавека або жывёлы памяці. Як зараз добра вядома, тым больш, што Знакамітыя досведы Лешли, вялікая частка мозгу часам можа быць знішчана без знішчэння даведаўся мадэль паводзінаў. Гэта прывяло да здагадцы, што мозг можа ўтрымліваць галаграфічнага механізму.
Габар быў настроены скептычна, аднак, аб "існаванні хваль або настроены рэзанатараў ў мозг". Мантыі галаграфічнай тэорыі мозгу была падхопленая Карл Прибрам Стэнфардскага ўніверсітэта (1986), які сцвярджаў, што мозг успрымае сэнсарную інфармацыю, на аснове аналізу ўмяшання нейронавых частаты стральбы. Якія вынікі ў межах мозгу, у адпаведнасці з Прибрам, гэта галаграфічная вобласць, у якой прастору і час облегла. Таму пераўтварэнні ў звычайныя дамены могуць быць дасягнутыя з любой часткі закадаваныя запісу. Гэта ўласцівасць distributedness інфармацыі, якая характарызуе галаграм і функцыі мозгу. Галаграфічныя мадэлі мозгу былі заснаваныя на кагерэнтнай інтэрферэнцыі хваль на ўзроўні нейронаў дзейнасці, у прыватнасці дендритных-дендритных узаемадзеянняў. Праверка ўзгодненасці паміж нейронамі не хапала, і нейронавыя галаграмы ўзровень застаецца толькі цікавай матэматычнай мадэлі. Тым не менш, на працягу цитоскелета нейронаў (і ўсе клеткі) можа быць добра падыходзіць для галаграфічных механізмаў з-за яго прасторавай кагерэнтнасці (г.зн. 8 нанаметраў перыядычнасць) і патэнцыйныя часовыя сувязі (кагерэнтныя ваганняў нанасекунды, гл. раздзел 6). Такім чынам intracellula цытаплазме навакольных цитоскелета можа быць субстратам для галаграфічнага свядомасці.
Галаграфічная канцэпцыя свядомасці псіха-фізічныя следства (Weber, 1975). Фізік Дэвід Бом заўважыў, што наша ўспрыманне рэальнасці абумоўлены на лінзы (вочы, фотаапараты, мікраскопы і г.д.), фокус, объективировать, форма мяжы, і канкрэтызаваць. Безлинзовой галаграм размеркаваны, адсутнасць межаў і "цэласны". Бом мяркуе, што рэальнасць »Сусвету, матэматычна падобныя на галаграмы (" дачыненне "дамен), які мае справу з частотнай вобласці, і ваганні уласцівасцяў сігналу, у адрозненне ад нашых аб'ектыў ўмоўны евклидово ньютоновской ўражанні. Такі падыход прадстаўляецца ў адпаведнасці з сучаснымі ўяўленнямі аб фізіцы хвалі / дуалізм і прынцып нявызначанасці. Вопыт паведамляе містыкі, шызафрэнікі і галюцынагенных наркотыкаў эксперыментатары апісваюць страты прасторавых і часавых межаў, і галаграфічныя ("фрактал"), характэрных для ўсяго істоты прадстаўлены ў кожнай часткі. Можна спрачацца аб тым, містычныя / шызоіднага / наркотыкамі індукаваных аберацый ўспрымання або ўдакладніць рэальнасць, але некаторыя ўласцівасці галаграм (distributedness інфармацыі, велізарны аб'ём памяці, трохмерныя прасторавыя вобразы) маюць некаторае падабенства з свядомасцю.
2.2.11 цитоскелета аснова свядомасці
Малюнак 2.4: ўнутраных спраў нейрона паказвае цитоскелета сеткі. Прама цыліндры микротрубочки, 25 нанаметраў у дыяметры. Галінаванне сувязі паміж імі, microtrabecular нітак рашоткі. Нейрофиламентов не паказаныя. Па Джэймі Боуман Хамерофф.
Класічныя падыходы да разумення мозгу / розуму меркавалі іерархію арганізацыі, у якой межнейронных сінапсаў непадзельнай субстратаў перадачы інфармацыі (мал. 2.2). Аднак, нейроны з'яўляюцца занадта складаная, каб быць простымі лічбавых камутатараў або брамы і павінен змяшчаць ўнутраных сістэм апрацоўкі інфармацыі.
Нейрона часта і памылкова апісваецца як простае прылада, якое параўноўвае ўзважаная сума дендритные "аналагавы" ўваходныя сігналы з некаторага парогавага ўзроўню, вышэй якога выхадны імпульс "лічбавы" перадаецца па аксонов. Структуры нейронаў, у якіх вялікая arborizations дендритных валокнаў можа пагадзіцца з некаторымі 100000 сінаптычную уваходаў на адзін нейрон, сведчыць аб вельмі складанай сістэмы. Хоць некаторыя разглядаюць дендритных дрэва як пасіўны перадатчык імпульсаў, дадзеныя сведчаць аб тым патэнцыялаў дзеянні ў буйных дендритов, павольныя хвалі дэпалярызацыі ў іншых, і магчымасць элементарных лагічных аперацый у кропках галінавання (Scott, 1977). Кожны дендритных пункту галінавання могуць выступаць у якасці лагічнага "АБО" брамы, калі пульс па абодва дачкі галіна можа забяспечыць дастатковы зарад для ўзбуджэння імпульсу на аднаго з бацькоў, у адваротным выпадку ён можа выступаць як лагічны "І". Дендриты можа быць таксама перадачы пресінаптіческой інфармацыю іншым нейронаў градуяваная патэнцыялаў на dendrodendritic сінапсаў, працэс, званы "шаптацца" (Эйди, 1977). Маштабы і значэнне "электротонических" бягучыя шляху сярод дендритных глікапратэіна мембраны, мембраны патчы і дендритных шипиков невядомыя, але таксама можа мець важнае значэнне. Чыстая сумавання дендритных патэнцыялаў у кары галаўнога мозгу адбіваецца на скуры галавы, як электроэнцефалография (ЭЭГ). На аксонального або выхадны боку бацькоў валакна не абавязкова хвалююць усіх дачок у кожнай кропцы галінавання і кропкі галінавання аксонов ўтрымліваюць некаторыя рэгіёны, дзе высокая частата фільтрацыі, чарговыя стральбы і іншых відаў апрацоўкі інфармацыі можа адбыцца (Scott, 1977). Праводнасці аддзялення кропка можа знаходзіцца пад уплывам невялікага змены ў лакальнай геаметрыі і электрычнай сувязі, забяспечваючы тым самым intraneural рэгуляцыі нейронавай перадачы. Склад мембран, прасторавае размеркаванне глікапратэіна, іённыя каналы, миелина прабелаў ("перахопамі Ранвье») і кластарызацыі рэцэптараў, таксама разглядаецца як кадаваньне інфармацыі. Усе патэнцыйныя нейронавай апрацоўкі інфармацыі рэжымах (сінаптычную пластычнасці, аксонов і дендритов марфалогія, размеркаванне мембраннага бялку) залежаць ад дынамічных цитоскелета функцыі axoplasmic транспарту і 'трофіку (раздзел 5).
Складанасці нейрона можа быць сапраўды больш падобныя на кампутар, чым адну вароты. Але што такое брамы? Што такое непадзельнае субстрат функцыі нейронаў? Дзе нейрона нейрона? Як амёба або парамеций выконваць складаныя задачы без падтрымкі сінапсаў, нейрон, або мозг? Параўнальна нядаўна, з удасканаленнем электронна-мікраскапічнага фіксацыі, иммунофлюоресценции і іншыя метады, інтэр'ер жывых клетак не выяўлена. Было паказана, валодаюць комплексам, высока паралельных узаемазвязаных сетак цитоскелета рашоткамі бялку, які падлучэння і рэгуляваць мембран і іншых клеткавых кампанентаў. Структура гэтых бялкоў палімераў, іх дынамічнае дзейнасці і адсутнасцю выразнага разумення альтэрнатыўных пазнання прывялі да тэарэтычнае разгляд дынамічных цитоскелета дзейнасці ў якасці функцыянальнай апрацоўкі інфармацыі рэжымаў, такіх як клеткавыя аўтаматы і галаграм.
Гэта цитоскелета гледжання, дэталёва распрацавана пазней у гэтай кнізе, адпавядае з многімі з ранніх школ разумення свядомасці. З цитоскелета пункту гледжання, свядомасць з'яўляецца ўласцівасцю пратаплазмы (у прыватнасці, звязаных з вавёркамі цитоскелета), але пазваночных розных свядомасць нелінейных калектыўны эфект, якія ўзнікаюць эвалюцыі таго, што існуе ў простых арганізмаў. Рана нелінейных скок эвалюцыі свядомасці, магчыма, адбылося з увядзеннем цитоскелета, центриоли і микротрубочки, а таксама спадарожнае пераўтварэнне будовы пракарыятычнай клетак у эукарыятычнай клетках каля аднаго мільярда гадоў назад (кіраўнік 3). Магчыма, як цитоскелета сетак і высокім арганізацыйным узроўнях, такіх як нейронавыя сеткі дасягнула дастатковай складанасці ў мозгу сысуноў, калектыўныя ўласцівасці нелінейна паўстала з-за кааператыўнага, рэзананс, фазавыя пераходы і кагерэнтныя з'явы дазваляе аўтаматаў, галаграфіі, ці які-небудзь іншы механізм інфармацыі апрацоўкі. Тэорыі нейронавых сетак, раўналежнасць, коннекционизма, і падыход да свядомасці, А. І. падалі асветы ў дачыненні да мозгу / розуму. Многія з гэтых падыходаў можа быць прыменена да цитоскелета, фрактальнай subdimension нейронавых сетак (мал. 2.3 і 2.4). Узроўні нервовых сувязяў сеткі, такія як ратыкулярнай актывуе сістэмы або гіпакампа схем можа залежаць ад дынамікі ўнутрыклеткавых цитоскелета для іх рэгулявання. Напрыклад, навучанне ў нейронавай сеткі тэорый заснавана на (1949) Прапанова Дональда Хебба, што схемы звязаных нейронаў распрацаваць больш праводзяць сінапсы, якія палягчаюць актывацыі гэтым ланцугу. Стральба па дадзенай мадэлі наступныя канкрэтныя стымулы, як мяркуюць, уяўляюць канкрэтнае паняцце, думка, або памяці інфармацыю. Навучанне з'яўляецца тое як мяркуецца, адбываецца ад умацавання або ўзмацнення сінаптычную сувязяў, ці адукацыю новых сінапсаў па дадзенай мадэлі нейронавай сеткі. Synaptic сілы і нейронавыя сувязі залежыць ад ўнутрыклеткавага цитоскелета перастановак і axoplasmic транспарту для падтрымання сінаптычную эфектыўнасці і фарміраванне новых сінапсаў і дендритных шипиков. Інгрэдыенты для сінапсаў, мембранныя бялкі, рэцэптары, іённыя каналы, ферменты, і апаратура для вызвалення нейромедиатора механізмы сінтэзуюцца ў вочку органаў і дастаўленыя ў сінапсаў па адносна вялікай даўжыні з axoplasmic транспарту, скаардынаваныя намаганні цитоскелета микротрубочек. Synaptic мадуляцыі могуць прадстаўляць сабой механізм, з дапамогай якога асобныя дынамічныя пласты ў перадачы інфармацыі іерархіі і "наладзіць" адзін аднаго.
Дзесятка мадэляў цитоскелета апрацоўкі інфармацыі былі апублікаваныя і будуць разгледжаны ў раздзеле 8. Нанапамерным дзейнасці ў цитоскелета рашоткі могуць прапанаваць будучым мостам паміж свядомасцю і новых нанатэхналогій. Як складаныя і цесна звязаных як нейронавыя галіны (дрэвы г.зн. дендритные цитоскелета ва ўсіх нейронаў можа быць лес у гэтых дрэў.
3 Паходжанне і эвалюцыя жыцця
3,1 Суп супраць бруду, Кураня супраць Яйка
Што такое жыццё? Жывыя арганізмы валодаюць пэўнымі ўласцівасцямі, якія з'яўляюцца амаль сінонімамі рыса, быццам жывы-арганізацыі, рост, размнажэнне, дынамічная і мэтанакіраваная дзейнасць (па меншай меры ў вышэйшых арганізмаў) інтэлекту і свядомасці. Жыццёвыя формы, што мы спазналі ўсе заснаваныя на тым жа тыпе генетычнай чарцяжы (ДНК, РНК) і будаўнічыя блокі (вавёркі), што прадугледжвае агульнае паходжанне. Гэта паходжанне, узнікненне жыцця, як правіла, разглядаецца як перабудова касмічнай матэрыі першапачаткова вырабляецца ў "Вялікі выбух", які, як мяркуецца, якія нарадзілі Сусвету 14 мільярдаў гадоў таму. З'яўленне малекулярнай Жыццё можна разглядаць у кантэксце двух асноўных пытанняў, якія тычацца месца паходжання («суп супраць бруду") і малекулярных прычын і следстваў ("курынай яйка супраць").
У 1920-х гадоў Руская біяхімік А. І. Опарин (1938) і брытанскі біёлаг Дж. Б. С. Холдейн (1947) апісаў сваю канцэпцыю "першаснага булёна" з арганічных малекул, якія існуюць у акіянах Зямлі толькі 4 мільярда гадоў таму. Іх суп лічыўся прадуктам геахімічных працэсаў і крыніц энергіі, якія дзейнічаюць у атмасферу недаакісьленыя газаў, такіх як метан, аміяк і вадарод, падобна таму, што існуе ў цяперашні час на Юпітэры. Гэта першаснай атмасферы, на думку выбітны хімік Гаральд Юры (1939), якога аспірантам Стэнлі Л. Мілер ажыццяўляецца ключавых эксперымент у пачатку 1950-х. Мілер стварыў закрытай асяроддзі, якія змяшчаюць такія прымітыўныя атмасферу і прапускалі электрычныя разрады маланкі мадэлявання праз яго. Ён выявіў арганічныя малекулы, якія маюць дачыненне да жыцця працэсы. Пятнаццаць працэнтаў ад зыходнага вугляроду метану была знойдзена ў малекулах якіх уключаў у сябе чатыры амінакіслоты, будаўнічыя блокі бялкоў. Мілер таксама знойдзеныя папярэднікі ДНК і рыбоза цукру, з якіх утвараецца РНК. Таму што большасць цэнтральных малекулы жыцця аднолькавыя ва ўсіх арганізмаў на Зямлі, першаснага булёна Мілера была разгледжана прадстаўляць ўмовы, ад якіх жыццё паўстала. Іншыя даследаванні пад сумнеў вадароду багатых атмасферу, на якой Юры і Мілера засноўвалі свае эксперыменту і яшчэ іншыя даследаванні паказалі, што па крайняй меры некаторых арганічных прэкурсораў жыцця могуць быць атрыманы ў многіх відах атмасфер.
Ёсць і іншыя кандыдаты на месца паходжання жыцця. Умовы вышэй цеплавой адтуліны нядаўна выяўленых на дне акіяна, як мяркуюць, спрыяе адукацыі арганічных злучэнняў, у выніку чаго некаторыя прапанаваць гэтыя плямы, а не традыцыйна сабе сажалкі або прыліўныя басейны, як калыска жыцця ("глыбокі суп"). Цеплавая адтуліны з'яўляюцца домам для дзіўнага і экзатычных формаў жыцця, такіх як гіганцкія чарвякі трубку, якая квітнее ў вялікіх цісках глыбіні акіяна. Арганічныя злучэнні таксама былі знойдзеныя звычайна ў intrastellar пылу, у каметах, і ў метэарыты, якія трапляюць на зямлю. Многія лічаць, што пастаўкі арганічных папярэднікаў жыцця была павялічана з космасу у той час як нешматлікія прызнаюць, лічачы, што прымітыўныя клеткі былі перасаджаны на Зямлю з космасу.
Альтэрнатыўнае тлумачэнне быў вылучаны А. Грэм Кэрнс-Сміт (1982) ад Універсітэта Глазга, які мяркуе, што рана арганізмы выкарысталі ўжо існуючыя шаблоны інфармацыю ў выглядзе вільготных крышталяў гліны ("бруд"). Крышталічныя неарганічныя матэрыялы, як уяўляецца, многія "жыццё-як" такія ўласцівасці, як здольнасць захоўваць і тыражаваць інфармацыю ў выглядзе дэфектаў крышталічнай рашоткі, дыслакацыі, межы двайнікоў, і замен. Гліністыя мінералы, як кааліну крышталізавацца пры звычайнай тэмпературы з водных раствораў агульныя рок. Іх каталітычных паверхнях і складанай марфалогіяй прапанаваў Кернс-Сміт асяроддзя мала чым адрозніваецца ад жывога рэчыва. Ён адзначыў, што дэфекты ў крышталях можа пастаўляць некалькі, устойлівыя канфігурацыі альтэрнатыва, якая можа захоўваць і апрацоўваць інфармацыю гэтак жа, як сучасныя кампутары. Крышталь дэфектаў, якія могуць рухацца вельмі падобныя на прымітыўных клеткавых аўтаматаў, дынамічныя мадэлі, якія адбываюцца ў наваколлі рашоткі здольныя вылічэнняў. Кернс-Сміт разважаў, што пэўны распаўсюд глін з іх тыражавання дэфектаў (прадстаўлення інфармацыі), які дзейнічае ў якасці першаснага генетычную інфармацыю і даказаў сваю карыснасць ў адпаведнасць амінакіслот і сінтэз бялку. Як больш эфектыўным арганічнага сінтэзу распрацаваны, Кэрнс-Сміт сцвярджае, што гліна машыны стаў аднаразовых і зводзіўся ў карысць новай біятэхналогіі ДНК і РНК.
