Предвидение И. П. Павловым появления шестого поколения ЭВМ – развития нейрокомпьютинга. Этот раздел нашей работы мне бы хотелось начать с пророческих слов И.П.Павлова: «…вся жизнь от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд все усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний внешней среды… Придет время – пусть отдаленное – когда математический анализ, опираясь на естественно-научный, охватит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них, наконец, и самого себя» («Естествознание и мозг», речь на съезде естествоиспытателей и врачей в Москве 28 декабря 1909 г, Павлов, 1973, с.87–88). В этой речи Павлов предвидел современное положение вещей, когда мысль человека все более глубоко проникает в сущность работы головного мозга, используя для этой цели инструменты точных наук, нейрофизиологии, математики и молекулярной биологии.
Он говорил также «Человек есть, конечно, система (грубее говоря – машина), как и всякая другая в природе, подчиняющаяся неизбежным и единым для всей природы законам; но система, в горизонте нашего современного научного видения единственная по высочайшему саморегулированию.
Разнообразно саморегулирующиеся машины мы уже достаточно знаем между изделиями человеческих рук. С этой точки зрения метод изучения системы-человека тот же, как и всякой другой системы: разложение на части, изучение значения каждой части, изучение связи частей, изучение соотношения с окружающей средой и, в конце концов, понимание на основании всего этого ее общей работы и управление ею, если это в средствах человека» (Павлов,1973, с.394–395).
Наряду с работой в реальном эксперименте, как уже говорилось, мы проводили исследования на моделях нейросетей из нейроноподобных возбудительных и тормозных элементов. Целью этого моделирования явилось применение моделей разной степени сложности для имитации процессов взаимодействия возбудительных и тормозных нейронов при обучении, для выяснения функциональной роли параметров биоэлектрических процессов – показателей этого взаимодействия и для имитации некоторых функций мозга при обработке, фиксации и воспроизведении новой информации. Предполагается, что эти исследования, в свою очередь, могут представить полезные сведения и для развития теории и практики нейрокомпьютинга – нового направления в технологии ЭВМ.
Методика моделирования была в основном приведена в начале Главы III. Здесь имеются некоторые дополнения. Имитационные математические модели сети нейроноподобных элементов (НЭ), возбудительных и тормозных (ВЭ и ТЭ соответственно), были реализованы в виде программ на различных ЭВМ. Первая работа в этом направлении была проведена на пороговых элементах (Крылов, Острякова и Шульгина, 1974), все последующие – на нейроноподобных элементах, свойства и параметры взаимодействия которых, естественно, в абстрактном виде, были приближены к таковым в реальных условиях работы нервной системы (Шульгина,1993 б, 2002; Шульгина и соавт. 1983; Шульгина и Ляпичева, 1981; Шульгина и Веселовский, 1997; Шульгина и Александрин, 1993; Шульгина и Муравьев, 2000; Фролов и Шульгина, 1977; Бардычев и Шульгина 2006 и др.)
Исходно для каждого варианта расчетов устанавливались размеры матриц НЭ, форма связей внутри них и между ними, знак связей и параметры составляющих элементов. Структура модели предполагает возможность создания любого необходимого числа матриц, связанных между собой любым способом, наиболее пригодным для решения поставленной задачи. При необходимости матрицы могут быть связаны в модули, состоящие из нескольких матриц. Модули, в свою очередь, могут быть связаны между собой.
Работа каждого варианта модели заключалась в решении на очередном такте времени системы уравнений, характеризующих изменения состояния всех НЭ и связей между ними в зависимости от заданных условий. Значения сопротивления и постоянной времени мембраны НЭ, порогов покоя и их изменений после импульса, значения силы связей между НЭ и параметров, количественно имитирующих уровень и постоянные времени распада возбудительного и тормозного медиаторов, а также интенсивность и другие параметры внешних воздействий, задавали исходно в условных единицах перед очередным вариантом расчетов. На каждом такте времени вычисляли токи в контактах от одного НЭ к другому, суммарные токи, потенциалы и текущие пороги, сравнивали величины мембранных потенциалов и порогов, определяли наличие импульса в каждом НЭ. При условии, если сумма всех возбудительных и тормозных влияний на НЭ превышала исходно установленный порог, считалось, что в данном НЭ возник разряд, влияние которого на последующие НЭ учитывалось в следующем такте счета.