История компьютерных наук в целом сводится к тому, что учёные пытаются понять, как работает человеческий мозг, и воссоздать нечто аналогичное по своим возможностям. Как именно учёные его исследуют? Представим, что в XXI веке на Землю прилетают инопланетяне, никогда не видевшие привычных нам компьютеров, и пытаются исследовать устройство такого компьютера. Скорее всего, они начнут с измерения напряжений на проводниках, и обнаружат, что данные передаются в двоичном виде: точное значение напряжения не важно, важно только его наличие либо отсутствие. Затем, возможно, они поймут, что все электронные схемы составлены из одинаковых «логических вентилей», у которых есть вход и выход, и сигнал внутри схемы всегда передаётся в одном направлении. Если инопланетяне достаточно сообразительные, то они смогут разобраться, как работают комбинационные схемы - одних их достаточно, чтобы построить сравнительно сложные вычислительные устройства. Может быть, инопланетяне разгадают роль тактового сигнала и обратной связи; но вряд ли они смогут, изучая современный процессор, распознать в нём фон-неймановскую архитектуру с общей памятью, счётчиком команд, набором регистров и т.п. Дело в том, что по итогам сорока лет погони за производительностью в процессорах появилась целая иерархия «памятей» с хитроумными протоколами синхронизации между ними; несколько параллельных конвейеров, снабжённых предсказателями переходов, так что понятие «счётчика команд» фактически теряет смысл; с каждой командой связано собственное содержимое регистров, и т.д. Для реализации микропроцессора достаточно нескольких тысяч транзисторов; чтобы его производительность достигла привычного нам уровня, требуются сотни миллионов. Смысл этого примера в том, что для ответа на вопрос «как работает компьютер?» не нужно разбираться в работе сотен миллионов транзисторов: они лишь заслоняют собой простую идею, лежащую в основе архитектуры наших ЭВМ.
Моделирование нейронов
Кора человеческого мозга состоит из порядка ста миллиардов нейронов. Исторически сложилось так, что учёные, исследующие работу мозга, пытались охватить своей теорией всю эту колоссальную конструкцию. Строение мозга описано иерархически: кора состоит из долей, доли - из «гиперколонок» , те - из «миниколонок» … Миниколонка состоит из примерно сотни отдельных нейронов.По аналогии с устройством компьютера, абсолютное большинство этих нейронов нужны для скорости и эффективности работы, для устойчивости ко сбоям, и т.п.; но основные принципы устройства мозга так же невозможно обнаружить при помощи микроскопа, как невозможно обнаружить счётчик команд, рассматривая под микроскопом микропроцессор. Поэтому более плодотворный подход - попытаться понять устройство мозга на самом низком уровне, на уровне отдельных нейронов и их колонок; и затем, опираясь на их свойства - попытаться предположить, как мог бы работать мозг целиком. Примерно так пришельцы, поняв работу логических вентилей, могли бы со временем составить из них простейший процессор, - и убедиться, что он эквивалентен по своим способностям настоящим процессорам, даже хотя те намного сложнее и мощнее.
На рисунке, приведённом чуть выше, тело
нейрона (слева) - небольшое красное пятнышко в нижней части; всё остальное - дендриты
, «входы» нейрона, и один аксон
, «выход». Разноцветные точки вдоль дендритов - это синапсы
, которыми нейрон соединён с аксонами других нейронов. Работа нейронов описывается очень просто: когда на аксоне возникает «всплеск» напряжения выше порогового уровня (типичная длительность всплеска 1мс, уровень 100мВ), то синапс «пробивается», и всплеск напряжения переходит на дендрит. При этом всплеск «сглаживается»: вначале напряжение за 5..20мс растёт до порядка 1мВ, затем экспоненциально затухает; таким образом, длительность всплеска растягивается до ~50мс.
Если несколько синапсов одного нейрона активизируются с небольшим интервалом по времени, то «разглаженные всплески», возбуждаемые в нейроне каждым из них, складываются. Наконец, если одновременно активны достаточно много синапсов, то напряжение на нейроне поднимается выше порогового уровня, и его собственный аксон «пробивает» синапсы связанных с ним нейронов.
Чем мощнее были исходные всплески, тем быстрее растут разглаженные всплески, и тем меньше будет задержка до активизации следующих нейронов.
Кроме того, бывают «тормозящие нейроны», активация которых понижает общее напряжение на связанных с ним нейронах. Таких тормозящих нейронов 15..25% от общего числа.
