Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении
Рассмотрены возможности использования микропроцессорных свойств синаптических систем молекулярной памяти при обучении. Розглянуто можливості використання мікропроцесорних властивостей синаптичних систем молекулярної пам’яті при навчанні. The work describes the study of synaptic systems of molecular...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46484 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении / Н.И. Ходаковский // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2012. — № 11. — С. 23-32. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859797772847284224 |
|---|---|
| author | Ходаковский, Н.И. |
| author_facet | Ходаковский, Н.И. |
| citation_txt | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении / Н.И. Ходаковский // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2012. — № 11. — С. 23-32. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| description | Рассмотрены возможности использования микропроцессорных свойств синаптических систем молекулярной памяти при обучении.
Розглянуто можливості використання мікропроцесорних властивостей синаптичних систем молекулярної пам’яті при навчанні.
The work describes the study of synaptic systems of molecular memory and its microprocessor properties for training.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:10:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
23
M.I. Khodakovskyi
INVESTIGATION
OF SINAPTICAL SYSTEMS
OF MOLECULAR MEMORY
AND ITS MICROPROCESSOR
PROPERTIES FOR TRAINING
The work describes the study of
synaptic systems of molecular mem-
ory and its microprocessor proper-
ties for training.
Key words: synaptic systems, neur-
al networks, programming of syn-
apses, training systems.
Розглянуто можливості викорис-
тання мікропроцесорних власти-
востей синаптичних систем мо-
лекулярної пам’яті при навчанні.
Ключові слова: синаптичні систе-
ми, програмування синапсів,
нейронні мережі, навчальні сис-
теми.
Рассмотрены возможности ис-
пользования микропроцессорных
свойств синаптических систем
молекулярной памяти при обуче-
нии.
Ключевые слова: синаптические
системы, программирование си-
напсов, нейронные сети, обуча-
ющие системы.
Н.И. Ходаковский, 2012
УДК: 681.327
Н.И. ХОДАКОВСКИЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНАПТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ПАМЯТИ
И ИХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ
СВОЙСТВ ПРИ ОБУЧЕНИИ
Вступление. Создание молекулярной памяти
включает изменения структуры компонентов
нейрона, работу программ ДНК-го аппарата
клетки, построение новых и активизацию
существующих синаптических связей между
нейронами, которые и являются основой па-
мяти. Функционирование памяти также зави-
сит от синхронизации работы тандема си-
напс- ядерно-ядрышковый аппарат клетки,
выброса в цитоплазму нейрона биологически
активных веществ и сопутствующего таким
процессам обмена веществ клетки нейрона.
Под памятью понимаются свойства живых
систем фиксирования, хранения, удаления и
воспроизведения следов ранее принятых
сигналов. В результате жизнедеятельности и
обучения организм человека изменяется и
иначе реагирует на повторение тех же сигна-
лов, что и является наличием следов обуче-
ния в виде молекулярной памяти. При де-
тальном анализе временных характеристик
памяти используется более дробное деление
на сенсорную или ультракороткую (период
хранения менее одной секунды), первичную
(несколько секунд), вторичную (от минут до
нескольких лет) и третичную (информация
хранится всю жизнь). Переход памяти из
сенсорной и первичной в долговременную
осуществляется через этапы преобразования
и упорядочивания ее следов в виде энграмм.
Постановка задачи. Цель данной работы
изучение микропроцессорных свойств си-
наптических систем молекулярной памяти
при обучении.
Н.И. ХОДАКОВСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
24
Комплексный подход к определению механизмов молекулярной памя-
ти. Молекулярная память представляется свойством мозга как системы в целом,
а не его отдельных молекулярных и клеточных компонентов. Для понимания
составляющих механизма формирования памяти на молекулярном уровне рас-
смотрим принцип построения образа в мозгу в случае, когда мы берем в руку
книгу.