Або няма, гліны тэорыя Кэрнс-Сміта з'яўляецца правільным, ён дэманструе ёмістасць для захоўвання інфармацыі ў крышталічных дэфектаў. Выдатна крышталяў, якія паўтараюцца і аднастайныя не маюць магчымасці для захоўвання інфармацыі, але і вельмі рэдка ці не існуюць наогул. Рэальныя крышталі маюць дэфекты структуры накладваецца. Проста быць канчатковай мець форму і памер, гэта дэфект, але і многія іншыя функцыі амаль заўсёды прысутнічае. Адзінкі часта адсутнічаюць або замяняюцца іншымі, і ўчасткі крышталічнай структуры можа быць зрушаная па-рознаму. Хаця такія магчымасці могуць быць вельмі невялікімі па маштабе, яны забяспечваюць рэальных крышталёў з вялікай патэнцыйнай ёмістасці для інфармацыі. Некаторыя класы крышталяў, магчыма, дэфектных структур, якія капіююць, як крышталь расце, маючы правільную камбінацыю структурныя характарыстыкі, дынаміку росту і расшчаплення ўласцівасці. Кернс-Сміт (1982) робіць выснову, адлюстроўваючы з сябе задачу выявіць крышталь генаў з розных матэрыялаў. Ён пытаецца:
... Уявіце сабе, рабіць эксперыменты з крышталямі, якія маглі б развівацца, усталёўваючы іх праблем, прымяненні ціску адбору, і, бачачы, як яны спраўляюцца. Гэта было б цікавай рэччу, каб зрабіць якія-небудзь чынам усе крышталі зробленыя. Мы хутка даведаемся ці мінеральныя версіі тыражаванне сістэмы праўдападобным, хоць мы маглі б страціць цікавасць да нашай канчатковай продкі калі-то ў нас было ў нашых руках первые арганізмы іншага роду: першыя арганізмы нашых уласных прыдумала.
Наступствы ідэі Кернс-Сміта ўключаюць магчымасць альтэрнатыўных формаў жыцця ад распаўсюджваюцца крышталічных структур і здагадка, што ДНК і РНК, не абавязкова толькі носьбітамі генетычнай інфармацыі. Гэта ва ўзаемадзеянні з демистификация жыцця ў цэлым. На міжнародным нарадзе па паходжанні жыцця (Eckholm, 1986), доктар Кірыл Ponnamperuma з Універсітэта штата Мэрыленд прапанаваў «падзел паміж жыццём і нежывога, мабыць, штучны". Ён разглядае адушаўлёныя і неадушаўлёныя, як ляжаў на і бесперапынна на працягу эвалюцыйнага часу і сярод існуючых цяпер сістэм. На такіх маштабах прионы, протеиноиды, і некаторыя вірусы будзе ляжаць бліжэй да сярэдзіны, як можна было некаторыя старажытныя невядомыя протоклетка, які стаў родапачынальнікам жыцця на Зямлі. Казаць пра перадавой хіміі, а не боскую тварэнне, несумненна, парушае рэлігійных фундаменталістаў. Параўноўваючы жыццё з ваганнямі ў крышталях мае амаль біблейскае рэзананс, і звужае канцэптуальны разрыў паміж жыццём малекул і тэхналагічных прылад.
Незалежна ад таго, дакладныя ўмовы, у якіх жыццё звязаных малекул з'явіліся і іншыя важныя пытанні ўключаюць ці носьбіты генетычнай інфармацыі, ДНК і РНК, бялкоў, папярэднічалі амінакіслот яны вызначаюць, ці бялкоў, у тым ліку ферменты і структурныя элементы, здавалася б, неабходных для генетычнага рэплікацыі, быў на першым месцы. Такім чынам курыныя (ДНК, РНК) супраць яйка (бялок) галаваломка аб паходжанні жыцця склалася. Першасны паток інфармацыі ад нуклеінавых кіслаты да бялку (курыца, перш чым яйка) быў «цэнтральнай догмай" у малекулярнай біялогіі. Фокс і дозы (1972) выступіў супраць гэтага перакананні, прапанаваўшы альтэрнатыўныя эвалюцыйны кантынуум ад пачатку матэрыяльнага космасу да першага арганізмаў. У іх "яйкі курыныя, перш чым" погляд паслядоўнасць арганізацыі жыцця была з міжзоркавага газу, амінакіслот, з палімерамі, з арганізаванай мікрасыстэмамі. У якасці доказу яны прыводзяць самаарганізацыі амінакіслот і бялкоў у "proteinoid" микросферы, якія могуць усталяваць каналы сувязі і выконваць іншыя "жыццё-як" функцыі. Доказы "курыныя яйкі, перш чым" кропка гледжання была знойдзена хімікам Леслі Orgel і яго калегі (Шварц і Orgel, 1985) з Інстытута Солка ў Ла-Хойя, Каліфорнія. Яны нядаўна выявілі 15 нуклеотидных доўга ДНК-падобныя малекулы, якія ўтворацца самаадвольна з значна прасцей злучэнняў вугляроду і цынку ў адсутнасці жывых клетак або бялкоў ферментаў. Іншыя працы выказалі здагадку, што РНК можа функцыянаваць ферментатыўнай для палягчэння рэакцый і большую частку апошніх вынікаў схіляецца ў бок прымату нуклеінавых кіслот.
Манфрэд Эйген (1971) бачыць у гэтым прычына / следства праблемы, як "замкнёнага контуру", чый зыходнай кропцы не мае значэння. Важна, на думку Эйген, з'яўляецца як малекулярная самаарганізацыя адбываецца ад выпадковых падзей і зваротнай сувязі, якія прыводзяць да макраскапічным функцыянальнай арганізацыі, самаўзнаўлення, адбору і эвалюцыі: "hypercyles". У рэшце рэшт, у адпаведнасці з Эйген, такія сістэмы могуць пазбегнуць перадумоў іх ўзнікнення і змены навакольнага асяроддзя ў сваю карысць.
Гледжання першаснай нуклеінавых кіслот (курыныя) арганізацыя ў першародным воднай асяроддзі (суп) абагульнены і развітыя ў працах біёлага Лін Маргуліс і Дорион Саган (1986). Яны разглядаюць як лагічныя факты, РНК і ДНК спантана ўтворыцца ў плыткіх мораў ранняй Зямлі, а таксама атрымалі магчымасць самастойна паўтарыць ідэальныя копіі саміх сябе. Яны прыраўноўваюць малекулы РНК на палову адкрытай маланкі. Пры правільным дадатковыя інгрэдыенты, адсутнічае паловы формаў з дапамогай існуючых РНК як шаблон.
Маргуліс і Саган (1986), звярніце ўвагу:
Малекула РНК можа зрабіць больш, чым капіяваць сябе. Паслядоўнасці яе нуклеатыдаў, таксама можа служыць сігналам для суседніх ніткі РНК прыкласці амінакіслот ў ягоным атачэньні, утвараючы такім чынам частка бялку, які, у сваю чаргу паскорыць ўзгадненне іншых малекул РНК, РНК, вырабляючы больш, больш пратэінаў як фрагменты, і так далей.
Гэта кажа аб тым, што на крытычным узроўні эвалюцыі, нелінейныя паскарэнняў адбыліся з-за ўзроўню асацыятыўных ўзаемаадносін сярод развіваюцца малекул. Гэта можа дапамагчы растлумачыць, якім чынам біялагічныя сістэмы можа вырабляць "парадку з хаосу", і, такім чынам, па-відаць парушае другі закон тэрмадынамікі, які сцвярджае, што спарадкаваныя сістэмы павінны рассеяцца да беспарадку.
Маргуліс і Саган апісвае наступны сцэнар развіцця жыцця на Зямлі. РНК адукацыі ў першасным булёне прывяло да эвалюцыі двухцепочечной ДНК эоны праз. Гэта, у сваю чаргу, дало магчымасць поўнае разнастайнасць жыцця, як выяўляецца ў багацці структуры і функцыі бялкоў і іншых макрамалекул. Жывучасць быў узмоцнены корпус дынамічных малекул ўнутры мембран, па-відаць ўтворыцца, калі фосфолипидных вуглевадародаў выраўнаваны, і, паколькі ім было прад'яўленае абвінавачванне на адным канцы, адукаваных сферычнымі кропелькі, якія паглынутых біямалекул. З з'яўленнем іённых каналаў і іншыя мембранныя вавёркі прыйшоў нарматыўна напругі і дыскрэтных мікракосм: "будовы пракарыятычнай" бактэрыяльнай клеткі.
3,2 пракарыёт да эукарыёт.Асноўныя-сымбалічнай Перайсці
Распаўсюд пракарыёт літаральна змянілі аблічча зямлі. Па словах Маргуліса / Саган сцэнары, калектыўны каманды бактэрый сабраліся пажыўныя рэчывы, выдаляюцца таксіны, перапрацаваных арганічных рэчываў шляхам уключэння адходаў у прадукты харчавання і стабілізаваць атмасферу. Будовы пракарыятычнай бактэрый вырабляецца аміяк, які рэгулюецца кіслотнасць акіянаў і лагун і павышэнне тэмпературы Зямлі праз "парніковы" эфект, падобны на тым, што вуглякіслага газу (які прапускае больш сонечнай радыяцыі, чым можа ўцячы). Каля двух мільярдаў гадоў назад, фіялетавы і зялёны фотосинтезирующие бактэрыі пачалі выкарыстоўваць ваду для вытворчасці вадароду багатай злучэннямі, вылучаючы кісларод, які быў атрутным для большасці ("анаэробных") пракарыёт. Гэта "таксічных адходаў крызісу" ціск прыстасаванняў, уключаючы моторіку сістэмах пазбегнуць ўздзеяння кіслароду, детоксікація, і ў канчатковым выніку кіслароду дыхаць. Выніковая рана "аэробных" бактэрыі будовы пракарыятычнай квітнела на працягу некалькіх соцень мільёнаў гадоў, але, як кісларод паветра павялічылася, аэробных і анаэробных бактэрый спарадзіў новая палепшаная форма жыцця, або эукарыятычнай ядросодержащих клетак.
Мы ўсіх эукарыёт.Асноўныя, як і ўсе жывёлы, і амаль усе расліны, якія існуюць на Зямлі. Эукарыятычнай клеткі адрозніваюцца ад сваіх будовы пракарыятычнай продкаў, арганізаваўшы інтэр'ераў клеткі (цытаплазме або пратаплазмы), уключаючы асобныя мембраны зачыненых адсекаў (ядраў), якія ўтрымліваюць, нараўне з іншымі структурамі, храмасомы: ДНК бібліятэк і іх падтрымку бялкоў. Эукарыятычнай цытаплазме звычайна змяшчае мітахондрыі, хімічныя заводы, якія выкарыстоўваюць энергію кіслароду для генерацыі АТФ у якасці паліва клетачнай актыўнасці (дыханне) і, у межах зялёных раслін, хларапласты, пераўтваральныя сонечную энергію ў хімічную энергію прадуктаў харчавання (фотасінтэз).
Эукарыятычнай клеткі надзвычай складанай у параўнанні з іх будовы пракарыятычнай папярэднікаў. Выкапні запісы паказваюць, што эукарыёт.Асноўныя з'явіліся раптоўна, без бачных прамежкавую форму, якая б паказвала прагрэсіўнай генетычнай мутацыі ад пракарыёт. Гэты эвалюцыйны разрыў, які аддзяляе бактэрый і сіне-зялёных водарасцяў ад усіх іншых нашых дзён клеткавых формаў жыцця, таямнічая дыхатаміі, эвалюцыйнай прорвай. Тлумачэнні на аснове сімбіёзу, узаемавыгаднага асацыяцыі, былі выказаны Marishkowski ў 1905 годзе і Валле ў 1922 годзе (Маргуліс і Саган, 1986). Яны выказалі здагадку, што эукарыятычнай клетках у выніку сымбалічнай асацыяцыі двух тыпаў пракарыёт-прымітыўных "Monera" і больш прасунутыя кокки тыпу бактэрый. Прыём кокки па Monera, як мяркуюць, прывёў да стабільнай сімбіёз, у якім больш развіты кокки стаў ядзернага матэрыялу і Monera стаў цытаплазме. Marishkowski прапанаваныя іншых прыкладаў сімбіёзу, такія як з'яўленне зялёных раслін з саюза бескаляровы ядзерных клетак і хвіліны cyanophycae які стаў хларапластаў спецыялізаваныя для фотасінтэзу. Прапанаваны саюз падобны на сімбіёз зялёных водарасцяў і грыбоў форме лішайнік, і хларапластаў у мнагаклетачных, такіх як гідры. Валле прапанаваў мітахондрыі паўсталі як сымбалічнай бактэрыі, якія ўведзены, і стаў абавязкова ўкараніліся ўнутры клетак жывёл.
Больш поўны "эндосимбиотических" тэорыі паходжання эукарыёт.Асноўныя было ўведзена біёлаг Лін Саган (пазней Лін Маргуліс) у 1967 годзе. Яна выказала здагадку, што будовы пракарыятычнай клетак (у прыватнасці, анаэробных гетеротрофных бактэрый) была серыя з трох сымбалічнай падзей, якія прывялі да першай эукарыёт.Асноўныя. У перыяд адаптацыі да дыханню кіслародам аэробных гетеротрофов была ахоплена анаэробных гетеротрофов. Аэробных бактэрый стаў продкам мітахондрый, пераўтварэння кіслароду ў СПС і заставаўся ўнутрыклеткавых арганэл. Наступны сымбалічнай падзея, па словах Саган-Маргуліс, было ўжыванне спірахета-рухомых арганізм, які падарожнічаў па пугу зьбіцьці яе хвост, як у паляць бялкоў цитоскелета. Прыём жгутиков і іх ўнутрыклеткавай якары, базальныя цяля, як мяркуюць, прывёў да ресничек, центриоли і микротрубочки цитоскелета-структурныя і арганізацыйныя элементы, якія прынеслі магчымасці для руху клеткі, цытаплазматычнай арганізацыі, і (мабыць) апрацоўкі інфармацыі (мал. 3.1). Некалькі вейчыкі надаецца клеткавых мембран і пашырэнне знешне уключаны аднаклетачныя арганізмы, такія як парамеций плаваць а ў водным асяроддзі, што значна пашырае іх здольнасць знаходзіць ежу, пазбегнуць драпежнікаў, і павялічыць свае гарызонты. У іншых стацыянарных арганізмаў вейчыкі магла цечу экалагічнай асяроддзі мінулым арганізма, дасягненне такіх жа вынікаў. У цытаплазме, цитоскелета структур, такіх як центриоли, базальныя цяля і микротрубочки арганізаваны, арыентаваны і транспартуюцца арганэл і матэрыялаў. Эукарыятычнай цитоскелета ўзяў на функцыі падобна механічныя лесу, канвеер рашоткі, і ўласнай нервовай сістэмы клеткі.
Базальныя цела, ресничек, жгутиков і центриолей з'яўляюцца зборкі микротрубочек, самі комплексу цыліндрычнай зборкі бялковых субадзінак, і паўсюдна па ўсім эукарыятычнай біялогіі. У гэтых арганэл, дзевяць пар або тройкамі микротрубочек размешчаны ў супер-цыліндравы, якія могуць мець дадатковыя пары микротрубочек ў яе цэнтры (9 2 ці 9 0 дамоўленасцей, малюнак 03/02). Удзел гэтых структур практычна ва ўсіх асобнікаў дынамічных дзейнасці клеткі (Мітоз, рост і дыферэнцыяванні, перамяшчэнне, прыёму ежы ці фагацытозу, цытаплазматычнай руху і г.д.) значна паскорыла магчымасці эукарыятычнай клетак. Выкарыстоўваючы хімічную энергію ад мітахандрыяльнай АТФ, гэтыя элементы цитоскелета, па-відаць, забяспечваецца не толькі стабільную структуру і моторіку, але і складаныя "кампутар-як" сістэмы апрацоўкі інфармацыі.
Эукарыятычнай тэхналогіі мікробнага быў у адрозненне ад асноўных бактэрыі як асноўны кампутар кадр лічыльнікі. Эукарыёт.Асноўныя квітнеў, развіваўся і вырашыць экалагічныя праблемы шляхам змешвання і зліцця. Фарміраванне новых калектываў, у рэшце рэшт яны знайшлі свой шлях з вады на зямлю і паветра і пашырылі сваю дзейнасць у самых разнастайных формах расліннай і жывёльнай жыцця, якая з тых часоў населеных біясферы. Чалавечы мозг і нервовая сістэма апошніх інавацый; хомо сапіенс мабыць з'явіліся каля 50 тысяч гадоў таму.