У каждого нейрона тысячи синапсов; но в любой момент времени активны не больше десятой части всех синапсов. Время реакции нейрона - единицы мс; такого же порядка задержки на распространение сигнала вдоль дендрита, т.е. эти задержки оказывают существенное влияние на работу нейрона. Наконец, пару соседних нейронов, как правило, связывает не один синапс, а порядка десятка - каждый с собственным расстоянием до тел обоих нейронов, а значит, с собственной длительностью задержки. На иллюстрации справа два нейрона, изображённые красным и синим, связаны шестью синапсами.
У каждого синапса своё «сопротивление», понижающее входящий сигнал (в примере выше - со 100мВ до 1мВ). Это сопротивление динамически подстраивается: если синапс активизировался сразу перед активацией аксона - то, видимо, сигнал с этого синапса хорошо коррелирует с общим выводом, так что сопротивление понижается, и сигнал будет вносить больший вклад в напряжение на нейроне. Если же синапс активизировался сразу после активации аксона - то, видимо, сигнал с этого синапса не имел отношения к активации аксона, так что сопротивление синапса повышается. Если два нейрона связаны несколькими синапсами с разной длительностью задержки, то такая подстройка сопротивлений позволяет выбрать оптимальную задержку, или оптимальную комбинацию задержек: сигнал начинает доходить именно тогда, когда от него больше всего пользы.
Таким образом, модель нейрона, принятая исследователями нейронных сетей - с единственной связью между парой нейронов и с мгновенным распространением сигнала от одного нейрона к другому - весьма далека от биологической картины. Кроме того, традиционные нейронные сети оперируют не временем отдельных всплесков, а их частотой : чем чаще всплески на входах нейрона, тем чаще будут всплески на выходе. Те детали устройства нейрона, которые отброшены в традиционной модели - существенны или несущественны они для описания работы мозга? Нейробиологи накопили огромную массу наблюдений об устройстве и поведении нейронов - но какие из этих наблюдений проливают свет на общую картину, а какие - лишь «детали реализации», и - как и предсказатель переходов в процессоре - не влияют ни на что, кроме эффективности работы? Джеймс считает, что именно временны́е характеристики взаимодействия между нейронами и позволяют приблизиться к пониманию вопроса; что асинхронность так же важна для работы мозга, как синхронность - для работы ЭВМ.
Ещё одна «деталь реализации» - ненадёжность нейрона: с некоторой вероятностью он может активизироваться спонтанно, даже если сумма напряжений на его дендритах не достигает порогового уровня. Благодаря этому, «обучение» колонки нейронов можно начинать с любого достаточно большого сопротивления на всех синапсах: вначале никакая комбинация активаций синапсов не будет приводить к активации аксона; затем спонтанные всплески приведут к тому, что понизится сопротивление синапсов, которые активизировались незадолго до этих спонтанных всплесков. Таким образом нейрон начнёт распознавать конкретные «паттерны» входных всплесков. Что самое важное, паттерны, похожие на те, на которых нейрон обучался, - тоже будут распознаваться, но всплеск на аксоне будет тем слабее и/или позднее, чем меньше нейрон «уверен» в результате. Обучение колонки нейронов получается намного эффективнее, чем обучение обычной нейронной сети: колонке нейронов не нужен контрольный ответ для тех образцов, на которых она обучается - фактически, она не распознаёт , а классифицирует входные паттерны. Кроме того, обучение колонки нейронов локализовано - изменение сопротивления синапса зависит от поведения лишь двух соединённых им нейронов, и никаких других. В результате этого, обучение приводит к изменению сопротивлений вдоль пути следования сигнала, тогда как при обучении нейронной сети веса изменяются в обратном направлении: от нейронов, ближайших к выходу - к нейронам, ближайшим ко входу.
Например, вот колонка нейронов, обученная распознавать паттерн всплесков (8,6,1,6,3,2,5) - значения обозначают время всплеска на каждом из входов. В результате обучения, задержки настроились на точное соответствие распознаваемому паттерну, так что напряжение на аксоне, вызываемое правильным паттерном, получается максимально возможным (7):
Та же самая колонка отреагирует на похожий входной паттерн (8,5,2,6,3,3,4) меньшим всплеском (6), причём напряжение достигает порогового уровня заметно позднее:
Наконец, тормозящие нейроны могут использоваться для реализации «обратной связи»: например, как на иллюстрации справа, - подавлять повторные всплески на выходе, когда вход длительное время остаётся активным; или подавлять всплеск на выходе, если он слишком задерживается по сравнению со входными сигналами, - чтобы сделать классификатор более «категоричным»; или, в нейросхеме для распознавания паттернов, разные колонки-классификаторы могут быть связаны тормозящими нейронами, чтобы активация одного классификатора автоматически подавляла все остальные классификаторы.
