Нервные клетки для компьютера

Денис Колисниченко

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-004-1

(dhsilabs@mail.ru)

Изучаем нейронные сети

В последнее время все чаще стали говорить о нейронных сетях. Развиваются целые сегменты математики, изучающие нейронные сети, в некоторых технических ВУЗах даже появился такой предмет - "Основы нейронных сетей". Что же такое нейронные сети, где и как они применяются?

Я думаю, значит, я существую…

Именно такое заключение сделал один философ. Создатели даже первых компьютеров пытались научить свои детища "думать" - вот и первые попытки создать искусственный интеллект. Как же заставить железо думать? Если пойти по минимальному пути сопротивления, то оптимальным вариантом будет "срисовать" по образу и подобию "центральный процессор" человека - его мозг. Будем разбираться, как происходит мыслительный процесс человека.

Нервная система человека состоит из нейронов - тех самых нервных клеток, которые "не восстанавливаются". Нейроны связаны между собой нервными волокнами, которые передают электрические импульсы. Все "мыслительные" процессы в человеческом организме реализованы как передача электрических импульсов между нейронами. В качестве подобного "мыслительного" процесса может выступать и напряженное решение какой-нибудь задачи, и простая передача раздражения от рецептора кожи в мозг.

Как устроен нейрон? У каждого нейрона есть отростки - дендриты и аксон. Дендриты и аксон - это и есть те самые нервные волокна. По дендритам передаются "входящие" импульсы, которые нейрон получает от других нейронов, по аксону - "исходящие" импульсы, которые нейрон отправляет другим нейронам. Сила импульса зависит от синапсов: через них аксон связывается с дендритами других нейронов. Чтобы понять, что такое синапс, представь себе небольшой переходник, соединяющий коннекторы разных типов. Синапс - это и есть тот самый переходник, соединяющий дендриты нейрона с аксонами других нейронов.

Вторая функция нашего "переходника" - это усиление сигнала. Синапс не просто передает импульс, он усиливает его, при прохождении через синапс сила импульса увеличивается в несколько раз. Множитель увеличения силы импульса принято называть весом синапса.

Что происходит, когда в нейрон поступают импульсы? Когда они одновременно поступают в нейрон по нескольким дендритам, их импульсы от каждого дендрита суммируются. Если суммарный импульс превышает какое-то значение (так называемый "порог"), то нейрон возбуждается и посылает собственный импульс, который передается по аксону. Вес синапса - непостоянная величина, она может изменяться, и в зависимости от этого изменяется и характер нашего нейрона. Вот сидит спокойный расслабившийся человек - вес его синапса довольно небольшой. Если вывести того же человека из "состояния равновесия", вес синапсов увеличится в несколько раз. И тут хватит малейшего раздражения, чтобы человек "закипел". Сейчас расскажу то же самое, но о рецепторах кожи. Погладь себя по руке - ты же не чувствуешь боли? А теперь представь, что некий злодей налил тебе на руку кипятка, а ты вдруг стал гладить себя по месту ожога. Даже если сам ожог уже не болит, малейшее прикосновение к поврежденному участку кожи вызовет боль.