Отраженный от книги свет фокусируется в глазу хрусталиком и поступает
на сетчатку, где возникает изображение книги воспринимающееся соответст-
вующими клетками. Сигнал из сетчатки передается в основные чувствительные
передающие ядра головного мозга, расположенные в зрительном бугре таламу-
са, преимущественно в той части, которую называют латеральным коленчатым
телом. Там активируются многочисленные нейроны, которые реагируют на рас-
пределение света и темноты. Аксоны нейронов латерального коленчатого тела
идут к первичной зрительной коре, которые расположенные в затылочной доле
больших полушарий. Импульсы из таламуса, что пришли в эту часть коры, пре-
образуются в ней в сложную последовательность разрядов корковых нейронов,
одни из которых реагируют на границу между книгой и столом, другие – на уг-
лы в изображении книги и т. д. Из первичной зрительной коры информация по
аксонам поступает в ассоциативную зрительную кору, где происходит распозна-
вание образов, в данном случае книги. Распознавание в этой части коры основа-
но на ранее накопленных знаниях о внешних очертаниях предметов.
Планирование движения руки с книгой происходит в коре лобных долей
больших полушарий. В этой же области коры расположены двигательные ней-
роны, которые отдают команды мышцам руки и пальцев. Приближение руки к
книге контролируется зрительной системой и интерорецепторами, восприни-
мающими положение мышц и суставов, информация от которых поступает в
центральную нервную систему (ЦНС). Когда мы берем книгу в руку, рецепторы
в кончиках пальцев, воспринимающие давление, сообщают, хорошо ли пальцы
обхватили книгу и каким должно быть усилие, чтобы ее удержать. Если мы за-
хотим открыть книгу, потребуется активация другой хранящейся в мозге ин-
формации, обеспечивающей это более сложное движение, а зрительный кон-
троль будет способствовать повышению его точности.
На приведенном примере видно, что выполнение довольно простого дейст-
вия вовлекает обширные области мозга, простирающиеся от коры до подкорко-
вых отделов. При более сложных формах поведения, связанных с речью или
мышлением, активируются другие нейронные цепи, охватывающие еще более
обширные области мозга.
Микропроцессорные возможности синаптических систем нейронной
сети молекулярной памяти. Рассмотрим микропроцессорные возможности си-
наптических систем. Каждый синапс содержит около 1000 молекулярных «пере-
ключателей» в виде аналоговых транзисторов и его можно сравнить с микро-
процессором. В результате получается, что количество «транзисторов» в чело-
веческом мозге нужно увеличить ещѐ на три порядка. А это значит, что их
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНАПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
25
больше, чем суммарное количество транзисторов всех компьютеров и маршру-
тизаторов на нашей планете.
Расчѐт количества "транзисторов" в нашем мозге и наших компьютерах
выглядит следующим образом. В нашем мозге 1,25 1014 синапсов, в каждом си-
напсе 1000 молекулярных переключателей. В результате получается, что в на-
шем мозге 1,25 1017 синапсов. С 2010 года в компьютерных микропроцессорах
примерно 109 транзисторов. Если считать, что общее количество компьютеров в
мире составляет 109 штук, то в результате получается, что во всех компьютерах
нашей планеты 1018
транзисторов. То есть сложность мозга человека сопостави-
ма с мировой инфраструктурой средств информационных технологий [1, 2].
От нейрона к нейрону сигнал передаѐтся способом, который специалисту-
схемотехнику трудно представить. Синапс представляет участок контакта двух
нейронов в виде зазора шириной 20 нм, который ограничен пресинаптической
мембраной клетки-передатчика и постсинаптической мембраной клетки-
приѐмника. Химический синапс представляет сложное электротехническое уст-
ройство с однонаправленностью передачи и способностью с одинаковой силой
передавать сильный и слабый сигналы.
Синаптическая подкарта в виде синаптической системы, как и нейрон по-
добны электронному микропроцессору, поскольку он получает на свои входы-
дендриты тысячи сигналов и интегрирует всю входящую информацию. Однако
в отличие от микропроцессора, обладающего множеством выходных контактов,
нейрон имеет всего один выход в виде аксона. В итоге каждый нейрон может
реагировать на входящие сигналы только по одному алгоритму: или послать
сигнал следующему нейрону в цепи, разрядившись импульсом и направив его
по своему аксону, или ничего не сделать. Синаптическая система из множества
синапсов, в отличие от отдельного нейрона способна принимать и передавать
множество сигналов.