Распознавание изображений
Для распознавания рукописных цифер из базы MNIST (28x28 пикселей в оттенках серого) Джеймс из колонок-классификаторов, описанных выше, собрал аналог пятислойной «свёрточной нейросети» . Каждая из 64 колонок в первом слое обрабатывает фрагмент 5х5 пикселей из исходного изображения; такие фрагменты перекрываются. Колонки второго слоя обрабатывают по четыре выхода из первого слоя каждая, что соответствует фрагменту 8х8 пикселей из исходного изображения. В третьем слое всего четыре колонки - каждой соответствует фрагмент из 16х16 пикселей. Четвёртый слой - итоговый классификатор - разбивает все изображения на 16 классов: класс назначается в соответствии с тем, который из нейронов активизируется первым. Наконец, пятый слой - классический перцептрон, соотносящий 16 классов с 10 контрольными ответами.
Классические нейросети достигают на базе MNIST точности 99.5% и даже выше; но по утверждению Джеймса, его «гиперколонка» обучается за гораздо меньшее число итераций, благодаря тому, что изменения распространяются вдоль пути следования сигнала, а значит, затрагивают меньшее число нейронов. Как и для классической нейросети, разработчик «гиперколонки» определяет только конфигурацию соединений между нейронами, а все количественные характеристики гиперколонки - т.е. сопротивление синапсов с разными задержками - приобретаются автоматически в процессе обучения. Кроме того, для работы гиперколонки требуется на порядок меньшее число нейронов, чем для аналогичной по возможностям нейросети. С другой стороны, симуляция таких «аналоговых нейросхем» на электронном компьютере несколько затрудняется тем, что в отличие от цифровых схем, работающих с дискретными сигналами и с дискретными интервалами времени - для работы нейросхем важны непрерывность изменения напряжений и асинхронность нейронов. Джеймс утверждает, что шага симуляции в 0.1мс достаточно для корректной работы его распознавателя; но он не уточнял, сколько «реального времени» занимает обучение и работа классической нейросети, и сколько - обучение и работа его симулятора. Сам он давно на пенсии, и свободное время он посвящает совершенствованию своих аналоговых нейросхем.
Сегодня мы рассмотрим такие вопросы как: что такое мозг, из чего он состоит , какие функции выполняет и каким образом мы мыслим, вспоминаем и принимаем решения.
Что такое головной мозг и из чего состоит?
Это наш центральный процессор, системный администратор нашего тела, это орган ЦНС (Центральной нервной системы). От животных мы отличаемся способностью мыслить и прогнозировать, принимать невыгодные решения, но во благо других людей.
Почти 80% мозга состоит из воды (в основном в цитоплазме клеток), а еще 10-12% липидов (жира) и 8% протеина. Хотя на его долю приходится всего 2% от массы тела, головной мозг использует полностью 20-25% поставок организмом кислорода, питательных веществ и глюкозы (в качестве топлива), все из которых поставляются постоянным потоком крови. Головной мозг защищен толстыми костями черепа и гематоэнцефалическим барьером, но характер (как сложной системы) человеческого мозга, тем не менее, делает его неустойчивым ко многим видам заболеваний.
Около 100 миллиардов нейронов передают сигналы друг другу с помощью 1000 триллионов синаптических связей. Происходит постоянный приток и анализ различной информации из вне.
Мозг отвечает за контроль всех телесных действий и функций. Это также центр мышления, обучения и памяти. Мозг дает нам способности, чтобы думать, планировать, говорить, представлять, спать, использовать разум и эмоции.
Как мы размышляем?
В данный момент вы читаете этот текст, вы видите каждую букву, понимаете ее. Разберемся, почему же вы понимаете, что читаете и, твердо убеждены в правильности своих мыслей.
Это задача не из легких, но любую задачу можно решить, применив метод анализа, тоесть дробления сложного вопроса на понятные элементы, соответствующую статью сайт скоро выпустит.