Эндосимбиотических тэорыя можа растлумачыць нелінейнай скок у эвалюцыі, якая адбылася з з'яўленнем эукарыёт.Асноўныя, але ёсць свае нядобразычліўцы. Напрыклад, Хайман Хартман (1975) з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута адзначыў, што, у той час як мітахондрыі і хларапласты пагадзіўся, паўстала як свабодныя клеткі будовы пракарыятычнай жыцця, ёсць некаторы пытанне аб тым, радавод базальных цяля і центриолей. Саган-Маргуліс (1967) сцвярджаў, што:
пасля ўступлення ў гаспадара, напрыклад symbiot можа страціць ні ад аднаго да ўсіх яго сінтэтычныя магчымасці, акрамя здольнасць капіяваць сваю ДНК і сінтэз камплементарнай РНК ад ДНК-абавязковай умовай любога арганізма.
Малюнак 3.1: сымбалічнай прыёму рухомыя спірахета ад прымітыўных бактэрый, у выніку першага "эукарыёт.Асноўныя" клетак. Нитчатые вавёркі спірахета стала, па словах Саган-Маргуліс (1967), центриолей і цитоскелета забеспячэння руху і арганізацыі цытаплазмы. Пол Jablonka
Гэта азначае, што сымбалічнай арганэл, якая ўзнікла як асобныя арганізмы павінны захоўваць свае нуклеотидных магчымасці сінтэзу. Мітахондрыі і хларапласты як было паказана, маюць уласныя ДНК, аднак ДНК не былі ізаляваныя з центриоли або базальных тэл. Гэтыя арганэл цитоскелета, на самай справе, звычайна самастойна паўтарыць без ДНК, хоць Хартман паказаў, што РНК можа існаваць у сувязі з базальных целамі. Магчыма centriolar ДНК заблукаў у эвалюцыйным мяшання, або цитоскелет валодае іншымі механізмамі перадачы інфармацыі. Пасведчанне цытаплазматычнай перадаванай інфармацыі на працягу сотняў пакаленняў парамеций без генетычнай ўдзелу (Aufderheide, Франкель і Williams, 1977) мяркуе, што центриолей і цитоскелета іншыя элементы могуць мець пэўную ступень незалежнасці (мал. 5.27). Рэальная апрацоўка інфармацыі час знаходзіцца ў правінцыі цитоскелета, так рэплікацыі ДНК не можа быць "абавязковай умовай" жывых арганізмаў. Дынамічны, калектыўнай дзейнасці центриолей, микротрубочек і іншых бялкоў цитоскелета можа выяўляцца біялагічнай разведкі і быць бліжэй да сутнасці жыцця, чым генетычных механізмаў. Неадназначнае формы жыцця могуць быць асабліва важныя ў будучыні.
3,3 Центриоли-Evolution ў згоншчыкі
З'яўленне центриолей і цитоскелета, звязаных структурах, як рухомыя інтэлектуальных арганізатарамі на эвалюцыйнай сцэне 1000000000 гадоў таму, магчыма, было ключом да поспеху для эукарыёт.Асноўныя, і пачатак лініі, якая прывяла да чалавечых свядомасцю.
Центриоли з'яўляюцца канкрэтным апаратам ў жывыя клеткі, якія выклікаюць і накіроўваць асноўныя рэарганізацыі клетачнай структуры, якія адбываюцца падчас Мітоз, росту і дыферэнцыяванні. Центриоли складаюцца з двух аднолькавых цыліндраў (кожная з якіх таксама называюць "центриоль"), дыяметры якіх 0,2 мкм (200 нм). Кожны цыліндр мае дзевяць разоў радыяльнай сіметрыяй і складаецца з микротрубочек трайнят падоўжна зрослыя. Колам ніткападобныя структуры (або "круцёлка") з'яўляецца, каб змацаваць канцы кожнага цыліндру центриоли. Адзін центриоль спараджае іншую рэплікацыі, якое адбываецца пад прамым вуглом да падоўжнай восі цыліндраў. Гэта перпендыкулярна рэплікацыі, які ініцыюе Мітоз нелагічным у параўнанні з падоўжнай рэплікацыі або дзяленнем, і застаецца адной з таямніц навакольнага центриоли.
Малюнак 3.2: Центриоли з'яўляюцца цыліндрамі з 9 триплетов микротрубочек, паказаны тут, у папярочным перасеку. Пары центриолей асацыяваць пад прамым кутом сябар да сябра, як паказана тут, унізе. Пол Jablonka.
Центриоли пражываюць у межах частка цытаплазмы вядомы як центросомы (або centrosphere) побач з ядро клеткі вонкавай мембраны. Па запуску і кіруючых полімерызацыі микротрубочек цитоскелета і іншых элементаў, центриоли ў часе і прасторы арганізацыі цытаплазмы ("микротрубочек арганізуючым цэнтрам"-КТВМ, малюнак 3.3 i кіраўніка 5). Напрыклад центриоли і микротрубочки (митотического верацяна) асобныя храмасомы і стварэння даччынай клеткі архітэктуры (мал. 03/04)-функцыі, якія мелі велізарныя перавагі ў паскарэнні эвалюцыі эукарыёт.Асноўныя.
Малюнак 03/03: шпіндзеля полюса центриоли PtK2 ячэйкі митотической нырак. Перпендыкулярна центриоли бачныя ў шчыльным pericentriolar матэрыял, з якога MT выпраменьваць, ўсеяная immunogold. Нитчатые сеткі Відаць, правы, а галоўнае, микротрубочек арганізуючым цэнтрам (КТВМ). Маштаб: 3,3 мм на мікрафатаграфіі = 100 нм. З дазволу Geuens, Гундэрсена Nuydens, Cornelissen, Булинский і DeBrabander (1986), ласкава Марк DeBrabander і Янссен фармацэўтыка Research Laboratories
Центриоль тыпу базальных цяля, дзейнічаючы паблізу клеткавых мембран, выклікаць адукацыю вейчыкі як прыдаткі, якія выступаюць ад вонкавай паверхні клеткі. Вейчыкі маюць структуры практычна ідэнтычныя, за выключэннем центриоли быць мембрана пакрыта, а ў выпадку ресничек матор, які мае пару цэнтральных микротрубочек і скарачальнай узаемасувязяў, якія дзейнічаюць на выгіб і хвалі ресничек ў разнастайных функцый кіравання. Яны вар'іруюцца ад прывядзення ў рух аднаклетачных парамеций да высылцы з пылу і часціц з дыхальных шляхоў чалавека. Акрамя таго, сэнсарныя вейчыкі дазволу сувязь з навакольным асяроддзем ў шырокім дыяпазоне ад біялагічных аднаклетачныя арганізмы з ўнутранага вуха чалавека, трансдуцирующих механічны гук у нервовай сістэме. Пакалення рухомых і сэнсарнымі вейчыкамі дазволіла эукарыятычнай клетак, як парамеций блукаць шырэй колькасці іх воднай асяроддзі, служачы, каб максымізаваць іх прадуктамі харчавання, а таксама ўспрымаюць сэнсарную інфармацыю з навакольнага асяроддзя. У выніку комплексу мерапрыемстваў з удзелам логікі і апрацоўкі інфармацыі, якая прывяла дзевятнаццатым стагоддзі навукоўцы прыпісваць зачаткавым свядомасць такіх арганізмаў.
Яшчэ адна загадка навакольнага центриоли, з'яўляецца іх камандаваннем арыентацыю ў прасторы і здольнасць перадаць гэтую інфармацыю іншым цитоскелета структур. Навігацыя і адчуванне цяжару былі прапанаваныя для прадстаўлення "гироскопических" функцыі центриолей (Bornens, 1976), якія таксама былі апісаны як ідэальна падыходзяць сігнал дэтэктараў (Альбрэхт-Бюлер, 1981). Гэтыя і іншыя мадэлі апрацоўкі інфармацыі і выведкі ў центриолей і цитоскелета будуць разгледжаны ў раздзеле 8.
Адносіцца да эвалюцыі з'яўляецца тое, што центриоли пры ўмове эукарыёт.Асноўныя складаныя сотавай апрацоўкі інфармацыі і сістэмы сувязі. Наступствы такой сістэмы па біялогіі, мабыць, аналагічна патэнцыйнае ўздзеянне кампутараў на грамадства. Таямніца і эстэтычнай элегантнасці центриолей, а таксама той факт, што ў некаторых выпадках яны з'яўляюцца лішнія, стварылі загадкавую аўру аб гэтым цудоўным арганэл. У прадмове да Уитли (1982) Кніга Центриоли: Цэнтральны Enigma ў клетачнай біялогіі, біяхімік Р. Брынклі гаворыцца:
Перад тэлескоп Gallileo кінулі выклік іх погляды, рана навукоўцы сцвярджалі, што Зямля з'яўляецца цэнтрам Сусвету, вакол якой круціцца Сонца. Пасля іх адкрыцця святлом микроскопистов, центриоли давалі аднолькавую пастаянную ролю ў цытаплазме эукарыятычнай клетак. У гэтую хвіліну арганэл лічылася, што цэнтрам сусвету... цытаплазматычнай.
Структурных Центриоли «прыгажосць, недаступная розуму геаметрыі, складанае паводзіны, навігацыйныя каманды і відавочна паходжанне, захопнік з будовы пракарыятычнай царства дадаць да іх загадкавасць. Запіс у кнізе Уитли, Patelca гаворыцца: ". Біёлагаў ужо даўно пераследуюць магчымасць таго, што першараднае значэнне центриолей ўцёк іх"
Магчыма зрабіць выснову, што центриоли разумныя нана-рухавікі, якія «дэзерціраваў з карабля" ад папярэдняга выгляду да сымбалічнай высакакласныя іх лад жыцця. Паступаючы так, яны кооптации біялогіі і, у згодзе з іншымі дынамічнымі структурамі цитоскелета, штурхнуў разведкі да цяперашняга этапу эвалюцыі. Наступны сымбалічнай падзея можа мець далёка ідучыя наступствы ў роўнай ступені. Нанапамерным тэхналогій могуць напрамую ўзаемадзейнічаць з биомолекулярных інтэлекту.
Малюнак 03/04: Центриоли у дзяленні клетак. 1) Перасек центриоль триплет микротрубочек. 2) Перасек центриоль з 9 триплетов микротрубочек, 9 спадарожнікавай органаў і цэнтральнай "круцёлкі" структуры. 3) центриоль пар паблізу ядра клеткі, да клеткавага дзялення. 4) центриоль пар аддзяляецца і міграцыі; храмасом гатовыя да падзелу. 5) Митотическая шпіндзеляў, які складаецца з микротрубочек, утварыліся з цэнтраў центриоль (MTOCs) з храмасом у сярэдзіне. 6) центриолей микротрубочек на якары падзяляльнай пару дублікаты храмасом. Пол Jablonka.
3,4 Biotech Evolution-Наступная Сімбіёз
Ёсць некалькі прыкмет таго, што развіццё тэхналогій прымусіць іншага нелінейнага паскарэння ў біялагічнай эвалюцыі, якая займалася крызісаў, такіх як таксічныя кіслароду двух мільярдаў гадоў назад, выкарыстоўваліся новыя крыніцы энергіі, населеныя новых умовах, распрацаваны новыя формы, і спарадзіў тэхналогій, якія самі эвалюцыянавалі. Многія назіральнікі былі ўстрывожаныя тэхналагічнай эвалюцыі. У дзевятнаццатым стагоддзі вучоны / сатырыка Сэмюэля Батлера (Маргуліс і Саган, 1986) разгледзелі магчымасць машыны падаўлення людзей і пры ўмове вяршэнства зямлі:
чалавек стане на машыне, што коні і сабакі да чалавека, ён можа працягваць існаваць, нават палепшыць, і будзе probar Блай лепш у стане прыручэнне пад дабратворным праўленнем машын, чым ён ёсць у яго цяперашнім дзікім стане. У рэшце рэшт мы ставімся да сваёй коні, сабакі, буйную рагатую жывёлу і авечак у цэлым з вялікай дабрынёй. Мы даем ўсе вопыт вучыць нас быць лепш для іх. Падобным жа чынам, разумна выказаць здагадку, што машыны будуць ставіцца да нас добразычліва для іх існавання, як залежыць ад нашай, як наша, ёсць на ніжэйшых жывёл.
Мы, вядома, ёсць некаторыя жывёлы, і эксперымент на іншых. Здаецца, кожная новая тэхналогія палка аб двух канцах умяшчальнасцю дабро ці зло, асноўныя "Франкенштэйна" сцэнары. Але апора на новыя тэхналогіі, верагодна, неабходным і непазбежным для адаптацыі і выжывання ў пастаянна цеснаты і паступова таксічных свету. Маргуліс і Саган (1986) прыводзяць агульныя тэарэтык Джон Плат сістэмы, які з'яўляецца студэнтам эвалюцыйнага паскарэння і лічыць, што жыццё на Зямлі можа быць набліжаецца да надзвычай важным паваротным момантам. Глабальныя вылічальныя і камунікацыйныя, якая ўзнікла пасля Другой сусветнай вайны стала, па словах Плата: "калектыўнага сацыяльнага нервовай сістэмы для кіравання мільёны нашых праблем, і яе значэнне для будучыні доўга дыяпазон можа быць так вялікая, як у першага навучання нервовай сістэмы ".
Новыя тэхналогіі могуць дапамагчы біялогіі мець справу непасрэдна з бягучых і будучых крызісаў. У сваёй кнізе мікракосмас: 4 мільярда гадоў эвалюцыі ад нашых продкаў мікробная, Маргуліс і Саган (1986) апісваюць некаторыя дзіўныя магчымасці. Яны адчуваюць, што бягучыя чалавек трохі больш, чым супольнасці бактэрый, модульныя праявы зараджаюцца клеткі, і што новыя «штучныя» формы жыцця выйдзе з сімбіёзу зліццё біялогіі і тэхналогіі. Яны бачаць, як гэта адбываецца па трох напрамках: генетычныя біятэхналогіі, кампутар робататэхніцы, і биочипов:
... Аднойчы неўзабаве ўвесь касцюмы генаў, бялкоў і гармонаў можа быць ўзгоднены ў лабараторыю, каб стварыць новыя віды мікробаў. Як атрымаць больш глыбокае разуменне эмбрыялогіі і імуналогіі мы абавязкова клон клетак у паступова больш буйныя і больш складаныя арганізмы, што ўмешвацца ў нашай уласнай эвалюцыі.
Як кампутар робататэхнікі развівацца smallward стаць нанатэхналогіі, калектыўныя ўзаемадзеяння з генетычнай біятэхналогіі і прыродных биочипы могуць паскорыць наступны эвалюцыйны фазавы пераход: розум / тэхналогіі сімбіёз.
Маргуліс і Саган (1986):
Робататэхніка і бактэрыі [можа стаць]... у канчатковым рахунку аб'ядналіся ў биочипов грунтуецца не на крэмніі, а на складаных арганічных злучэнняў.... Выраблена малекул будзе абменьвацца энергіяй з навакольным асяроддзем... каб ператварыць яго ў інфармацыі [і] адкрытых дзвярэй "cybersymbiosis" comingling чалавека і вырабленыя дэталі ў новыя формы жыцця і ў канчатковым выніку дазволіць нам рэмейк нашага выгляду.... Чалавек разумны можа выжыць толькі як рудыментарны орган, хупава раздзеленыя нервовую сістэму, падлучаную да электронных прывадам пластыкавых зброі.
Ханс Моравеца (1986) ад Лабараторыі робататэхнікі Карнегі-Меллона і аўтар Розуму дзяцей ёсць сваё бачанне розуму / тэхналогіі сімбіёз, у якім звышдакладныя робата хірургаў мозгу перадаваць праграмнае забеспячэнне чалавечага свядомасці да суперкампутару. Ён апісвае перавагі існуючых у крэмній або арсенід галію з робатам органаў. Гэтыя ўключаюць быць непранікальнай для цвёрдых умоў, электронны транспарт праз галактыкі і імунітэт да хвароб. Макс запас з'яўляецца гіпатэтычная асобу тэлебачання, чыё прытомнасць існуе выключна ў межах кампутараў і электроннага абсталявання. Розум ўтрыманне ЧМТ motocyclist ("Макс. Габарытная вышыня 2,3 м", быў яго апошні здымак да аварыі) якім-небудзь чынам перадаюцца, сабраныя, і актыўна існуючыя ў электронных схем. Некалькі з культавай фігурай відэа, Макс запас можа быць першым з пароды technocognitive асоб.
Comingling розуму і тэхналогія будзе спрытны трук, багаты патэнцыйных выгод і небяспек! Вядома, гэта будзе залежаць ад разумення механізму свядомасці, якая ў цяперашні час недаступны. Магчыма бліжэйшы даступныя наносенсоры змогуць дынамічна ўзаемадзейнічаюць на ўзроўні цитоскелета рашоткамі бялку ва ўсіх жывых клетках. Гэта ўзаемадзеянне можа прывесці да наступнага сімбіёз, адзін з якіх будзе мець вялікі ўплыў на біялогію гэтак жа як і пераход ад пракарыёт да эукарыёт.Асноўныя. Калі нанатэхналогіі і біялогіі стаць сымбалічнай, свядомасць можа быць таварам.