Новые нейронные системы фиксируются при изменениях в межнейронных
контактах – синапсах, в которых нервный импульс вызывает выделение специ-
ального химического вещества – медиатора, способного увеличить или затормо-
зить генерацию импульса следующим нейроном. Долговременные изменения
эффективности синапсов обусловлены изменениями в биосинтезе белков, от ко-
торых зависит чувствительность синаптической мембраны к медиатору. Уста-
новлено, что биосинтез белков активируется при возбуждении нейронов на раз-
ных уровнях организации ЦНС, а блокада синтеза нуклеиновых кислот или бел-
ков затрудняет или исключает формирование долговременной памяти [2]. Оче-
видно, что одна из функций активации синтеза при возбуждении – структурная
фиксация нейронных систем, лежащая в основе долговременной памяти.
Проторение путей распространения возбуждения осуществляется за счет
увеличения проводимости имеющихся синапсов или в результате получения
дополнительных синапсов в виде межнейронных связей. Оба возможных меха-
низма нуждаются в интенсификации белкового синтеза. Первый – сводится к
Н.И. ХОДАКОВСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
26
явлениям клеточной адаптации, и хорошо согласуется с представлением об уни-
версальности основных биохимических систем клетки. Второй – требует направ-
ленного роста отростков нейронов и кодирования поведенческой информации в
структуре химических агентов, управляющих таким ростом и заложенных в ге-
нетическом аппарате клетки.
Материальные носители формируют механизмы работы молекулярной па-
мяти в виде следов обучения. Запись информации, которая хранится в ЦНС,
осуществляется в виде энграммы. Хотя слово «запись» здесь весьма условно,
потому что поступление и записывание информации в мозге существенно отли-
чается от аналогичных процессов в ЭВМ, когда процесс накопления информа-
ции продолжается до тех пор, пока не прекращается внешний «ввод» или исчер-
пывается информационная емкость. В памяти человека откладывается лишь не-
значительная часть тех восприятий, которые поступают в ЦНС через органы
чувств. Таким образом, мозг человека отбирает, сортирует и хранит лишь наи-
более важную и общую информацию, поскольку память человека представляет
собой селективный фильтр.
Другим важным свойством молекулярной памяти является способность
хранения информации о прошедших событиях внешнего мира и об ответных
реакциях организма на эти события путем построения модели текущего или бу-
дущего поведения.
Образование структур молекулярной памяти основано на фиксированной
записи последовательностью событий. Долговременная память обеспечивает
хранение информации практически на протяжении всей жизни и устойчива
к воздействиям, нарушающим кратковременную память. Образование любого
вида памяти характеризуется следующей последовательностью событий:
- сортировка и выделение новой информации;
- формирование энграммы;
- долговременное хранение значимой для организма информации;
- извлечение и воспроизведение хранимой информации.
Механизм получения энграммы содержит несколько этапов, при которых
происходит фиксирование информационного отпечатка за счет изменения элек-
трических свойств нейронов и проницаемости синаптических мембран с по-
следующим включением ферментных систем и изменением нейронального ме-
таболизма.
Процессы запоминания в молекулярной памяти. Основную роль носителя
порций информации в клетке о конкретных событиях путем обработки соответ-
ствующих сигналов в синапсах, а также формирование структур памяти и пере-
дачу их содержимого в различные отделы клетки осуществляют молекулы ри-
бонуклеиновой кислоты (РНК). Процесс запоминания сопровождается включе-
нием синтеза нуклеиновых кислот и белка. При этом синтезированные молеку-
лы белка являются хранилищем информации о запоминаемых событиях.
Как показывают эксперименты [2], включение блоков долговременной памя-
ти происходит через 10 минут. Этот процесс инициируется приходом информа-
ции в клетку и перестройкой биологических свойств нервной клетки.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНАПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
27
Во время обучения в нервные клетки приходят волны сигналов, которые вы-
зывают включение синтеза РНК и белка. Это может приводить либо
к установлению новых синапсов между новыми группами клеток, либо
к перестройке существующих синапсов.
«Запись» каждого события, осуществленная на синаптических структурах,
затем распределяется по обширным зонам мозга, поскольку суммарная инфор-
мация о разных событиях отражается не в возбуждении разных нейронов, а в
различных комбинациях возбуждѐнных участков и клеток мозга.