- Органы чувств. Они так называются, потому что взаимодействуют с окружающим вас миром. Выделяют 6 органов чувств: глаза, уши, нос, кожа, язык и вестибулярный аппарат. У животных в процессе эволюции были развиты еще и эхо-локация, ощущение магнитного поля Земли и другие чувства.
С органами чувств разбираться глубоко не будем, итак понятно, что такое кожа или уши. Но вернемся к нашему примеру, мы читаем, задействуем свои глаза. Что происходит дальше.
- Рецепторы. Любой из органов чувств имеет свои рецепторы, это нервные клетки находящиеся «в связке» с каким-либо органом чувств. Рецепторы в глазах трансформируют картинку от глаз, упорядочивают ее. Систематизируется информацию об оттенках цветов, которые вы видите, где какой цвет находится, о различных физических предметах и их местоположении в пространстве, о многих других вещах. Вся систематизируемая информация направляются во вставочные нейроны.
В нашем примере с чтением, на этом этапе, вы еще ничего не понимаете.
- Вставочные нейроны. Это нейроны-посредники, они получают информацию от рецепторов и меняют ее в электрические сигналы. Что-то наподобие азбуки Морзе, только вместо букв и точек мы имеем картинку перед нашими глазами и эти самые электрические сигналы. Весь этот поток «летит» к коре головного мозга, к нейронам, находящимся в нем. Представьте, что нейрон – это проходная комната. И первыми «открывают дверь в комнату» дендриты.
Ваш мозг все еще не понимает слов.
- Дендриты – это «входная дверь» в нейрон, уже в мозге (на самом деле информация может «пробить стену и влететь в нейрон» и без двери). Дендрит ПОНИМАЕТ, что пришла какая-то информация. Но сам он нифига не понимает, что это значит. Для него вы читаете что-то вроде «N?n h?o, w? de x?nx?», непонятные слова, ошибка 404. Дендрит отправляет эту информацию в «дверь выхода» — аксон.
- Аксон в нервной клетке имеет множество ответвлений, он ищет совпадения поступающей информации в других нейронах. И находит их! Ваш мозг, ВНЕЗАПНО, осознает, что знает русский язык, так как информации полно в других нейронах. И «дорожки» от одного нейрона к другому постоянно используются, они надежные, крепкие. Параллельно с этим, в аксонах вырабатываются нейромедиаторы, отвечающие за наше настроение, энергию и здоровье. И вот нейроны поздравляют друг друга нейромедиаторами за «взаимное согласие и понимание».
Вот как работает мозг в познавательной деятельности !
Резюмируя: глаза/уши/язык.. собирают информацию, она накапливается в соответствующих рецепторах, те ее структурируют и посылают во вставочный нерв, где она трансформируется в электрические сигналы, эти сигналы принимают нервные клетки и их дендриты в коре мозга. Дендриты направляют эту информацию в аксон «на поиск соответствия». Аксон «ищет совпадения» через нейронные связи с другими нейронами. Все это происходит за доли секунды.
Если аксон не находит «совпадения», то создается тоненькая связь с новым нейроном (да, они все-таки создаются). Чем больше вы учите новой информации – тем больше создается связей и тем они крепче.
Обратное правило: если вы не учите что-то, забываете, то связи становятся тоньше. Но их можно быстро восстановить!
Рассмотрим еще 3 интересных примера: вы учитесь водить автомобиль(А), вам на голову летит кирпич(Б) и вы ищете по дому шариковую ручку(В).
А. Представьте, что вы впервые сели за руль. Вокруг столько кнопочек, 3 педали (ну или 2), всякие коробки, зеркала, так еще нужно представлять габариты автомобиля, понимать, «проеду ли я тут?». И ведь вы вроде знаете, что «выжимаем тормоз, снимаем с ручника…». Вы пробуете это делать, но руки не слушают, ноги, случайно, педали выжимают не до конца, забыли включить фары и т.д. Что происходит?
Связи между нейронами, где хранится память о вождении авто есть, но нет связей проходящих к мышцам. Цель обучения – создавать и укреплять эти нервно-мышечные связи и создавать новые между нейронами в мозге. Чем больше учишься – тем больше связей между нейронами и тем они крепче.
Замечали, как быстро вы выключаете будильник по утрам?)