4 з мозгу ў цитоскелета
4,1 Нервовая сістэма Эвалюцыя
Нямецкі філосаф Ніцшэ пісаў:
"Тады вы павінны быць навукоўцам, поле якога п'яўка" сказаў Заратустра ", і вы павінны пераследваць п'яўку да апошняга ніжняй рок, вы добрасумленны чалавек!" «О Заратустра!" адказаў чалавек, "які быў бы жахліва, як я мог да такой маштабнай задачы, што я майстар і знаўца гэта мозг п'яўкі?. гэта маё поле, і гэта ўся Сусвет"
Чалавечы мозг, падобна, адбыліся ад папярэднікаў дажджавых чарвякоў і п'явак, развіццё якіх было важнай вяхой у эвалюцыі эукарыёт.Асноўныя (Somjen, 1983). Гэтыя нервовыя сістэмы арганізмаў, верагодна, складаўся з ланцугу арганізаванай навалы нервовых клетак, званых ганглиями, ці, магчыма, дзве ланцужкі ганглиев парныя сіметрычна з павялічанай ганглии галавы ў пярэдняй часткі. Палярнасці і прывілеяваных восі арыентацыі які вызначыў гэтыя асноўныя нервовай сістэмы звязана з палярнасці і асіметрыі ў межах іх кампанентаў нервовых клетак, або нейронаў, кожны "сусвету" сваіх уласных. Як будзе апісана ў наступных раздзелах, нейронавыя арыентацыі і асіметрыі вызначаюцца цитоскелета, якія ў многіх адносінах, нервовай сістэмы ва ўсіх вышэйшых раслін і жывёл клетках.
У ходзе эвалюцыі галаву ганглия прымітыўнай п'яўкі пачалі дамінаваць над іншымі членамі яго ланцуга, выконваючы "рашэнні", якое патрабуецца супрацоўніцтва ўсяго сходу. Кожны сегментарнага ганглии яшчэ захоўвалі некаторую аўтаномію дзеянняў і, калі рэжуць на кавалачкі, такія істоты, магчыма, былі здольныя рэгенераваць зусім новы асобныя арганізмы, як і яго бягучай нашчадкаў. Пары ланцуга ганглий п'яўкі нагадвае сімпатычнай ланцужкі ганглиев хрыбетнікаў, якія захоўваюць ступень аўтаноміі. Напрыклад, вегетатыўная нервовая сістэма чалавека можа эфектыўна рэгуляваць сэрца, кішачніка, крывяносных пасудзін і іншых органаў і сістэм, нават пры адключэнні ад галаўнога і спіннога мозгу.
Пераход ад сегментаваць арганізма нервовай сістэмы, як нашы ўласныя, верагодна, адбылася з-за зліцця парныя ланцужкі ганглиев ў трубкообразный структуру нервовай тканіны. Парныя нервовых карэньчыкаў затым выйшаў з прымітыўных цэнтральная сістэма падобная на карэньчыкі спіннога мозгу пазваночных сёння. Гэтыя карані, звязаныя цэнтральнай нервовай сістэмы з перыферычнай органаў пачуццяў, цягліц і залоз. У рэшце рэшт, галаўнога канец нервовай трубкі павялічыўся ў памерах і значэнні, пакуль яна дае перавагу ў большасці нервовай сістэмы функцый, працэс, які называюць "энцефализации" знакамітага ангельскага неўролага Hughlings Джэксан (Somjen, 1983). Энцефализации, якія адбыліся за эоны і, магчыма, працягваецца ў цяперашні час у чалавеку, адлюстроўвае развіццё іерархічнай арганізацыі ў адваротным выпадку паралельных, размеркаваных сістэм. Мозг кампаненты, якія больш высока арганізаванай і здольнай больш складаныя функцыі, як правіла, новыя ў эвалюцыйным маштабе (напрыклад, "Кара галаўнога мозгу"). Калектыўная іерархія паралельных сістэм апрацоўкі інфармацыі на аснове функцыянальнай арганізацыі, якая ўключае субклеточных элементаў (цитоскелета і цытаплазматычнай рэчывы зямлі) паказана ў табліцы 4.1.
4,2 нервовай сістэмы арганізацыі
Мозг дзейнасці інтэнсіўна вывучаюцца розныя дысцыпліны на працягу многіх гадоў. У наступных раздзелах, рэквізіты арганізацыі мозгу прадстаўлены. Мэтай з'яўляецца забеспячэнне дастаткова ўсёабдымны фон для таго, каб апраўдаць сцвярджэнне, што цитоскелет з'яўляецца асноўнай асяроддзем апрацоўкі інфармацыі ў мозгу нейронаў.
4.2.1 Архітэктура
Цэнтральнай нервовай сістэмы (ЦНС) пазваночных жывёл, уключаючы чалавека арганізаваны ў ўзыходзячай іерархіі паралельных структур, спіннога мозгу, ствала мозгу, і мозг. Перыферычная нервовая сістэма складаецца з перыферычных нерваў і ганглиев вегетатыўнай нервовай сістэмы. Чалавечы мозг змяшчае каля ста мільярдаў нейронаў. Эвалюцыя прывяла да "галаўнога" зрух значэння, адноснага памеру, а таксама кантроль у адносінах да вышэйшых цэнтрам ці кары галаўнога мозгу, якая ў чалавеку ёсць больш буйныя і больш складаныя, чым у іншых млекакормячых. Ёсць абагульненыя падабенства ў структуры, складзе і функцыянаванні цэнтральнай нервовай сістэмы ва ўсіх хрыбетнікаў. Нейроны на працягу ўсяго нервовай сістэмы самі па сабе з'яўляюцца арганізуюцца іх цитоскелетов кампанента.
Мозг / Розум |
свядомасці, "Я", "Вока Розуму", увага |
Мозг сістэмы, гомункулов, "цэнтры" |
функцыянальна звязаных нейронаў, анатамічных абласцях, |
Нейронавых сетак Synaptic, картэлі, Модулі |
кааператыўнага з-за шчыльнай узаемасувязі, раўналежнасць, |
Нейрон |
некалькі сінаптычную уваходаў і выхадаў, дендритные апрацоўкі, |
Цитоскелета |
центриоли, микротрубочки, ніткі, сінаптычную марфалогіі, |
Цытаплазматычнай Рэчыва Зямля ("Infoplasm") |
золь-гель дзяржаў, геадэзічныя актин, Тенсегрити структур, |
Табліца 04/01: Калектыўныя іерархіі паралельных сістэм апрацоўкі інфармацыі.
Мозг / Розум
свядомасці, "Я", "Вока Розуму", увага
Мозг сістэмы, гомункулов, "цэнтры"
функцыянальна звязаных нейронаў, анатамічных абласцях,
сходах сетак, рэверберацыя
Нейронавых сетак Synaptic, картэлі, Модулі
кааператыўнага з-за шчыльнай узаемасувязі, раўналежнасць,
асацыятыўнай памяці, навучання, сінаптычную пластычнасці
Нейрон
некалькі сінаптычную уваходаў і выхадаў, дендритные апрацоўкі,
сінаптычную пластычнасці, axoplasmic транспарту
Цитоскелета
центриоли, микротрубочки, ніткі, сінаптычную марфалогіі,
прасторава-часовай клеткавай арганізацыі,
клеткавых аўтаматаў, кагерэнтныя ваганні
Цытаплазматычнай Рэчыва Зямля ("Infoplasm")
золь-гель дзяржаў, геадэзічныя актин, Тенсегрити структур,
ўпарадкаванай вады, диссипативные мадэлі, галаграфічныя ўмяшання
Табліца 04/01: Калектыўныя іерархіі паралельных сістэм апрацоўкі інфармацыі.
4.2.3 Interneuronal Synapses
Патэнцыялы дзеянні і аксонов заканчваецца ў сінаптычную сувязяў з іншымі нейронамі або эффекторных клетак, такіх як мышцы або залозы. Заключная частка галіны аксонов тонкія з апухлымі сінаптычную тэрміналаў вядомы як boutons. Некаторыя аксонов можа мець некалькі boutons, кожны з якіх фарміраванні сінапсаў. Як правіла, сінапсы ўтворацца паміж тэрміналам аксонов і дендритов іншага нейрона, хоць аксонов-клетак цела, аксонов-аксонов і дендритов-дендритных сінапсаў таксама адбыцца. Шматлікія, нават большасць, дендритные сінапсы сустракаюцца на дендритные "шыпы" выступы вузлаватыя дендритных.
Два рэжыму сінаптычную сігналізацыі былі прызнаны: электрычныя і хімічныя. У электрычных сінапсаў, токаў, генераваных імпульс пресінаптіческой нерва тэрмінал перадавацца непасрэдна да наступнага нейроны праз нізкі супраціў шлях (які можа быць сетках пазаклеткавай нітак бялок, вядомы як "synapsin"). Сайты для электрычнай сувязі паміж клеткамі, якія былі выяўленыя ў электроннай мікраскапіі, як шчылінныя кантакты, у якіх звычайныя міжклеткавай прастору ў некалькі дзесяткаў нанаметраў зніжаецца прыкладна да двух нанаметраў. Там, як уяўляецца велізарная колькасць электрычных сінапсаў у мозгу сысуноў (па адзнаках, дасягае 80 адсоткаў усіх сінапсаў), але з-за цяжкасцяў у ізаляцыі, характарыстыка і няздольнасць да іх вывучэнню з дапамогай фармакалагічных маніпуляцый, іх значэнне застаецца невядомым. Хімічныя сінапсы былі старанна вывучаны.
У хімічных сінапсаў вадкасці разрыву паміж пресінаптіческой і постсинаптической мембраны перашкаджае прамым распаўсюджваннем току і адсутнасць электрычных злучэнняў паміж нейронамі. Сінаптычную Bouton змяшчае вялікую колькасць сферычных бурбалак (каля 50 нанаметраў у дыяметры), якія ўтрымліваюць медыятар малекул. Ацэтылхалін, норадреналіна, серотонін, дофаміна, гама-амінакіслата алейная (ГАМК) і розныя пептыды і аміны, якія былі вызначаныя як нейромедиаторы. Некаторыя з іх узбуджальных той час як іншыя (напрыклад, ГАМК) душаць.
Малюнак 04/01: нейронавыя арганізацыі: 1) галінаванне дендритов (уверсе), які паступае цела клеткі або perikaryon; галінаванне аксонов выхаду на дно. 2) аксонов фарміравання сінапсаў на дендритах і цела клеткі. 3) Axon асяроддзі 100 слаёў миелина, які павялічвае хуткасць правядзення, структуры бачныя ў аксонов ўключаюць мітахондрыі, нейромедиатор бурбалкі і микротрубочек. 4) сінаптычную шчыліну; нейромедиатора везікуліт (уверсе справа) засцерагальнік з мембранай па меры іх выхаду. Пол Jablonka.
Малюнак 04/02: Схема мозгу функцыянальныя кампаненты. Пол Jablonka.
Паслядоўнасць падзей вызвалення малекул нейромедиаторов з нервовых канчаткаў дзіўна раўнамерным на ўсіх сінапсаў. Перадатчык малекул захоўваюцца ўнутры пресінаптіческой нервовых канчаткаў у дробныя бурбалкі, якія аналагічныя сакраторных гранул з жалезістых клетак. Колькасць нейромедиатора ў адным бурбалцы лічыцца "квантавай" і ў нервова-цягліцавых сінапсаў кожны квант складаецца з адной да пяці тысяч малекул ацэтылхаліну. Кожны патэнцыял дзеянні пресінаптіческой дасягнення тэрмінал рэлізы лік бурбалак квантаў ад некалькіх да некалькіх соцень. Механізм сувязі паміж патэнцыялам дзеянні і бурбалак рэліз ўключае ў сябе як кальцый і цитоскелета. Як імпульс патэнцыял дзеяння дасягае пресінаптіческой тэрмінал нерва, іёны кальцыя ўвесці цытаплазмы праз мембрану шляхам напругі закрытага канала. У пресінаптіческой нервовых канчаткаў, унутр іённага току патэнцыял дзеянні, такім чынам, ажыццяўляецца часткова натрыю і часткова кальцыя. Бясплатны кальцыя ў цытаплазме тэрмінал прычыны бурбалкі зліцца з паверхні мембраны і выгнаць іх змест. Механізмы, з дапамогай якіх кальцыя выклікае выпуск бурбалкі з пресінаптіческой тэрмінал не ясна разумець, аднак бялкоў цитоскелета у тым ліку скарачальнай актин, миозин і іншыя нитчатые вавёркі ўдзельнічаюць. Кальцый з'яўляецца пасярэднікам дынамічных скарачальнай дзейнасці ў жгутики і шкілетных цягліц і, як уяўляецца, каб выклікаць цитоскелета выгнанне нейромедиаторов з нервовых канчаткаў.
Пасля вызвалення, перадатчык малекул дыфузнага праз сінаптычную шчыліну і звязваюцца зварачальна з постсинаптические рэцэптары мембраны. Адлегласць паміж двума мембранамі досыць малая, што дыфузія займае каля мілісекунды, адносна павольны падзея ў параўнанні з пераключэннем у паўправадніках. Кожны раз, калі перадатчык малекула звязваецца з постсинаптической мембраны, гэта выклікае невялікая змена напругі ў постсинаптической мембраны называюцца мініяцюрныя патэнцыял канцавы пласцінкі, якая можа быць альбо узбуджальных або тармазных залежнасці ад малекулы нейромедиатора і постсинаптических рэцэптараў. У стане спакою Ёсць спантанныя выкіды асобных бурбалак, выклікаючы фонавы ўзровень мініяцюрных канцавых шайбаў патэнцыялы, якія знаходзяцца ніжэй парога дэпалярызацыі постсинаптической клеткі.
Спецыфічнае звязванне малекул нейромедиатора да паведамлення сінаптычную рэцэптараў змены пранікальнасці мембраны для іёнаў канкрэтных якія вырабляюць лакалізаваных патэнцыялаў рэцэптараў, якія з'яўляюцца альбо узбуджальным або тармозяць. Паведамленне постсинаптической мембраны "інтэгруецца" лакальныя патэнцыялы рэцэптараў ў часе і прасторы так, што пры "Парог" будзе перавышана, сігналы распаўсюджваюцца ў паведамленне сінаптычную дендрит, цела клеткі, або аксона.
Незалежна ад адказу узбуджальных або тармазных залежыць ад выгляду іённага канала правядзення сінаптычную току. Напрыклад, у нервова-мышачнай злучэнні, ацэтылхалін павялічвае паведамленне сінаптычную пранікальнасць для натрыю і калія, што прыводзіць да нервовай, деполяризующего патэнцыялу дзеянні. Паведамленне сінаптычную acetycholine актываваны каналы адкрыты працягу адной-двух мілісекунд і дазваляюць чыстая ўвод каля 2 х 104 іёнаў. Іншыя сінаптычную каналы застаюцца адкрытымі для дзясяткаў мілісекунд і прайсці 105 іёнаў або больш. Тым не менш іншыя пасады сінаптычную рэцэптараў пару непасрэдна цитоскелета змены і не звязаны з іённай праводнасцю на ўсіх. На тармазныя сінапсы, ГАМК можа павялічваць пранікальнасць для іёнаў хлору, кіраванне мембраннага патэнцыялу ад парога: Падаўленне можа таксама узнікаць папярэдне сінаптычную ў гэтым выпадку вызвалення узбуджальных нейротрансмиттеров не адбываецца. Камбінуючы некалькі ўваходаў, сінапсы "вылічыць", каб вызначыць іх выхаду.
Нервовыя клеткі ўплываюць адзін на аднаго альбо ўзбуджэнне, ствараючы імпульсы ў іншую камэру, альбо тармажэнне, імкнучыся прадухіліць імпульсы, якія ўзнікаюць у суседнія клеткі. Бакавыя тармажэнне таксама адбываецца; дзейнасць у групе актыўных аксонов тармозіць стральбы ў суседнім валакна, відавочным механізмам завострывання або факусоўкі. Нейрон атрымлівае мноства узбуджальных і тармозяць уваходаў ад іншых клетак (канвергенцыя) і ў сваю чаргу, пастаўкі многіх іншых (дывергенцыя). Працэс, пры якім нейроны аб'яднаць разам усе свае ўваходныя сігналы вядомы як інтэграцыя. Такім чынам, кожная клетка павінна інтэграваць мноства сінаптычную уваходаў (да 200 000 сінапсаў на нейрон), каб вызначыць яго ўласны выснову. Дадатковыя ўзроўні апрацоўкі на дендритных галінаванне, дендритных шипиков, актыўных вузлоў паміж миелиновых абалонак, а таксама змены ў сінаптычную эфектыўнасці ілюструюць складанасці на ўзроўні асобных нейронаў. Замест простага выключальніка, кожны нейрон больш падобны на кампутар. Intraneuronal цитоскелета нервовай сістэмы ў нервовай сістэме.