Особым фильтром для молекулярных структур памяти является гиппокамп,
который как молекулярное «сито», пропускает важные события в долго-
временную память. Гиппокамп представляет собой подкорковое хранилище па-
мяти, входящее в состав лимбической системы. В обычных условиях гиппокамп
обеспечивает перенос информации о происходящем в данный момент событии
в соответствующее хранилище, а затем переводит еѐ из кратковременной памяти
в долговременную. Его пирамидальные нейроны способны к интеграции
и дифференцированному управлению сигналами, поступающими по разным
входам. Необходимо подчеркнуть, что гиппокамп это аппарат для устранения
ошибок при обучении.
Система памяти устроена иерархично, логично, предусмотрительно и со-
держит центральные фигуры в виде гиппокампа, ретикулярной формации и
миндалины. Таким образом, можно определить следующую картину памяти.
Большой лимбический круг в виде гиппокампо-сингулярной системы это
цикл «информационный». Его структуры принимают сенсорную информацию
из различных источников и последовательно обрабатывают еѐ на разных уров-
нях сложности. Второй, гиппокампо-ретикулярный цикл является регулятор-
ным. В рамках этого цикла система объединяет структуры, регулирующие рабо-
чий уровень мозга.
Нервный импульс поступает в отросток пресинаптического нейрона – ак-
сон, где он стимулирует выброс сигнальных молекул, которые затем связывают-
ся с рецепторами отростка постсинаптического нейрона – дендритом.
Это, в свою очередь, активизирует ферменты – киназы, подобно тому, как циф-
ровая информация наносится на поверхность компакт-диска. В нашем случае
это формирование поверхности синапса [3].
Передача информации в мозгу, как и нервной системе в целом, осуществля-
ется посредством нервных импульсов. Они распространяются в направлении от
тела клетки нейрона к концевому отделу аксона, который может ветвиться, об-
разуя множество окончаний, контактирующих с другими нейронами через кон-
тактную площадку – синапс. При этом передача импульсов через синапс опо-
средована химическими веществами – нейромедиаторами.
Нервный импульс может зарождаться и в дендритах – тонких ветвящихся
отростках нейрона, специализирующихся на получении информации от других
нейронов и передаче ее телу нейрона. На дендритах и, в меньшем числе, на теле
клетки имеются тысячи синапсов; именно через синапсы аксон, несущий ин-
Н.И. ХОДАКОВСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
28
формацию от тела нейрона, передает ее дендритам других нейронов.
Память как психический процесс связана с работой целостного мозга, где
в системе каждого анализатора происходит фиксация информации [4].
Схема запуска формирования молекулярной памяти как психического про-
цесса на программном уровне с обратной связью в системе ДНК нейрона – си-
напс приведена в таблице.
ТАБЛИЦА
Вид
химико-психологического
процесса
Этапы формирования молекулярной памяти
Запуск схемы формирова-
ния молекулярной памяти
как психического процесса
на программном уровне с
обратной связью в системе
ДНК нейрона – синапс
Мысленная установка на запоминание
Сигнал проходит обработку «на запись» в информа-
ционной системе только при «разрешении» со стороны
регуляторной системы
Выделение ассоциативной метки для фиксации кон-
кретной информации
Прохождение большого лимбического круга в виде
гиппокампо-сингулярной системы составляет «ин-
формационный» цикл
Его структуры принимают различную сенсорную ин-
формацию из различных источников и последова-
тельно обрабатывают еѐ на разных уровнях сложности
Прохождение второго круга в виде гиппокампо-ре-
тикулярной системы составляет регуляторный цикл
Прохождение «эмоциональной» системы (амигдала –
гипоталамус), которая за счѐт нервных и вегетативно-
гормональных влияний, возникающих при эмоциях,
может усиливать и продлевать возбуждение регуля-
торной системы, что очень важно при обучении
С рецепторами на дендритах в полупроницаемой постсинаптической мем-
бране соединены каналы, контролирующие движение ионов через мембрану.