Б. На вас летит кирпич! Типичная ситуация, с кем не бывало) Как только вы это осознаете, вы не ищете связи между нейронами с памятью о физике, вы не думаете, что «судя по его траектории, он пролетит мимо» или «он небольшой и попадет в плечо, а у меня толстая куртка и я ничего не почувствую». Как только до дендритов доходит информация «о летящем на вас кирпиче», вся логичность просто выключается, за дело берутся инстинкты, и вы отпрыгиваете, даже если у вас болит нога/спина/живот и вообще вам лень. Где есть угроза жизни – рулят инстинкты. Где нет – происходит поиск в нейронах мозга и нервно-мышечных связях.
В. Ищете ручку. Вам поступил важный звонок, нужно кое-что быстренько записать. Вы начинаете искать ручку, ищете глазами, спрашиваете у кого-то, нигде нет. Мозг работает очень активно, проверяются десятки тысяч связей между нейронами. Вырабатываются стрессовые нейромедиаторы, которые подгоняют мозг, как суровый офицер в армии гоняет солдат. Стресса еще больше, вдруг начинают проверяться альтернативные варианты как записать, и вы записываете на своем же телефоне, на компьютере, забираете чужой мобильник и там пишете, пытаетесь запомнить. Вам уже плевать на все, нужно тупо записать.
Все прошло, вы поговорили, информация «сохранена». Нейроны снова активно вырабатывают нейромедиаторы, но уже положительные, «поздравляю вас, коллега!»
Теперь понимаете, почему вы можете потерять дома мобильный, но никогда полностью не разучитесь водить машину.
И еще! Наверно вы слышали, что продавцы в магазинах часто дают подержать товар в руки – это не просто так! Таким образом у вас задействованы почти все органы чувств, вы видите товар, чувствуете его, еще и продавец его нахваливает (звук) – нейроны и связи создаются очень быстро. Быстрее, чем вы бы просто прочитали обзор на этот товар. Вот такая тонкая психология.)
Как мы мечтаем?
Мы можем мечтать абсолютно где угодно и когда угодно, это очень важная функция мозга! Мечты расслабляют человека, придают ему оптимизма, что, в конечном итоге, положительно сказывается на его отношении к окружающему миру. Ведь каким мы видим мир – такой он и есть.
Мечты добавляют осмысленность, логичность в нашу жизнь, как бы это странно не звучало. Они показывают к чему нам стремиться, и пока мы стремимся к мечте – мы счастливы.
Традиционно считается, что за мечты отвечает правое полушарие головного мозга. Формально это не совсем так, человек активно мечтает, когда «выключена» логика и рациональность + вырабатываются нейромедиаторы: эндорфин, ГАМК, серотонин, мелатонин. Необязательным условием является подавление «возбуждающих» нейромедиаторов.
Вспомните свое состояние, перед тем как начинаете мечтать, это монотонное и рутинное действие, когда вы не решаете никаких задач и нет стресса и «отключаетесь».
Что происходит в голове в момент «отключения» от реальности? Рассмотрим на примере.
Достаточно лишь одной маленькой, но приятной мысли. Вы идете по знакомой улице, ничего не мешает, не спешите, нет медведей и других опасностей. Заметили красивое дерево, оно вам напомнило что-то приятное. Аксон помог найти эту информацию в каком-то нейроне и выработал положительные нейромедиаторы.
Нейромедиаторы попали в клетку с этим воспоминанием, та, в свою очередь, «обрадовалась» этим положительным моментом и направила и в свой аксон запрос на поиск совпадений. Тот находит их очень быстро и их тысячи, везде вырабатываются положительные нейромедиаторы. В этом моменте, вы уже видите не просто «дерево», ваш мозг вам напомнил, как вы когда-то ездили с друзьями на озеро, шашлыки, музыка, лето. Аксоны активно ищут еще больше совпадений, и вот уже условно весь мозг рад) Он стремится продлить это воспоминание и «дорисовывает» еще больше красок + вы уже фантазируете о будущем, теперь «совпадения не ищутся», а «создаются» исходя из прошлых событий.
— А как пройти до улицы Ленина? — кто-то вас спросил.
Так, встряска, норадреналина нам, глутамата, «отрубить» весь мелатонин… Мозг очень быстро перестраивается, что от нас хотят? Как пройти до Ленина, аксонам приказываю искать ответ в нейронах…
(Через 2-3 секунды вы отвечаете) – А, это вам туда до упора.