4,3 прадстаўленне інфармацыі
Цэнтральнай загадкай ў навукі аб мозгу як інфармацыя падаецца ў межах нервовай сістэмы. Разуменне механізмаў велізарныя ёмістасці для захоўвання, пошуку і апрацоўкі інфармацыі ў мозгу б велізарную карысць не толькі неўралогіі, але і рабочых у вобласці кампутарнай навукі, у прыватнасці, штучнага інтэлекту (ІІ). Сапраўды, велізарныя поспехі былі дасягнуты ў вобласці штучнага інтэлекту, выкарыстоўваючы "добрыя здагадкі" аб апрацоўцы інфармацыі мозгам і, наадварот, разуменне функцый мозгу і магчымасці вылучаецца А. І. звязаных у тым ліку тэорыі нейронавых сетак і паралельныя коннекционизма.
Асноўнае здагадка аб функцыі мозгу і супастаўнай аснове для AI лічыць паралельных сетак падлучаных прылад, у якіх нейронаў і іх сінаптычную сувязяў з'яўляюцца асноўнымі субстратамі. Аднак асобныя нейроны выконваюць значны аб'ём аналагавай апрацоўкі, як на ўзроўні дендритов і ў межах іх цитоскелета. Напрыклад, мадыфікацыі сінаптычную перадачы парог, краевугольным каменем нейронавай сеткі мадэлі навучання, рэгулюецца цитоскелета і яго цытаплазматычнай злучэння. Прагляд нейронаў у якасці асноўных лічбавых субстратаў (выключальнікі або вароты ў кампутары) можа быць з выглядам важным аспектам для арганізацыі выведкі.
4.3.1 Інтэграцыя-Шеррингтона рэфлекторныя цэнтры
Апрацоўка дынамічнага узбуджальных і тармозяць мадэляў дзейнасці ў масы нейронаў ("рэфлекторныя цэнтры") была апісана як «інтэграцыя» ад знакамітага неўролага CS Шеррингтон на працягу 1930-х гадоў.
Мозг пастаянна сутыкаюцца з задачай прыняцця рашэнняў на аснове інфармацыі аб знешнім свеце пры ўмове, сэнсарнымі канчатковых органаў і інфармацыі, якая захоўваецца ў памяці. У любы момант, якія ўваходзяць сігналаў ад розных крыніц на перыферыі ўзбуджаюць мозг. Механізмы, з дапамогай якіх розныя віды інфармацыі, якія прынятыя да ўвагі і прызначаныя прыярытэты называецца "інтэграцыя", якая ажыццяўляецца на ўсіх узроўнях арганізацыі мозгу. У глабальнай прыклад інтэграцыі, жывёла сутыкаецца з небяспекай інтэгруе ўваходны да двайковым рашэнне выснову: ". Змагайся ці бяжы" Нашы вышэйшыя цэнтры пастаянна атрымліваць інфармацыю, якія ўзнікаюць у самых разнастайных крыніц на паверхні цела і ва ўнутраных органах. Тыповы нейрон цэнтральнай стаіць задача падобны на мозг у цэлым. Гэта мэта, збежных узбуджальных і тармазных сігналаў, якія ён пераўтворыць ("інтэгруецца") у свае імпульсы. Агульныя прынцыпы інтэграцыі былі адкрыты ў пачатку 20-га стагоддзя Шеррингтон (1933, 1947), які запісаў напружанасці ў шкілетных цягліцах пры рэфлексу расцяжэння да электрычнай запісы з асобных клетак было магчыма. Інтэграцыя з'яўляецца адбывацца на ўсіх узроўнях нервовай сістэмы і паміж рознымі тыпамі арганізмаў: ракападобных, рыб і млекакормячых. Шеррингтон прапанаваў і прывёў доказы для інтэграцыі груп нейронаў, якія ён назваў нейронавыя масы ці рэфлекторныя цэнтры і выказаў здагадку, што яны карэлююць з анатамічна ідэнтыфікаваць "ядра".
Ядро з'яўляецца кампактнай вобласці шэрага рэчыва параўнальна аднастайнай нейронавай архітэктуры і вядомым мяжы, якая змяшчае высокую шчыльнасць цела нейронаў і сінапсаў. (Белае рэчыва асацыюецца з высокай шчыльнасцю кабеля тыпу валакна аксона.) Рэфлекс цэнтр зборкі нейронаў выконвае пэўную функцыю. Ядро з'яўляецца чыста марфалагічных ці структурных час цэнтр функцыянуе. Ядры могуць супадаць з цэнтрамі, але часцяком не (Freeman, 1972).
Канцэпцыя нейронавай цэнтры могуць перадаць няправільнае ўражанне анатамічна канкрэтныя функцыі, але застаецца, як рудыментарных спасылкай на канцэпцыю Шеррингтона нервовай сістэмы, і цяпер пазначае групы нейронаў, разбурэнне якіх прыводзіць да страты пэўнай функцыі і / або стымуляцыі, якія выклікаюць пэўныя паводніцкія або фізіялагічныя функцыі. Мозг функцыі выразна не падзеленыя паміж цэнтрамі такім жа чынам, як праца ў буйнай арганізацыі або завода дзеліцца паміж яго рознымі падраздзяленнямі і семінараў. Суадносіны паміж анатамічных абласцей прысвечана канкрэтных функцый, і мозг шырокага распаўсюджвання інфармацыі выклікае здзіўленне і складаным. Напрыклад, сытасці цэнтр размешчаны ў гіпаталамусе, а калі гэта агульнае рэгіёне стымулюецца ў жывёлу прыёму ежы, жывёла будзе спыніць ёсць, як быццам яно было дастаткова. Калі ж структура руйнуецца, жывёла есць занадта шмат, і таўсцее, як быццам яна ніколі не задаволеныя. Такім чынам ясна нейронаў цэнтра насычэння істотна звязаны з выклікаюць адчуванне паўнаты або сытасці. Кармленне паводзіны, аднак, рэгулюецца значна больш шырокае кола многіх нейронавых ланцугоў ў розных рэгіёнах. Сытасці цэнтр аб'ядноўвае некалькі ўваходаў у бінарны выхад: ёсць або не ёсць. Цела прадстаўлення, такія як маторныя і сэнсарныя гомункулов і іншыя канкрэтныя доказы анатамічнай лакалізацыі функцыі нейронаў можа таксама інтэграваць шырокі крыніц размеркаванага ўводу паданнях анатамічныя адчуванні і дзеянні. Анатамічныя апаратных сродкаў, такіх як насычэнне цэнтраў, рухальныя і адчувальныя гомункулов здаюцца эвалюцыйнай адаптацыі неабходна для больш буйных і складаных нервовых сістэм.
Шеррингтон з'яўляецца ключавой фігурай у гісторыі нейронаук. Яго канцэпцыя інтэграцыі рэфлекторныя цэнтры асветленых магчымыя рэжымы апрацоўкі інфармацыі з дапамогай нейронных структур. Зараз зразумела, што функцыі перадачы інфармацыі адбываюцца на ўсіх узроўнях арганізацыі нервовай сістэмы і ўключаюць у сябе функцыі, якія цяпер выкарыстоўваюцца ў кампутарах, такіх як сумаванне, рампа трыгеры, аналагавага / лічбавага пераўтварэння і логіку.
4.3.2 Імпульсны логікі
Электрычная сігналізацыя ў нервовай сістэме, быў, па паданні, выяўленыя ў ходзе дэманстрацыі дадзенай Луіджы Гальвани да класа ў канцы 18 стагоддзя. Хоць майстар Гальвани быў рассякае жаба, электрастатычны генератар (які выпісаны электрычнай іскры) у цяперашні час гуляюць па нудным студэнтам. Кожны раз, калі ён звярнуў іскру, нага жабы (якая праходзіла ў абцугі Гальвани) завагаліся. Гальвани пераследвалі гэтага цікаўнага назірання і апублікаваў свой трактат аб жывёльным электрычнасці ў 1791 годзе. Гальвани лічыў, што жывёла электрычнасць матэрыялу ўзбуджэння нерваў і скарачэнне цягліц. Толькі пасля яго смерці яго паслядоўнікі паказалі, што жывёлы сапраўды спароджаных іх уласным электрычныя токі, а не проста рэагаваць на электраэнергію ўжываецца (Freeman, 1972).
Развіццё микроэлектрода і адпаведным электронным абсталяваннем падтрымку пасля 1940 года паказаў, дыскрэтныя электрычныя нервовыя імпульсы павінны быць паўсюдна ўсёй цэнтральнай і перыферычнай нервовай сістэм. Электрофизиологические метады якая прадастаўляецца падыход да складаным праблемах, рэгіструючы актыўнасць асобных клетак або невялікіх групах клетак. Напрыклад, нейронавыя падзеі, якія ўдзельнічаюць ва ўспрыманні сэнсарных вывучаліся запісу сігналаў ад нейрона, які заканчваецца ў скуры і чые функцыі націскам сенсацыі была адназначная. Гэтыя сігналы складаюцца з кароткіх электрычных імпульсаў каля 0,1 вольт па амплітудзе, яны доўжацца каля адной мілісекунды, і яны рухаюцца па нервах з хуткасцю да 120 метраў у секунду. Электрофизиологические імпульсаў ўнутры "Sherringtonian цэнтраў" былі звязаны з адпаведнымі формамі паводзін, напрыклад, ўспышкі стрэльбаў нейронаў у мазгавой ратыкулярнай фармацыі былі звязаныя з дыханнем. Нейронавая актыўнасць канцэптуальна абмяжоўваецца спрацоўвання інфармацыі, якая захоўваецца ў канкрэтных нейронавых абласцей. Новыя падыходы прадставіла магчымасці кадавання дынамічныя нейронавыя структуры стральбы.
У 1943 Маккалок і Питтс прапанавалі нейронаў можа быць набліжана апісваецца наступныя здагадкі: 1) выхад актыўнасці нейрона "усё ці нічога» працэсу, 2) вызначаны лік ўваходных сінапсаў павінны быць распачатыя на працягу кароткага перыяду ўзбуджаюць выхад нейрона, і 3) толькі значная затрымка ў нервовай сістэме сінаптычную затрымкі. Гэтыя «Маккалок-Питтса нейроны" звязаны ў сеткі маглі б, па ідэі, выконваць любыя вылічэнні. Паводніцкіх значнай інфармацыі ("psychons") былі задуманы як патэнцыял дзеянні заканамернасцяў у асобных нейронаў гэтак жа, як маса разраду ў «цэнтры» былі раней лічыліся. Больш тонкая структура нейронавай апрацоўкі інфармацыі была ўспрынятая.
Усе або ні адна патэнцыялаў дзеянні, якія былі цэнтральным элементам логікі імпульсу з'яўляюцца адносна новымі на працягу эвалюцыі ў параўнанні з градуяваная хвалепадобныя падзей, якія адбываюцца ў больш прымітыўных сетак нерва. У нюхальнай цыбуліне, зярністы клетак не маюць аксонов і не генеруюць пазаклеткавай выявіць патэнцыялаў дзеянні на ўсіх. Такім чынам, нервовы імпульс не толькі асновай для перадачы альбо паміж нейронамі або ўнутры нейронаў. Што з'яўляецца асноўным субстратам перадачы і апрацоўкі інфармацыі ў нервовай сістэме? Маккалок (1943) лічыцца:
... Чаму я абраў для квантавання у нервовыя імпульсы?... Калі мы думаем (мозгу) з пункту гледжання яго элементарных часціц, можна было б падзяліць гэта на ўзроўні атамаў або можна было б падзяліць гэта на ўзроўні нейронаў і гэтак далей. Пытанне ў тым, на якім узроўні можна падзяліць паводзіны такім чынам, каб вызначыць набор адзінак, у тэрмінах якога на працу? І, відавочна, нервовага імпульсу на ўзроўні нейрона даволі прыемны блок для працы.... Але тое, што я шукаю што-тое, які будзе выконваць лагічныя задачы. Я хацеў бы рэч, якая збожжа, і я хацеў бы ўзяць, што збожжа, як сваю частку.
Збожжа, якое магло б растлумачыць апрацоўкі інфармацыі ва ўсіх эукарыятычнай сістэм дынамічнай актыўнасці падраздзяленняў у межах бялкоў цитоскелета. McCulloch, Питтс і іншыя здагадаліся, што інфармацыя была закадаваная ў структуры і паслядоўнасці нервовых імпульсаў нешта накшталт азбукі Морзэ ў тэлеграфных ліній. Тым не менш, Адрыян паказаў ў 1947 годзе, што частата стральбы ў нервовай клетцы з'яўляецца колькаснай мерай інтэнсіўнасці стымулу. Калі скура націснутая, тым мацней ціск на скуру, тым вышэй частата і лепш захоўваецца абстрэл клетак. Частата кадавання ўяўляецца абмежаваным да інфармацыі аб інтэнсіўнасці стымулу і імпульсы ў дадзенай клеткі аказваюцца ідэнтычнымі з тымі, у іншых нервовых клетак. Значэнне і сэнс цалкам канкрэтныя для кожнай ячэйкі, напрыклад скуры сэнсарных нейронаў паказваюць, што пэўная частка скуры была націснутая. Хоць, як уяўляецца, няма ніякай прычыны, чаму вялікая колькасць інфармацыі не можа быць перададзена любы наперад зададзенай сігналу, уключаючы код з розных частот, частоты або формы разрадаў, здаецца, не стаяць на сваіх уласных, як якаснай інфармацыі. Пасля гэтага прызнання, сэнс сігналу стаў прыпісваецца паходжання і прызначэння нервовых валокнаў, якія перадаюць яго: ". Коннекционизма" Важнасць сувязяў прыкладзе адчування святла падвышанай невизуальные стымуляцыі вочнага яблыка, або феномен фантомных канечнасцяў, у якім інвалід можа мець адчуванне канечнасці даўно выдаленыя. У кожным выпадку, ментальнай рэпрэзентацыі вызначаецца месцазнаходжанне стымуляцыі.
Маккалок і Питтс распрацавалі сваю мадэль, дадаўшы тэрмін, які ўключае магчымасць таго, што стральба рашэнне можа залежаць ад уваходаў разы далей, чым сінаптычную перыяд затрымкі (дендритных памяці) і, разглядаючы кругавой нейронавых сетак: зачыненыя шляху з лагічнай зваротнай сувязі і рэверберацыі. Такім імпульсам логіка ператварылася ў коннекционизма і нейронавых сетак як сродкі масавай інфармацыі нейронавых прадстаўленне інфармацыі.
4.3.3 коннекционизма і нейронавыя сеткі
Форма і структура нейронаў і назіранне нейроанатомии быў прадстаўлены аптычнай мікраскапіі на італьянскі анатам Каміла Гольджи ў 1875 годзе. Ён знайшоў спосаб, якім, здавалася б, наўздагад, вельмі мала нейронаў у вобласці мозгу, сталі афарбаваныя ва ўсёй іх паўнаце, з усімі іх філіяламі становяцца відавочнымі. Цытаплазме нейронаў абраныя займаюць яркія плямы і, такім чынам, падвяргаецца супраць заблытаных балота менш прыкметнымі клеткамі. Сучасныя Гольджи, іспанец Сант'яга Рамон-і-Кахаль (1955) выкарыстоўвалі Гольджи пляма для расследавання амаль у кожнай частцы млекакормячых нервовай сістэм. Яго тэксты нейроанатомии па-ранейшаму класічныя і ён вырашыў пытанне аб тым, нервы былі асобнымі асобамі, як і ўсе іншыя клеткі, або яе часткі пастаяннай сеткі. Ён таксама паказаў, што складаныя сувязі паміж нейронамі не з'яўляюцца выпадковымі, але вельмі выбарча і канкрэтна.
Наступныя пакалення neuroanatomists і neuroembryologists уключаючы Роджэра Сперри (1969, 1980) падкрэсліваюць, дбайная падрабязнасць, з якой нервовыя сувязі ўтворацца, і першапачаткова падтрымала канцэпцыю нервовай сістэмы як лагічнае прылада імпульсу, выцясняючы старэй канцэпцыі мозгу камутатар рэфлекторныя цэнтры. Адрыяна адкрыццё, што нервовы імпульс кадавання была абмежаваная частата / інтэнсіўнасць сувязі ссоўваецца акцэнт на коннекционизма як такі. Таму што электрычныя сігналы мозгу выкарыстоўвае для сувязі паміж клеткамі разглядаліся як стэрэатыпныя, або амаль ідэнтычныя, яны разглядаліся як знакі, якія самі па сабе не нагадваць знешні свет, які яны прадстаўляюць. Адзінага меркавання ў дачыненні да функцый мозгу перайшлі на канцэпцыю, у якой форма нейрон і яго валакно паходжання і прызначэння вызначыць псіхічнае ўяўленне як частка нейронавай сеткі. Сэнс стэрэатыпныя сігналы лічылася, якія будуць атрыманы ад пэўнага злучэння нейронаў.