Вы, вдруг, осознаете, что не помните, как прошли последние 100-200 метров. Ведь только что были «шашлыки, озеро». Случалось?
Даже сегодня остается настоящей загадкой для исследователей. Однако многое им уже удалось выяснить. Так по каким «проводам» мозг получает сообщения, и на чем основывается его работа?
Принцип работы человеческого мозга
Мозг зрелого человека весит порядка полутора килограмм, куда «вмещается» около сотни миллиардов активных клеток. Большинство клеток - это нейроны, которые служат проводниками
Как работает мозг? Принцип его деятельности можно условно сравнивать с работой электрического выключателя. Нейроны могут находиться как в «выключенном», так и «включенном» состоянии, когда электрические импульсы передаются по соответствующим проводящим путям.
Сформированы нейроны в виде тела клетки и передающих нервные импульсы аксонов. В свою очередь, нейронные аксоны связаны между собой синапсами, благодаря которым происходит передача информации между отдельными нейронами.
Роль химических веществ в деятельности мозга
Особенности мозга человека предполагают активность особых химических составляющих, известных как нейромедиаторы. Присутствие таких веществ, как дофамин или адреналин, способствует активизации тех или иных его функций. Причем различные отделы, так же как их нейроны, «применяют» в своей работе разные химические составляющие.
Благодаря химической активности мозга, его нейроны способны воспроизводить электрический заряд, мощность которого в целом может достигать около 60 Вт. Деятельность мозга, основанная на электрической активности, может быть измерена при помощи специализированного оборудования.
По каким «проводам» мозг получает сообщения?
Основным проводником для передачи информации к нейронам посредством нервных синапсов выступает спинной мозг. Сравнить можно с многожильным телефонным кабелем. Повреждение такого «кабеля» может приводить к потере человеком контроля как над отдельными конечностями, так и телом в целом. Именно посредством электрических импульсов осуществляется передача команд головного мозга телу.
Минуя синапсы спинного мозга, непосредственно в передается информация лишь от слуховых и зрительных рецепторов. Именно поэтому при парализации всего тела человек сохраняет способность слышать и видеть.
В целом же активность мозга обусловлена функционированием серого вещества, которое располагается на его поверхности и формирует кору головного мозга. Особую роль в работе головного мозга играет которое практически полностью состоит из проводящих импульсы аксонов.
Мозг: строение и функции
Человеческий мозг сформирован из двух полушарий - левого и правого, которые отвечают за выполнение отдельных функций. Так, правое полушарие мозга человека позволяет группировать поступающую информацию. В свою очередь, на возложен в основном анализ «входящих» данных. Например, правое полушарие идентифицирует предмет, а левое определяет его особенности, качества, характеристики, прочее.
По каким «проводам» мозг получает сообщения? По мнению исследователей, получая электрические импульсы, правое полушарие мозга воспринимает преимущественно абстрактные вещи и понятия, анализирует форму и цвет. В то же время левое полушарие оставляет за собой математические способности, речь и логику. Из года в год ученые находят такому специфическому разделению функций человеческого мозга и его дифференциации все новые подтверждения.
Мифы о человеческом мозге
На сегодняшний день распространенным остается мнение о том, что современный человек способен задействовать не более 10% собственного мозга. Несмотря на многочисленные споры вокруг данного вопроса, существует целая масса доказательств использования человеком всего потенциала головного мозга. Согласно данным исследователей, даже выполнение довольно простых задач нуждается в активизации практически всех областей мозга.
Ошибочно также полагать, что у слепых людей слух развит лучше, по сравнению со зрячими. Впрочем, незрячие могут похвастаться более развитой слуховой памятью. Такие люди быстрее идентифицируют источники звуков, а также активнее улавливают смысл иностранной речи.
Величина мозга абсолютно не влияет на интеллектуальные способности. Определяющим фактором в развитии интеллекта становится лишь количество нервных связей между отдельными нейронами.
Человеку сложно пощекотать самого себя. Все дело в настрое мозга на восприятие раздражителей из внешнего мира, что позволяет выделять действительно важные для организма сигналы из обширного потока ощущений. Ведь причиной возникновения большинства из них являются бессознательные действия самого человека.
Зевота является не просто условным рефлексом при отходе от сна, но и позволяет мозгу быстрее прийти в активное состояние, благодаря его активному насыщению кислородом.
Компьютерные игры дают мозгу отдых и расслабление за счет отвлечения от повседневных задач, а также учат одновременному выполнению нескольких дел одновременно. Причем лучшей в данном случае выступают активные игры, например экшны и шутеры, когда игроку приходится отражать атаки целой группы врагов, которые наступают с различных сторон в ограниченном пространстве. Участие в подобных виртуальных развлечениях позволяет человеку молниеносно реагировать на быстрое изменение ситуации и рассредоточивать внимание.
Физические упражнения способствуют поддержанию головного мозга в хорошей форме. Регулярные физические нагрузки влияют на рост количества капилляров в мозгу, что дает возможность лучше насыщать его и кислородом.
Простую песню без сложной музыкальной структуры и особой смысловой нагрузки гораздо сложнее забыть по сравнению с действительно «интеллектуальными» произведениями. Причина кроется в способности мозга к построению автоматических, привычных алгоритмов действий, куда могут встраиваться подобные мелодии.
В заключение
Человеческий мозг является крайне сложной структурой, включающей в себя целую массу функциональных отделов, работа которых основана на активизации и затухании миллиардов нейронов.
По каким «проводам» мозг получает сообщения? Роль таких проводящих путей выполняют нейронные связи. Каждый нейрон действует подобно микроскопическому электрическому выключателю, включение которого активизирует передачу нервных импульсов в нужные Поступающая из внешнего мира информация в конечном итоге передается в большие полушария головного мозга, где и происходит ее окончательный анализ и обработка.
С одной стороны, работа головного мозга изучена достаточно хорошо благодаря трудам сотен исследователей и современной аппаратуре. С иной – никто из учёных не может в подробностях рассказать, как работает мозг человека. Фактически вся наука и медицина основаны на предположениях, догадках, недоразумениях, косвенных результатах экспериментов и даже вере.
Изучение функционирования этого сложнейшего и самого непонятого в мире объекта – очень перспективное занятие, как для молодых специалистов, так и для опытных учёных, медиков, психологов. Мы попытаемся привести принципы работы головного мозга человека, основываясь на результатах экспериментов и достижениях современной науки.
Что такое мозг?
Это главный орган ЦНС, расположенный и хорошо защищённый от влияния на него факторов внешней среды черепной коробкой и мозговой жидкостью. Череп защищает от сильных механических воздействий, а жидкость, в которой мозговое вещество словно плавает, играет роль амортизатора.
Он состоит из двух тесно взаимодействующих полушарий, в состав коих входят миллиарды нейронов – нервных клеток. Каждая клетка является структурной единицей и связана с соседней массой нервных отростков – аксонов. Те, в свою очередь, являются каналами передачи нервных импульсов и связаны синоптическими связями. Сигналы (нейромедиаторы) вырабатываются самими нейронами и передаются по каналам (аксонам), причём разные типы нейронов и вещества вырабатывают различные. Кроме того, они способны генерировать слабые электрические токи.
Интересный факт! Известно, что все нейроны общаются между собой, даже находясь на значительном для их размеров расстоянии. Если бы это общение осуществлялось благодаря электрическим сигналам, внутри черепа «блуждали» бы огромные токи, но таковых нет.
Работа головного мозга человека достаточно подробно объяснена на молекулярном уровне, насколько это позволяет современное оборудование, но понимания того, как в результате взаимодействия миллиардов клеток головной мозг работает как единый организм, нет. Также никто не знает, какими принципами и механизмами координируется взаимодействие столь большого числа клеток.
Тут можно провести аналогии с пчелиной или муравьиной семьёй: один муравей или пчела, и даже несколько десятков или сотен особей, пускай в столь небольшой семье будут присутствовать все классы (рабочие, матка, кормящие расплод), не способны функционировать как один организм, полноценная семья. Только их число достигнет критического количества, всё встаёт на свои места, все делают своё дело, вроде кто-то всеми ими руководит со стороны.
Строение
Каждое полушарие выполняет определённые функции в организме и психической деятельности людей. Если с обеспечением существования тела картина хотя бы в общих чертах понятна, то ментальный план (мышление) для людей пока неосязаем. Как человек думает, неизвестно.
Головной мозг соединяется со спинным – массивным пучком нервных волокон, состоящим из более, чем 30 сегментов. По нему все сигналы передаются в головной мозг и обратно. Сам орган боли не чувствует, потому как не обладает нервными окончаниями.