Высокай ступенню дакладнасці, з якой нервовыя клеткі звязаны адзін з адным і з розных тканінах на перыферыі сталі падкрэсліваецца ў коннекционистского канцэпцыі. Ўпарадкаванасць злучэнняў, якія ўтвараюцца пры развіцці стаў разглядацца як важнейшае значэнне для інтэграцыі механізмаў і прадстаўленне інфармацыі ў некаторым родзе. Нервовай сістэмы апынуліся пабудаваныя як калі б кожны нейрон быў пабудаваны ў гэта ўсведамленне сваё месца ў сістэме. Пытанне аб ментальнай рэпрэзентацыі пераарыентаваная на эмбрыянальнага развіцця на працягу якога сінаптычную сувязяў былі сфармаваныя. Падчас распрацоўкі, расце нейрона да сваёй мэты, ігнаруе некаторыя клеткі, выбірае іншых, і робіць пастаянны кантакт, а не толькі ў любым месцы клеткі, але з пэўнай яго часткі. Акрамя таго, нейроны паводзяць сябе так, быццам яны ведаюць, калі яны атрымалі адпаведныя сінаптычную сувязі. Калі яны губляюць сінапсы яны рэагуюць па-рознаму. Напрыклад, нейроны або цягліцавыя валокны адключаныя ад сваіх нейронавых кантактаў можа памерці, але спачатку распрацаваць "супер-адчувальнасць" да іх хімічнага нейромедиатора пасродкам багацця новых сінаптычную рецепторные вавёркі мембраны. Клеткавай смерці або дысфункцыі індукаваных денервации адбываецца з-за страты morphologicial "трофіку," нейронавыя функцыі, якая перадае структурныя і функцыянальныя матэрыялы і інфармацыю па цитоскелета axoplasmic транспарту. Атрафія, дыстрафіі і спастичность цягліц і канечнасцяў, якія адбываюцца пасля інсультаў і іншых нервовых абразы сістэмы з'яўляюцца прыкладамі страта нармальнай трофікі. Микротрубочки цитоскелета і іншых бялкоў, адказных за трофіку і axoplasmic транспарту таксама дазваляе рост і пашырэнне нейронавых аксонов росту конусаў, дендритов і дендритных шипиков і такім чынам, гуляюць ключавую ролю ў нервовых сувязей. Супер-адчувальнасць, спастичность, атрафія і дыстрафія з'яўляюцца прыкладамі "сінаптычную пластычнасці", змены ў злучэння або сувязі паміж нейронамі сілы, якія маюць дачыненне да мозгу і цялесныя функцыі.
Асацыяцыя навучання з бягучымі змены сінаптычную функцыі было разгледжана некалькі пісьменнікаў канца 19 стагоддзя і быў папулярным з-за Паўлоўскі і бихевиористской ўплыву умоўных рэфлексаў. Паўлаў (1928) прапанаваў ўмоўныя рэфлексы ствараюцца шляхам фарміравання новых сувязяў паміж нейронамі кары, якія атрымліваюць умоўны раздражняльнік (адзін суправаджаецца ўзнагароды або пакарання), і тых, якія атрымліваюць безумоўным раздражняльнікам. Як толькі новы шлях быў створаны безумоўнага раздражняльніка б набыць тыя ж сілы выклікае адказ, што толькі ўмоўны раздражняльнік першапачаткова валодаў. Ідэя І. П. Паўлава аб новым злучэнні зрасліся з (1949) канцэпцыя Дональда Хебба пластыкавых змяненняў у сінаптычную эфектыўнасці суаднесці з навучаннем. Паколькі лічылася, што новыя валакна і, такім чынам, новых сінаптычную сувязяў, не маглі расці і ў дарослых, доўгатэрміновыя палягчэнне анатамічна прэфармаваных, першапачаткова нефункциональных сувязяў стала верагоднай альтэрнатывай. Гэта азначала, што пры нараджэнні існавала велізарная колькасць залішніх і неэфектыўных сінаптычную ўмовы, якія сталі "абраных" на працягу жыцця індывіда вопыту. Альтэрнатыўная кропка гледжання заключаецца ў тым, пры нараджэнні, ўзбуджэння можа прайсці паміж любымі двума кропкамі цэнтральнай нервовай сістэмы праз сетку выпадковых сувязяў. Як паспявання, вопыту і навучання адбылося, сінаптычную актыўнасці паступова скульптурныя карыснай мадэлі за кошт падаўлення непажаданых злучэнняў.
Такім чынам мозг коннекционистского / розум стаў разглядацца як адзін з двух тыпаў сістэм: чыстага ліста ("Tabula Rasa"), у якім набылі навучання і ўнутраны вынік арганізацыі ад прамога экалагічнага импринтинг, або "селекцыянер" сеткі выбраны з значна шырэй патэнцыял сеткі. Селекцыянераў лічаць, што мозг / розум спантанна не прыводзіць да зменнай структуры злучэнняў у дзяцінстве перыяды развіцця называюць «пераходным надмернасці", або з зменнай патэрны актыўнасці называецца prerepresentations у дарослых. Экалагічныя ўзаемадзеяння проста абраць або выбарачна стабілізацыі існуючага структуры злучэнняў і / або нервовых стрэльбаў, якія падыходзяць з вонкавага ўваходу. Селекцыянераў таксама лічым, што, як суадносяцца навучання, сувязі паміж нейронамі ліквідаваны (абрэзка) і / ці лік даступных шаблонаў стральбы зніжаецца. Падтрымка селекцыянер пункту гледжання з'яўляецца той факт, што лік нейронаў і сінапсаў відавочна памяншаецца падчас некаторых важных этапах развіцця ў дзяцей. Аднак гэта зніжэнне можа быць маскіроўкі павелічэнне складанасці сярод дендритных arborizations, шыпамі, сінапсаў, і цитоскелета. Селекцыянер кропка гледжання таксама успрымальныя да аргументу, што новыя веды будуць з'яўляцца цяжка ўключыць.
Калі выказаць здагадку, што асноўнай рэжым навучання і свядомасці ў мозгу на аснове сінаптычную сувязяў паміж нейронамі (коннекционистского гледжання) некалькі спроб мадэль навучання на ўзроўні вялікіх зборак узаемазвязаных нейронаў былі зробленыя. Хебб піянерам гэтай галіне, прапанаваўшы, што навучанне адбываецца за кошт ўмацавання канкрэтных сінаптычную сувязей у нейронавай сеткі. Гэта прывяло да канцэпцыі функцыянальных груп нейронаў, злучаных пераменная сінапсаў. Гэтыя функцыянальныя групы, як анатамічныя вобласці мозгу былі апісаны многімі аўтарамі, як сеткі, вузлы, картэлі, модуляў або крышталяў. Гэтыя мадэлі дапамагаюць матэматыцы статыстычнай механікі і ажывілася ў сувязі з працай Хопфилда (1982), Гроссберга (1978), Коханаў (1984) і іншыя, хто звярнуў аналогіі паміж нейронных сеткамі ў мозгу і ўласцівасці кампутараў, якія вядуць да прыкладанні для штучнага інтэлекту. Яны падкрэслілі, што вылічальныя ўласцівасці карысна біялагічных арганізмаў або будаўніцтва кампутары могуць узнікаць як калектыўныя ўласцівасці сістэмы, якія маюць вялікую колькасць простых кампанентаў або эквівалент нейронаў з высокай ступенню узаемасувязі. Нейронавыя сеткі пачаў у якасці мадэлі, як працуе мозг і ўжо спарадзіла мікрасхем і кампутараў пабудаваны з нейронавай сеткі архітэктуры коннекционистского выкарыстоўваючы сотні вылічальных блокаў і звязаць іх з многіх тысяч злучэнняў. Хопфилда (1982) адзначае, што нейронавая сетка чыпы могуць забяспечыць дробназярністай і масіўна-раўналежных вылічэнняў:
мозгоподобной памяркоўнасць да фактаў і невыразныя расплывістыя інструкцыі. Некаторыя з агульных уласцівасцяў вы атрымліваеце ў гэтых сістэмах, дзіўна падобная на... ўласцівасці, якія мы бачым у нейробиологии.... Вы не павінны будаваць іх у; яны толькі там....
Нейронавыя сеткі афіцыйна з'явіўся ў (1962) Розэнблат "перцептрон" мадэлі 1950-х і 1960-х. Перцептроны створаны энтузіязму, але не змаглі рэалізаваць свой патэнцыял з-за абмежаванняў мадэлі і яе матэматыка. Аль эксперты Марвін Мінскі і Сеймур дзядзінец (1972) пісаў, рэзка крытычны агляд якія бянтэжаць нейронавай сеткі даследаванняў да адраджэння Хопфилда ў 1980 годзе. Хопфилда ўведзена функцыя энергіі, так што інфармацыя ў нейронавай сеткі схема паселяцца ў шэраг ўстойлівых станаў энергію, як дажджавой вады, падальнай на гары цячэ праз даліны ў возера і ракі. У залежнасці ад колькасці ападкаў, інфармацыі аб стане (гэта значыць памяці, свядомы вобраз, думка), будзе дадзена водападзел ўзор. Хопфилда нейронавай сеткі праводзіцца на аснове нестрогого аспекты нейробиологии але лёгка адаптаваны да інтэгральных схем. Калектыўных уласцівасцяў яго мадэлі вырабляюць ўтрыманне адрасаванай памяці (апісваецца паток фазавага прасторы стану сістэмы), якія правільна дае ўсю памяць з любога суб-частка дастатковага памеру. Алгарытм часовай эвалюцыі стану сістэмы заснаваная на асінхроннай паралельнай апрацоўкі. Дадатковая якія ўзнікаюць калектыўных ўласцівасці ўключаюць у сябе некаторыя здольнасці да абагульнення, знаёмства прызнання, класіфікацыі, выпраўленне памылак, захаванне часовай паслядоўнасці, і неадчувальнасць да выхаду з ладу асобных кампанентаў. Хопфилда сетак і аналагічных мадэляў лепш класіфікаваць з "Tabula Rasa" погляд на навучанне, у якім пачатковая стан ўспрымаецца як плоскі пейзаж энергіі, якая становіцца ўсё контуры, эрозія і складаным шляхам прамога ўзаемадзеяння з навакольным асяроддзем.
Селекцыянер падыход да тэорыі нейронавых сетак было прынята Жан-П'ер Changeux, які ўпершыню апісанне аллостерических ўзаемадзеяння паміж вавёркамі. Што тычыцца мозгу / розуму, Changeux і калегі (1984, 1985) прапанавалі мадэль навучання на выбар, заснаваны на самых апошніх дасягненнях у галіне статыстычнай механікі неўпарадкаваных сістэм, а менавіта тэорыі спінавай шклоў. Спінавай шкла ўяўляюць сабой матэрыялы, якія не з'яўляюцца крышталічнымі, аднак, атамы якіх валодаюць высокай ступенню аналагічных адносін суседа і канчатковага ліку (г.зн. 2) магнітных спінавай станаў пад уплывам сваіх суседзяў. Агрэгаты ", як спіна" дзяржаў спараджаюць падобныя стану сярод суседзяў. Такім чынам спінавай станаў атамаў ў спінавай шкле можна разглядаць як сеткі (ці клеткавы аўтамат) гэтак жа, як калекцыя нейроны ў нервовай сістэме. Changeux таксама выкарыстоўвае тэрміны з матэматычнай тэорыі хаосу, як басейны і аттракторов для апісання стану, якім мадэль спінавай шкла развіваецца. У адрозненне ад пустых падыход шыфер, пачатковая стан мозгу разглядаецца Changeux як складаны энергетычны ландшафт з багаццем далін тыповым спінавай шклоў. Кожная даліна адпавядае пэўны набор актыўных нейронаў і адыгрывае ролю prerepresentation. Уваходнага набору набораў пачатковай канфігурацыі, якая сыходзіцца да даліны, уезд якіх парог зніжаны на сінаптычную мадыфікацыі. Пачынаючы з іерархічнае размеркаванне далін, "нізкі" далінах (фіёрды узроўнем мора) будзе адпавядаць максімальнае разуменне, канчатковага адказу, найлепшае суадносіны. Працэс навучання разглядаецца як згладжванне, азеляненне, абразанне і эвалюцыйнай як ужо захоўваецца інфармацыя ўплывае prerepresentations даступная для наступнага падзеі навучання. Спіна Changeux ў шкляной мадэлі нейронавых сетак элегантная, і паспяхова прадстаўляе іерархічную структуру статычнага сартавання інфармацыі. Гэта недахопы ў тым, што ён аднабаковы і не ў стане апісаць дынамічны, "рэальнае час" апрацоўкі інфармацыі.
Іншы селектыўны сеткавай мадэлі коннекционистского навучання з'яўляецца тое, што Джордж Reeke і Джэральд Эдэльман (1984) з Рокфеллеровского універсітэта. Яны апісваюць дзве паралельныя прызнанне аўтамат сетак, якія маюць зносіны з бакоў. Аўтаматы з'яўляюцца дынамічныя мадэлі ўзаемадзеяння сусед здольныя апрацоўкі інфармацыі (Кіраўнік 1). Двух паралельных аўтаматаў прызнанне, якое Эдэльман і Reeke распрацавалі маюць розныя і ўзаемадапаўняльныя асобы. Яны названыя Дарвін і Уоллес пасля сумеснага распрацоўшчыкаў тэорыі эвалюцыі, і выкарыстоўваць розныя падыходы да праблемы прызнання. "Дарвін" вельмі аналітычны, індывідуальны ключ да прызнання краёў, памеры, арыентацыя, інтэнсіўнасць, колер і г.д. "Уоллес" больш "гештальт" і спрабуе проста класіфікаваць аб'екты ў прадузятай класіфікацыі. Як і ва ўсіх паралельных сістэм апрацоўкі, выхад асобных працэсараў павінны быць узгодненыя, калі яны не ідэнтычныя. Бакавыя зносінах сетак паміж Дарвінам і Уоллесом вырашыць канфлікт вытворчасці і форме асацыятыўнай памяці. Таму што яны працуюць на нязменныя сеткі коннекционистского, Дарвін і Уоллес лічацца "селекцыянер". Падобныя аўтаматы прызнанне можа працаваць у дынамічным цитоскелета сетак ўнутры нейронаў.
4.3.4 Distributedness
Нейроанатомической ўдзячнасць сінаптычную структуры надало праўдападобнасць коннекционистского тэорыі, і дазволіў Хебба пашырыць тэорыю сінаптычную рэгулюецца, дыскрэтна сабраны нейронавых сетак у памяць і паводзіны ў людзей. Тым не менш, толькі эксперыментальныя дадзеныя прыйшлі з 30 гадоў працы Карла Лешли (1929, 1950), які паказаў, што памяць і ўспрыманне здаецца, размеркаваных па ўсім мозгу. Пошук Лешли быў сайт-уяўленняў "энграммы"-інфармацыі, памяць і ўрокі паводзінаў у мозгу лабараторных жывёл.
Эксперыментаў Лешли ў пошуках энграммы складаўся з абляцыі пэўныя часткі мозгу жывёл пры дбайным тэставанні на захаванне звычкі даведаўся да абляцыі, здольнасць перавучвацца, і здольнасць да вывучэння новых задач. Агульны выснову, што функцыя памяці парушаецца ў залежнасці ад колькасці кары знішчаны, незалежна ад таго, якая частка кары былі выдаленыя. Што тычыцца навучання, Лешли адчуваў, што ўсе часткі кары былі раўнасільныя, за выключэннем спецыфічных сэнсарных прыёмных пляцовак, якія ўдзельнічаюць у дадзенай мадальнасці навучання. Вынікі Лешли былі расчараванне коннекционисты і спарадзіла змрочны, безнадзейны прагноз. У працы свайго знакамітага жыцця, у пошуках энграммы, Лешли (1950) пісаў, што пасля 30 гадоў пошукаў размяшчэння инграмма ў мозгу, ён быў перакананы, што "навучанне проста немагчыма. Тым не менш, нягледзячы на ўсе доказы супраць яго, навучанне часам не адбываюцца. " Лешли з'ядналіся ад адчаю прапанаваць альтэрнатыву лакалізаваных захоўвання слядоў памяці прыкладаецца да прасторава фіксаваным рэфлекторныя шляху. Згаджаючыся, што ўспамінаць прадугледжвае аднаўленне папярэдні прыклад нейронавай ўзбуджэння, ён настойваў, каб ўзор ўяўляе любы з памяці могуць быць выкліканыя не толькі ў адзін канкрэтны набор нейронаў, але і ў шматлікіх набораў, у многіх месцах, і, магчыма, дзе-небудзь у рэгіёнах мозгу, што звязана з функцыяй памяці. Такое размеркаванне інфармацыі ў памяці тлумачыцца Лэшли як узбуджальнае мадэлі ў кары галаўнога мозгу, звязаныя з распаўсюджваннем інтэрферэнцыйныя карціну на паверхні вадкасці парушаных ў некалькіх кропках адначасова. (Яго тэорыя інтэрферэнцыйных карцін, пазней натхніла параўнанне паміж мозгам, захоўвання інфармацыі і лазернай галаграфіі).
Лешли (1929):
Нервовыя імпульсы перадаюцца... праз пэўныя міжклеткавыя сувязі, але ўсё паводзіны, здаецца, вызначаецца масамі ўзбуджэння... у рамках агульнай сферы дзейнасці без уліку асаблівасці нервовых клетак. Гэта карціна, а не элемент, які мае значэнне.
Хебба (1949) каментуе:
Лешли прыйшоў да высновы, што даведаўся дыскрымінацыі не заснавана на ўзбуджэнні якога-небудзь канкрэтнага нервовых клетак. Яна павінна быць вызначана выключна шаблон або форму сэнсарныя ўзбуджэння... гэта кажа аб тым, што "nmemonic след", нейронавыя змены, індукаваны вопыту і ўяўляе сабой памяць, гэта не змена структуры... [Ён] трывалага структуры адбівальнай дзейнасці без фіксаванай локуса, як некаторыя аблокі або віхравыя млына ў сажалцы.