Человеческий мозг окружен 3-мя оболочками:
- твёрдая – соединительная ткань;
- мягкая – обволакивает орган, заполняя собой все извилины, в ней не расположен ни один кровеносный сосуд;
- паутинная – расположена между предыдущими, под ней находится подпаутинное пространство, заполненное спинномозговой жидкостью, амортизирующей резкие физические перегрузки (удары).
Кора – это пара полушарий, соединенных мозолистым телом – пучком нервов. Полушария условно разделены на отделы и центры, выполняющие преимущественно управление какой-либо одной функцией организма: кровообращение, дыхание. Строение мозга очень сложное, рассматривать все аспекты физиологии органа не будем.
Функционирование
Установлено, что полушария отвечают за работу противоположных частей тела: левое, по большему счёту, заставляет работать правую часть организма, а правое – левую. Общаются они между собой посредством моста – мозолистого тела.
Правое полушарие в целом отвечает за предметно-образное мышление, которое на порядки быстрее символьного (лучше раз увидеть, чем 7 раз услышать). Людям с развитым левым полушарием (левши) проще оперировать образами, а не числами, им трудно понимать чертежи, диаграммы и графики. Активизация и развитие левого полушария делает левшей творческими людьми (изобретатели, писатели, асы в разного рода искусствах и видах деятельности), одним словом – творцами.
Левая часть – это абстрактно-логическая деятельность. Работа человеческого мозга с более развитым этим полушарием делает своего владельца интеллектуалом, способным врать, не видеть целостности вещей, процессов и связей между ними.
То, что не увидишь
Эмоции – от них во многом зависит деятельность как мозга, так и организма в целом. За выделение большинства гормонов, которые управляют почти всеми процессами в теле и его эмоциональным состоянием, отвечает лимбическая система. Недостаток или чрезмерное количество гормонов приводит к тем или иным сбоям и изменениям в функционировании организма, изменению его эмоционального состояния. Во многом работа мозга человека зависит от уровня гормонов.
Мысли и память
Споры о том, что такое мысли, где находится память и каков принцип интеллектуальной деятельности, ведутся второй век, как минимум, но ответов на вопрос нет. Одни ссылаются на отсутствие необходимой аппаратуры, которая ещё и не создана, скорее всего, вторые утверждают, что людям на нынешней ступени развития не дано многого понять, третьи доказывают, что ответ нужно искать не только под черепом. Мозг – это приемопередатчик, который принимает информацию из вешней среды, обрабатывает её, вырабатывает реакции организма на её основе, а также посылает часть данных куда-то, во внешнюю среду.
До сих по не найдены центры или участки, в которых хранится весь наш опыт, отвечающие за память. Предположения того, что ячейки памяти находятся где-то далеко, а не в голове, становится всё более интересными научным кругам.
Ответ, как работает эта система, скрывается в молекуле ДНК, она является ключом к пониманию многих процессов во Вселенной, в том числе и в мозгу. Как объяснить общение клеток между собой, если пропускной способности нервных волокон для передачи сигналов явно недостаточно. Вывод: головной мозг человека работает на совершенно иных принципах, чем предполагают учёные. И тут необходимо присмотреться к основам квантовой механики.
Ритмы
Любой вид мозговой деятельности происходит на определённых частотах работы органа – ритмы. Их два вида:
- альфа – частота 7-17 Гц, характеризуется состоянием сознательного покоя (медитация, сон);
- бета – частота около 20 Гц – излучаются мозгом почти всегда.
Что интересно, бета-ритмы соответствуют частоте стоящих электромагнитных волн, расположенных между ионосферой и поверхностью Земли (волны Шумана).
Альфа-волны частотой 7,8 Гц генерируются процессами, происходящими на Солнце и в облаках. Они задают ритм жизни на планете, им и подчиняется мозговая деятельность. 2-я гармоника резонанса Шумана равняется 14 герцам, что соответствует состоянию мозга, когда он готов обучаться – получать, усваивать и обрабатывать информацию, а также вырабатывать на её основе новую.
Если кто так и не понял, как работает мозг человека, значит всё в порядке. С одной стороны – это очень сложный орган, электрохимическая машина, работа коего издали напоминает функционирование транзистора (но очень сложного), а с иной – это не самодостаточный орган, он тесно взаимосвязан с окружающим миром, происходящими вокруг и вдали от нас процессами, а также активностью Солнца.