"Энграммы" першапачаткова была апісаная як мозг "nmemonic" слядоў элементарных ідэя, як быццам гэта атам псіхічнага ўтрымання. Раней прапанову было тое, што адзін инграмма захоўвалася ў стральбе карціна аднаго коркового нейрона: "psychon" у рамках "дзед" нейрона на вяршыні іерархіі нейронаў. Імпульсны логіцы бачыў "psychons", (або энграмм) у разрад мадэляў нейронаў і нейронавых сетак коннекционистского прыраўноўваецца энграмм з канкрэтнымі схемамі сінаптычную звязаных нейронаў. Дзейнасць у рамках гэтых схем лічылася, уяўляюць свядомасці і памяці, якія займаюць вызначаныя месцы ў мозгу. Памяць разглядаецца як бібліятэкі, шафы, лічбавыя вылічальныя машыны, і смецце, скрынкі, у якой інфармацыя захоўвалася ў пэўных месцах і пошуку ўдзел даведацца, дзе яно знаходзілася. Эксперыментаў Лешли выказаў здагадку, што інфармацыя не захоўваецца, у прыватнасці, а захоўваюцца паўсюль; памяць была размеркаваная. Адзін распаўсюджанай інтэрпрэтацыі ў тым, што інфармацыя захоўвалася ў адносінах паміж падраздзяленнямі і што кожная адзінка ўдзельнічала ў кадоўцы шмат, шмат успамінаў. Інфармацыя можа такім чынам быць размеркаваны на вялікіх прасторавых абласцях. З размеркаванай памяццю, асобныя сляды знутры комплекс сляды могуць быць знойдзеныя падобна таму як фільтры могуць здабываць асобныя частотныя кампаненты ад складаных акустычных сігналаў. Фільтры здольныя выяўляць наяўнасць пэўных частотах, нават калі яны цалкам пераплятаецца з іншым. Такім чынам, фільтруецца, размеркаваная сістэма памяці можа працаваць як захоўванне і пошук прылады. Калі ўспаміны не з'яўляюцца незалежнымі адзін ад аднаго, захоўванне адной памяці могуць паўплываць на іншую. Раней захоўваецца інфармацыя, як правіла, каб выклікаць арыгінальную мадэль паводзінаў, хоць ўклад у сістэме можа адрознівацца ў многіх дэталях. Гэта апісанне падобна на галаграму канцэпцыю, у якой кагерэнтныя хваль спасылкі неабходныя для атрымання інфармацыі з інтэрферэнцыйнай карціны.
Лешли (1950):
Гэта не магчыма, каб прадэманстраваць ізаляваныя лакалізацыі слядоў памяці ў любым месцы ў нервовую сістэму. Абмежаванай вобласці могуць мець важнае значэнне для вывучэння або захавання пэўнага віду дзейнасці, але ў такіх рэгіёнах часткі функцыянальна эквівалентныя. Энграммы прадстаўлена па ўсёй вобласці. Усе клеткі мозгу павінны быць у амаль пастаяннай дзейнасці альбо звальненне ці актыўна душыцца. Кожны асобнік адклікання запісы актыўнасці літаральна мільёны нейронаў. Ж нейроны, якія захоўваюць сляды памяці аднаго вопыт павінен таксама ўдзельнічаць у незлічоных іншых відаў дзейнасці.
Нагадаем, уключае ў сябе "сінэргетычны" дзеянне або нейкі рэзананс сярод вельмі вялікай колькасці нейронаў...
Гледжання Хебба з инграмма прадстаўніцтва замкнёная завеса нейронаў у абмежаванай рэгіёне. Даследаванні Лешли прывялі яго прапанаваць адкрытыя, паралельна, размеркаваныя сеткі, якая ахоплівае шырокі рэгіёнах мозгу. Сувязь Хебба навучання і сінаптычную эфектыўнасці перасягнуў гэты канфлікт, паколькі ён звязаны з абедзвюма канцэпцыямі, якія таксама могуць працаваць у сетках цитоскелета.
Малюнак 04/03: Brain банк памяці на аснове "звычайных" паняццяў дендритных сінапсаў пазваночніка. Уваходныя радка (B1-3), аксонов якіх галіны і сінапсы на дендритных шипиков (E), падлучаных да выхадных лініях (С). "Файла дампа лініі" (, d1-3) накіроўвае дзейнасць пазваночніка "скапіяваць" або "звалка". Такая канфігурацыя дазваляе кожнаму пазваночніка правесці каля 3 біт інфармацыі, дзіўна нізкімі ў параўнанні з магчымасцямі біямалекул, такіх як ДНК або микротрубочек. Цитоскелета дзейнасці ў рамках дендритных шипиков можа ўнесці свой уклад. Пол Jablonka.
4.3.5 Synaptic механізмы навучання і памяці
Памяць працэсаў традыцыйна былі падзеленыя на два класа; кароткатэрміновай і доўгатэрміновай перспектыве. Кароткачасовай памяці, або рабочай памяці, па-відаць, як мы памятаем нумары тэлефонаў ад часу мы глядзім іх у каталогу пакуль мы не набіраць іх. Доўгатэрміновая памяць або спасылкі памяць выкарыстоўваецца ў запісу інфармацыі на працяглы тэрмін спасылкі. Кароткатэрміновыя або рабочай памяці, як лічыцца, адносна невялікі магутнасці з максімальна ад 5 да 9 элементаў у любы момант часу. Гэта лабільнасць і лёгка парушаецца, калі ўвага адцягваецца і ён аўтаматычна сціраецца на працягу некалькіх хвілін. Сталыя славесныя рэпетыцыі процідзейнічае пры спробе ачысціць і паўторнага ўступлення змесціва ў выглядзе доўгачасовай памяці. Як толькі лёг, доўгачасовай памяці можа вытрымаць на працягу доўгага часу, можа быць, жыццё чалавека. Доўгатэрміновая памяць вялікай ёмістасці, а таксама цяжкасці ў нагадаўшы канкрэтных пунктаў ўзнікаюць не таму, што знікаюць сляды памяці, а хутчэй таму, што іх адрас страчаны. Ну практыкуецца пад'язныя шляхі да доўгатэрміновай памяці ўключаюць пункты "nmemonics", лёгка запамінальным ключы спасылкі. Прадметы, якія былі захаваныя, а затым не выкарыстоўваюцца будзе станавіцца ўсё больш цяжка ўспомніць. Як толькі яны будуць атрыманы, такія, здавалася б забытыя ўспаміны зноў стаць даступным. Разумны сэнс пастанавіў, што элементы становяцца захоўваюцца ў доўгачасовай памяці толькі пасля таго, як быў упершыню праведзены ў кароткачасовай памяці. Гэта працэс, вядомы як кансалідацыі, якая, як мяркуюць, патрабуецца пэўны перыяд часу парадку 45 секунд (Черкин і Harroun, 1971). Некаторыя лічаць гэтыя два працэсу ў якасці незалежных паралельных функцый. Калі актыўнасць мозгу рэзка зменена прыступы, траўмы прывесці да страты прытомнасці, або агульным наркозам з'ява амнезіі могуць паўстаць у якім суб'ект не можа ўспомніць падзеі, якія адбыліся непасрэдна перад парушэннем. Падзеі далей у мінулае не забыта такіх умяшанняў. Адным з тлумачэнняў з'яўляецца тое, што кароткачасовай памяці залежыць ад таго, некаторыя дынамічныя працэсы, такія як працягваецца цыркуляцыі імпульсаў у шаблон, які, калі парушана, сціраецца. Згодна з гэтай схеме, доўгатэрміновыя ўспаміны захоўваюцца на ўстойлівае змяненне ў нейронных або ў сувязях паміж імі, якія не будуць закрануты такія ўзрушэнні. Аналогію з кампутарам жаргоне бы выказаць здагадку, што праграма становіцца "жорстка". Іншыя мадэлі памяці працэсу апісання больш кантынууму ў працэсе кансалідацыі падзяліць на тры ці пяць стадый, або зусім розныя механізмы з рознымі метадамі запісу, ёмістасцю, працягласць жыцця і даступнасць. Тым не менш іншыя мадэлі лічыць усё функцыі памяці як жа асноўны механізм, якія адрозніваюцца толькі другарадных характарыстак.
Навучанне звязана з памяццю; навучання складаная задача, верагодна, уключае ў стварэнні карціны падыходзяць для захоўвання памяці. Напрыклад, малюнак асобы чалавека можа быць адкліканая захапляльныя нейронаў ў схеме, падобнай на тую, што ствараецца, калі асоба было на самай справе ўспрымаецца. Здольнасць арэлі тэнісную ракетку мае на ўвазе наяўнасць праграмы або шаблон для актывацыі цягліц у правільнай паслядоўнасці і ступені. Набыццё такіх нейронаў праграм было абумоўлена зменамі ў функцыянаванні сінапсаў паміж пэўнымі нейронамі (мал. 04/03). Структурныя змены, якія прыводзяць да змены ў функцыі і адчувальнасці межнейронных сінаптычную сувязяў з'яўляюцца краевугольным каменем сучасных уяўленняў аб працэсах навучання і памяці. Класіфікацыя відаў пластыкавых змены, якія могуць паўстаць у сінапсаў ўключаюць прывыканне, доўгія потенцирование тэрмін, і heterosynaptic потенцирования.
Прывыканне да адказ просты формай навучання. Калі жывёла чуе новы гук, ён можа адказаць, ажыўляючыся вушы паказаны некаторыя формы увагі. Калі гук паўтараецца пастаянна, жывёла пазнае, што гук або стымул не з'яўляецца ні пагрозлівай, ні цікавай і становіцца "прывыклі" да яго. Прывыканне адрозніваецца ад іншых формаў зніжаная рэакцыя, такія як стомленасць або сінаптычную десенсибилизации і з'яўляецца спецыфічным для стымулу і яго інтэнсіўнасць. Калі прывучаючы стымул ўтрымліваецца за перыяд часу, і прадставіў яшчэ раз, зноў з'яўляецца рэакцыя ("dishabituation"). Прывыканне да шкодныя стымулы не адбываецца, і калі яно не шкоднае і шкодныя стымулы ў пары няма прывыкання да аднаго з двух. Механізм прывыкання быў падрабязна вывучаны ў марскіх Aplysia арганізма, або марскі смоўж. Мора кулі мае "жаберных высновы рэфлекс", які з'яўляецца зручным для вывучэння. Калі скура сіфон кулі ў стымулюецца, жывёла не выведзе свае жабры. Гэты адказ паказвае, прывыкання, dishabituation і іншыя рысы, характэрныя для больш складаных млекакормячых адказаў. Нейронавай сеткі пасрэдніцкіх гэта рэфлекторны адказ быў старанна нанесеныя на карту і якія ўдзельнічаюць сінапсаў вывучалі электрычнаму. Прывыкання аб выхадзе жаберных магло быць вынікам многіх працэсаў, у тым ліку сінаптычную тармажэнне, але на самай справе было паказана, што вынік паменшыўся выхад узбуджальных нейромедиаторов ў пресінаптіческой канчаткаў аксонов пасрэдніцкую зняцце рэфлекс. Неўролаг Эрык кандел (1976) з Калумбійскага універсітэта паказалі, што прывыканне адрозніваецца ад звычайнай стомленасці, не звязана з высільваннем наяўных перадатчык, і звязана са зніжэннем патоку іёнаў кальцыя праз пресінаптіческой кальцыевыя каналы. Такім чынам паводніцкая рэакцыя была элегантна, звязаныя з малекулярнай правядзення мерапрыемстваў любога ўзроўню. Актыўнасці пресінаптіческой кальцыевых каналаў і іншыя нейронавыя вавёркі могуць разглядацца ў якасці "аллостерических"-здольнасць ў часе і прасторы аб'яднаць мноства збежных сігналы ў пэўны стан бялку, або "конформации".
Другая форма нейронавай пластычнасці доўгатэрміновыя потенцирования (LTP). У ЛПП, паўторнага выкарыстання сінапсаў робіць перадачы праз сінапсаў, што ўсё больш лёгкім. У сінапсаў млекакормячых гіпакампа мозгу, эфект доўжыцца на працягу многіх гадзін і ЛПП была класічна, звязаныя з навучаннем і памяццю. Калі два шляхі долю интернейронов, то LTP можа павысіць перадачы па шляху першапачаткова не ўзбуджаныя, форме асацыятыўнай памяці і ўспомніць. Працягласць LTP эфект многіх гадзін да некалькіх дзён адпавядае марфалагічных абароту і трафічных падтрыманне сінаптычную вавёркі мембраны axoplasmic транспарту, функцыя нейронаў цитоскелета.
Трэцяя форма нейронавай пластычнасці heterosynaptic потенцирования, у якіх дзейнасць на адным сінапсе змены эфектыўнасці перадачы ў іншы на тым жа постсинаптической мембраны. Гэта можа адбыцца альбо за кошт змянення адчувальнасці паведамленне сінаптычную нейрона да перадатчыка, альбо шляхам змены колькасці перадатчыкаў вызваленыя. Існуе шэраг доказаў, што LTP можа быць звязана з павелічэннем колькасці рэцэптараў у пост сінаптычную мембран і падобны механізм можа мець месца ў heterosynaptic потенцирования, у якіх больш за аднаго нейрона ўдзельнічае. Прывыканне, доўгатэрміновыя потенцирования, і heterosynaptic потенцирование можа растлумачыць сінаптычную пластычнасці і некаторыя аспекты навучання і памяці. Мозг працэсы, звязаныя з прадстаўленнем, памяць, навучанне, і свядомасць такім чынам засяродзіцца на малекулярным узроўні змены ў сінаптычную мембранныя вавёркі, якія рэгулююцца нейронаў цитоскелета.
Існуе шэраг доказаў для прамога цитоскелета ўдзел у пазнавальных працэсаў. Дзейнасць цитоскелета микротрубочек і микротрубочек абарот субадзінак ("тубулина") было паказана, што быць павялічана ў мозгу падчас пэўны час навучання, памяці і досведу. Mileusnic, Ружа, і Тилсон (1980) выкарыстоўвалі мадэль навучання ў дзіцячым птушанят, якія могуць быць лёгка навучацца не кляваць яркія пацеры пакрытыя непрыемныя рэчывы дэгустацыі. Гэтыя аўтары вывучылі некаторыя нейрохимические карэляты гэтага "пасіўнага навучання пазбяганні" і паказваюць, што тубулин, асноўнай складнікам микротрубочки, прысутнічае ў вялікіх колькасцях у развіваецца мозгу маладых птушанят. Значныя аб'ёмы тубулина, звязаных з сінаптычную мембран вядучых аўтараў да высновы, што любая мадэль навучання і памяці ў якой пастулюецца мадуляцыі сінаптычную структуры, як у адпаведнасці з Хебба пастулаты, павінна ўключаць тубулина ў працэсе навучання. Іншыя працы са сваёй лабараторыі і іншыя паказалі, што абодва ўключэння папярэднікаў амінакіслот і агульная колькасць тубулина можа быць павышана за кошт досведу і навучання на ранніх стадыях развіцця.
Джон Cronly-Діллон і калегаў (1974) з Манчэстэрскага універсітэта Вялікабрытаніі выявілі, што калі пацукі першым адкрыў вочы ім, гены ў глядзельнай кары раптам пачне вырабляць вялізныя колькасці тубулина якія, як мяркуецца, форма микротрубочек, якія ўдзельнічаюць у стварэнні новых сінаптычную сувязяў. Калі пацукі 35 дзён таму, крытычная фаза навучання скончыўся, і тубулина вытворчасць рэзка скарацілася. Яны прыйшлі да высновы, што абарот тубулина микротрубочек і дзейнасці ўдзельнічаюць у сінаптычную пластычнасці аспекты навучання і памяці.
Іншы дынамічным рэжыме сінаптычную пластычнасці упорам на дендритных шипиков быў прапанаваны Фрэнсісам Крыкам (1982). Ён выказаў здагадку, што дендритных шипиков можа "тузацца" і змяніць іх форму, тым самым змяняючы іх сінаптычную парогі механічнымі зменамі. Размяшчэння і архітэктуры дендритных шипиков вызначаюцца микротрубочки, але шыпы самі складаюцца ў асноўным з скарачальнай актин (Матус, Акерман, Pehling, Баерс, і Фудзивара, 1982). Дынамічны пластычнасці пазваночніка ў аркестроўка дендритных МТ і цитоскелета, можа быць важным механізмам кароткачасовай памяці, а таксама сувязь паміж цитоскелета і сінаптычную узроўні нейронавых сетак. Іншая спасылка axoplasmic транспарту, які захоўвае і паставак Форма і функцыі дендритных шипиков і ўсё нейронавых сінапсаў і збудаванняў.
4.3.6 Axoplasmic транспарту
Synaptic у тым ліку мембранных бялкоў іённых каналаў і рэцэптараў, цитоскелета структуры бялку, які выгнаць нейромедиатора бурбалак, арганэл, у тым ліку мітахондрый і ферментаў, неабходных для сінтэзу і метабалізму перадатчыкі вырабляюцца толькі ў клеткавых тэл нейронаў, дзе біяхімічны механізм існуе для сінтэзу бялкоў і зборкі ( апарат Гольджи і Рыбасомы). Гэтыя матэрыялы або іх прэкурсораў, затым пераехаў праз аксонов (або дендрит) да нервовага заканчэння на цитоскелета механізму, падобнага на канвеер або вядро брыгады. Часавы інтэрвал фатаграфіі нейронаў ў клеткавых культурах паказваюць, мітахондрыі (арганэл вялікіх, якія вырабляюць хімічную энергію ў выглядзе АТФ) і якая плавае ўніз аксонов, як баржы па рацэ. Апошнія тэхналогіі, такія як відэа пашыранай мікраскапіі кантраснасць (Allen, 1987) паказаў, везікуліт сціснуць ўздоўж микротрубочек на паверхні аксоплазме выціскаецца з кальмараў нейронаў. Перадатчыкі сінтэзуюцца на працягу ўсяго нейрона, як ферменты, якія каталізуе перамяшчаць перадатчык фарміраванне ўздоўж цитоскелета апарата ад цела клеткі да тэрмінала. Высокая ферментатыўная актыўнасць і перадатчык канцэнтрацыі дасягаюцца у тэрмінал boutons. Такім чынам, пластычнасць сінапсаў, яго эфектыўнасць, гатоўнасць і парог, які з'яўляецца на рэгуляванне навучання і памяці ў нейронных сетках з цягам часу ўсё залежыць ад axoplasmic транспарту.
Некалькі асобных і незалежных axoplasmic транспартных працэсаў былі вызначаныя наступныя руху розных індыкатараў. Хутка рухацца з хуткасцю 400 міліметраў у дзень (каля 500 нанаметраў у секунду), павольная ледзь адзін міліметр у дзень. Механічных частак сістэмы микротрубочек і скарачальнай бялкоў атрымання канкрэтных сайтаў микротрубочек сцен. Гэтыя скарачальнай бялкоў (динеин або кинезин) выкарыстаюць хімічную энергію ў выглядзе АТФ гідроліз кантракт у арганізаванай паслядоўнасці вядро дзейнасці брыгады. Тое, што не зразумеў гэта механізм, з дапамогай якога микротрубочки арганізаваць сумесныя паслядоўныя дзеянні прыкладаемага скарачальнай бялкоў. Асноўны паток транспарту axoplasmic можна спыніць, такія прэпараты, як колхицин, які depolymerizes микротрубочек. Axoplasmic транспарту ў цэлым патокі ад цела клеткі да кончыкі валокнаў. У рухальных нерваў, axoplasmic транспартных патокаў у тым жа кірунку, імпульс руху, у першасных сэнсарных нейронаў, яна цячэ ў зваротным кірунку, каб сэнсарныя імпульсы. У дендритов, асноўны паток таксама ад цела клеткі да перыферыі. Усе гэтыя прыклады антероградной axoplasmic патоку. Існуе таксама адначасовае транспарту ў зваротным кірунку па адносінах да цела клеткі называюць рэтраградна axoplasmic паток, які па-відаць прыносіць інфармацыю зваротнай сувязі ў вочка механізм для рэгулявання вытворчасці перадатчыка ферментаў і іншых матэрыялаў. Ён таксама можа вяртаць зношаныя або разбітыя трохбаковыя ячэйкі на перапрацоўку. Гэтыя механізмы зваротнай сувязі трафічныя стварэння дынамічных нейронаў, здольных змяніць формы і функцыі, як адаптацыя да бягучай вопыту, без празмерных страт старую інфармацыю. Сінапсы, дендритных шипиков, дендритные мадэлі галіны і мембранныя вавёркі пастаянна мяняюцца, але ўспаміны якія яны ўтрымліваюць, як-то падтрымліваецца пастаянна прысутнічае і ўвесь час змяняюцца цитоскелета.
4.3.7 паралелізм калектыўнай кааператыўнага, і Збожжа инграмма
Нейрона да нейроны сінапсы працуюць парадку мілісекунд, тады як сучасныя высакахуткасных кампутараў працуюць з паўправадніковымі перамыкачамі, якія функцыянуюць парадку нанасекунд. Але мозг здольны ў некалькі сотняў мілісекунд, каб выканаць апрацоўку подзвігі, якія немагчыма імітаваць ў сотнях хвілін машыннага часу. Мяркуецца, што мозг здзяйсняе гэты подзвіг праз адначасовую працу шматлікіх, шматлікіх паралельных кампанентаў.
Паралельна, размеркаваныя мадэлі арганізацыі калектыўнага розуму, былі прапанаваны два характэрных аўтараў з розных арыентацый. Майкл Газзанига (1985) з'яўляецца адным з першых даследчыкаў, праца з "раскол мозгу" пацыентаў, у якіх разарвала мазольнага цела аддзялілася правага і левага паўшар'яў. Ён сцвярджае, што розум складаецца з вялікіх калекцый менш полуавтономных частак з абмежаванай сувязі паміж імі. Газзанига распрацаваў пераканаўчы доказ таго, што нашы розумы "модульнай", яны арганізаваны ў адносна незалежная функцыянаванне падраздзяленняў, якія працуюць паралельна. Розум працуе не ў адным спосаб рашэння праблемы, але мае шмат identifiably розных падраздзяленняў, якія спрыяюць нашай свядомай структуры такім чынам, што часам можа быць ізаляваная ад дасціпных эксперыментаў. Спецыяльныя модулі могуць быць прысвечаны асобы і візуальнага распазнання выяў, мова інтэрпрэтацыі, і тое, што Газзанига званкі "лагічнага вываду". Размешчаны ў дамінуючых блізкія паўшар'і мозгу на модуль інтэрпрэтатара мовы, лагічнага вываду, як мяркуюць, "каардынаваць" свядомасці. Гэтыя модулі могуць быць па параўнанні з тымі апісваецца Прибрам ці "картэлі" апісваецца Фрымен і ўяўляюць ўзроўні арганізацыйнай іерархіі мозг проста ніжэй, чым увесь мозг. Газзанига тычыцца свабоднай волі, каб асноўная асаблівасць арганізацыі мозгу, і мяркуе, што вера ў прыватнасці свабодная воля сама выцякае з модульнай тэорыі свядомасці. Ён адзначае, што мы ўвесь час інтэрпрэтацыі паводзін вытворчасці незалежных модуляў мозгу паводзін, якія вырабляюць "я". Мы заключаем, што мы дзейнічаем вольна, тады як у аснове гэтага мы сапраўды не ведаем, чаму мы амаль нічога. Гэта паняцце можна параўнаць з паралельнай канцэпцыі коннекционистского (напрыклад, "Дарвін" і "Уоллес"), якая патрабуе галасавання або закрытага сходу, каб вызначыць рэзюмэ выхад. Газзанига таксама гаворыцца, што асноўныя кагнітыўныя з'явы, такія як набыццё і правядзенне сацыяльныя перакананні ў такой жа меры прадукт чалавечай арганізацыі мозгу, як наш бихевиорист хоча есці, спаць і займацца сэксам. Ён сцвярджае, што мы "жорстка мець перакананні."
Супастаўных быў зроблены выснова Марвін Мінску (1986). У Грамадства Розум, патрыярх А. І. абмяркоўвае ўвазе, як велізарная колькасць "агентаў". Інфармацыя прадстаўлена "кадры", якія некалькі злучаных вузламі веды. Мінскі кідае значна больш складанай сеткі агентаў над розумам, чым модулі Газзанига, але і апісаць ўзроўні арганізацыі паміж нейронавай сінаптычную ўзроўню і ўвесь мозг, якія з'яўляюцца больш ці менш прадстаўнік тэорыі нейронавых сетак. Газзанига сцвярджае, што мозг больш сацыяльнага суб'екта, чым псіхалагічная. Замест таго, непадзельнае цэлае, як гэта было калісьці верылі, гэта велізарны канфедэрацыі адносна самастойных модуляў, кожны з якіх апрацоўвае інфармацыю і актывізуе свае ўласныя думкі і дзеянні. Але што такое модулі? Дзе збожжа свядомасці? Хіба гэта не розум больш, чым масіў звады модулі?
Джон О'Киф і Эндру Спикман (1986) з Ўніверсітэцкага каледжа Лондана завяршылі серыю эксперыментаў на актыўнасць нейронаў гіпакампа пацукоў у той час як жывёлы выступалі прасторавых задач работы памяці. Гэтыя і іншыя вынікі дазваляюць выказаць здагадку, гіпакампа кагнітыўная карта, у якой прадстаўленне месца ў асяроддзі распаўсюджваецца па ўсёй паверхні гіпакампа. О'Киф і Спикман, што збожжа прадстаўленне на ўзроўні ці ніжэй адным узроўні клеткі. Гэта значыць, кожная ячэйка ў невялікай групе ўдзельнічае ў прадстаўніцтва розных участкаў навакольнага асяроддзя. І наадварот, любое навала прыкладна ад 8 да 10 клетак ўяўляецца адэкватнай для забеспячэння грубай паданне ўсёй асяроддзя. Даданне некалькіх вочак у сетку павялічвае дазвол, або зерне прадстаўніцтва, але не змяняе яе. Прадстаўленне асяроддзя, такім чынам, распаўсюджваецца і "зярністасць" знаходзіцца на ўзроўні ніжэй, чым у асобных нерваў і сінапсаў. ER Джон і яго калегі (1986) з Нью-Йоркскага універсітэта выкарыстоўвалі метабалічных адлюстраванне слядоў памяці ў котак, каб паказаць, што інфармацыя шырока распаўсюджаныя, патрабуючы, каб "(нервовыя) клеткі ўдзельнічаюць у шматлікіх успамінах". Яны ўцягнуць:
... кааператыўных працэсаў, у якіх невыпадковыя паводзін велізарных ансамбляў нервовых элементаў пасярэднікам інтэграцыі і апрацоўкі інфармацыі і выманне успамінаў. Памяць і дасведчанасці ў складаных нервовых сістэм можа залежаць ад непрызнанай ў цяперашні час ўласцівасці сістэмы ў цэлым.
Уолтар Фрыман (1972, 1983) з Каліфарнійскага універсітэта ў Берклі, згаджаецца, што нервовая сістэма больш, чым сума іх частак. Па словах Фрымена, гэта адбываецца таму, што ўзаемасувязі ліку нейронаў прыводзіць да калектыўнай уласнасці, якая належыць нейронавыя папуляцыі ў цэлым, а не на канкрэтных асобных нейронаў. Такія калектыўныя ўласцівасці, звязаныя з псіхічнымі працэсамі, як мяркуюць Фрымена, якія будуць створаны на ўзаемазвязанасць колькасць нейронаў, па меншай меры, дзесяць тысяч ці нават больш.
Фрыман і іншыя, хто выступае за сумесныя калектыўныя аспекты псіхічных працэсаў прыводзяць электраэнцэфалаграмы (ЭЭГ) у якасці пацвярджаюць доказаў. ЭЭГ бесперапыннай электрамагнітнай хвалі, якая пранізвае мозг і складаецца з частот ад аднаго герц (Гц = = цыклаў у секунду) да некалькіх тысяч Гц, але сканцэнтраваны ў дыяпазоне ад 3 да 50 Гц (Частка 7). ЭЭГ была выкарыстаная на працягу паўстагоддзя, каб дыягнаставаць захворванні галаўнога мозгу, але не да 1960-х гадоў быў крыніцай "мазгавыя хвалі" ўдакладніць. ЭЭГ ўзнікае не з сумы распаўсюджваюцца патэнцыялаў дзеянні ў аксонов, а ад павольнага, градуяваная патэнцыялаў, якiя ствараюцца дендритов і клетачных тэл. Мясцовыя патэнцыялы аб'ядноўваюцца ў рэгіянальныя і мозгам ўсёй мадэлі. Індывідуальныя нейронаў і іх дендритов слізгацення і выхад з фазы з навакольнымі ЭЭГ вобласці. Даследаванні Эйди (1977), Іаана (1980) і многія іншыя навукоўцы карэлявалі разумовай дзейнасці ў жывёл і людзей з змяненні на ЭЭГ карціны. Таму што ЭЭГ вырабляецца вялікая колькасць нейронаў, гэтыя карэляцыі можна выказаць здагадку, што калектыўныя эфекты нейронаў з'яўляюцца асновай для разумовай дзейнасці. Фрыман мяркуе, што функцыянальна значных ЭЭГ хвалевыя з'явы адбываюцца ў нейронавай масы, у якой існуе зваротная сувязь з аднаго нейрона са шматлікімі іншымі ў той жа масы. Калектыўныя хвалі градуяваная патэнцыялы кандыдата Фрыман для збожжа свядомасці. Лакалізаваныя хвалевай актыўнасці ў нейронавых мас або "картэлі" будуць звязаныя з ЭЭГ хваль у гэтак жа, як тэмпература паветра і ціск хвалі генеруюць воблака мадэлі назіранай пабочных эфектаў, якія могуць даць інфармацыю аб унутранай дынаміцы.
Меркаванні пра значэнне мясцовых калектыўных ЭЭГ хвалевых палёў змяняюцца ад лішніх эпифеноменами, да інфармацыі перадатчыкі, каб рэчыва самога свядомасці. Джон Р. (1984), мабыць, самы моцны прыхільнік, ён адзначае, што асобныя нейроны, адчувальныя да палях яны вырабляюць. Эйди (1984) і яго калегі ўжылі "ЭЭГ-як" поля для мозгу паддоследных жывёл і выявілі, што яны вырабляюць паводніцкія эфекты. Джон прапануе канкрэтныя электрамагнітнага поля выкліканыя сэнсарных стымулаў і "рэзаніруе" з аналагічнымі шаблоны, якія захоўваюцца ў памяці. Новыя мадэлі прынесці новыя рэзанансы, якія прыводзяць, па словах Джона, каб струмень свядомага досведу. Хвалевыя структуры змяняць нейронавыя структуры, фарміраванне ўспамінаў быць выклікана пазней рэзанансаў.
Джон Р. (1980) сцвярджае, што:
Свядомасць ёсць ўласцівасць гэтых неверагодных размеркавання энергіі ў прасторы і часу, падобна таму як гравітацыя ўласцівасць матэрыі.
4,4 Да Малекулярная Свядомасць
Як электрычную энергію хвалі звязаныя з нейронавыя структуры, і тое, што нейронавыя структуры з'яўляюцца найбольш падыходнымі для сувязі і прадстаўлення пазнавальнага зместу? Адначасовае прызнанне (і кааператыўныя сувязі) вялікім лікам нервовых элементаў патрабуе хуткіх зменаў хімічнага стану шырока распаўсюджаныя макрамалекул. Верагодныя кандыдаты "аллостерических" вавёркі, якія могуць пераўтвараць рэгулятарныя сігналы (звязванне малекул, іёнаў / кіслотнасці, напруга поля і г.д.) для праходжання функцыянальных конформационных змяненняў. Хайда (1977) першапачаткова прапанавала, каб вавёркі хутка змяніць сваю конформацию ў адказ на слабыя, осциллирующих электрычных палёў. У. Рос Эйди (1977) распрацаваў на сувязі нейронавых конформации бялку і функцыі ЭЭГ хваль. Ён выказаў здагадку, што палатно з гидратированных глікапратэіна (прасьціраецца ад нейронавыя мембраны ў міжклеткавай прастора), мембранныя бялкі, і цитоскелета нацэлены прайсці хуткім конформационные змены ў адказ на лакалізаваныя і прасторава-часовай селектыўнай ЭЭГ, а таксама біяхімічныя сігналы. Трансдукция электрамагнітнай энергіі ў конформационных станаў, шырока распаўсюджаныя вавёркі могуць сумесна ўяўляюць сабой дынамічную інфармацыю.
Чырвонай ніткай біялагічнай выведкі, "збожжа энграммы", можа быць знойдзена ў рамках сумеснай дынамікі малекулярнай сеткі, структура і функцыі з'яўляюцца выдатна прыстасаваныя да апрацоўкі інфармацыі: цитоскелета. адказ на слабыя, осциллирующих электрычных палёў. У. Рос Эйди (1977) распрацаваў на сувязі нейронавых конформации бялку і функцыі ЭЭГ хваль. Ён выказаў здагадку, што палатно з гидратированных глікапратэіна (прасьціраецца ад нейронавыя мембраны ў міжклеткавай прастора), мембранныя бялкі, і цитоскелета нацэлены прайсці хуткім конформационные змены ў адказ на лакалізаваныя і прасторава-часовай селектыўнай ЭЭГ, а таксама біяхімічныя сігналы. Трансдукция электрамагнітнай энергіі ў конформационных станаў, шырока распаўсюджаныя вавёркі могуць сумесна ўяўляюць сабой дынамічную інфармацыю.
Чырвонай ніткай біялагічнай выведкі, "збожжа энграммы", можа быць знойдзена ў рамках сумеснай дынамікі малекулярнай сеткі, структура і функцыі з'яўляюцца выдатна прыстасаваныя да апрацоўкі інфармацыі: цитоскелета.