В покое нейрон обладает электрическим потенциалом в 70 милливольт (потен-
циал покоя), при этом внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно
по отношению к наружной. Хотя существуют различные медиаторы, все они
оказывают на постсинаптический нейрон либо усиливающее, либо тормозное
действие.
Необходимость ситуации субъективной новизны для изменений мозга
при обучении. Для закрепления навыков при обучении в течение нескольких
дней происходит формирование нейронной сети в виде процесса "закрепления
нового", после чего процесс может продолжаться, поскольку при обучении сети
нейронов растут. И это – необратимый процесс. Каждый эпизод изменяет наш
мозг, не позволяя вернуть его в предыдущее состояние.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНАПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
29
Дальнейшие процессы запоминания используют особенности различных
типов памяти. За такие типы отвечают разные участки мозга. Так, сознательная
(эпизодическая/психологическая) память связана с сознанием и находится
в гиппокампе. О информации в ней мы можем что-то сказать словами или как-то
описать. Память навыков (процедурная) способствует нахождению путей в ла-
биринтах (ориентация в пространстве), вождению автомобиля, рисованию изо-
бражения в зеркале.
Для процессов воспроизведения (реактивации) памяти необходима еѐ рест-
руктуризация. Это означает, что когда мы что-то вспоминаем, то соотносим все
это со своим опытом. Например, при сериальном воспроизведении (дается кар-
тинка, которая несколько раз вспоминается и, в результате, последняя картинка
может быть совсем не похожа на первоначальную). Соответственно при воспро-
изведении происходит реконсолидация [5].
Если кто-то вспоминает что-то, и при этом блокирован или нарушен процесс
запоминания, то у него забывается исходная информация остается 40% при
полной блокировке. Консолидация и реконсолидация очень разные сами по себе
зависят от разных белков, разных клеточных каскадов, различных временных
периодов и характеристик. После консолидации во сне память более категори-
зирована (происходит закрепление памяти).
Выполнив свою задачу, белки распадаются, а на смену им поступают дру-
гие, согласно инструкциям тех или иных генов. И если только упомянутое „вос-
поминание“ не запечатлено в генах (программных инструкциях), то новые бел-
ки, в отличие от распавшихся, уже не будут их содержать.
Запоминание чего-либо состоит в том, что в мозгу образуется какой-то эк-
вивалент полученного внешнего воздействия (будь то образ, переживание, звук
или понятие). Можно считать, что каждое воздействие на мозг запечатлевается
в виде определѐнного изменения неких белков, которые содержатся в нервных
клетках – нейронах.
Вычисление нейроном общего эффекта синаптической активности как
функции времени. Функция нейрона состоит в интеграции всех воздействий,
воспринимаемых через синапсы на теле нейрона и дендритах. Назначение ней-
рона состоит в интеграции всех воздействий, приходящих через синапсы на его
теле и дендритах. Поскольку эти влияния могут быть возбуждающими или тор-
мозными и не совпадать по времени, нейрон должен исчислять общий эффект
синаптической активности как функцию времени. Если возбуждающее действие
преобладает над тормозным и деполяризация мембраны превышает пороговую
величину, происходит активация определенной части мембраны нейрона – в об-
ласти основания его аксона (аксонного бугорка). Здесь в результате открытия
каналов для ионов натрия и калия возникает потенциал действия (нервный им-
пульс).
Такой потенциал распространяется далее по аксону к его окончанию со
скоростью от 0,1 м/с до 100 м/с (чем толще аксон, тем выше скорость проведе-
ния). При достижении потенциалом действия окончания аксона активируется
Н.И. ХОДАКОВСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
30
еще один тип ионных каналов, который зависит от разности потенциалов в виде
кальциевых каналов [6]. По ним кальций входит внутрь аксона, что приводит к
мобилизации пузырьков с нейромедиаторами, которые приближаются к преси-
наптической мембране, сливаются с ней и выпускают нейромедиатор в синапс.
Формирования памяти в синантических системах нейронных сетей.
Сигнал в нейронной сети проходит по определенному пути, зажигает по дороге
все пройденные им нейроны и на карте мозга вспыхнет след этого пробега. Ка-
ждый такой след есть мозговой эквивалент того воздействия (образа, звука, пе-
реживания или понятия), которое породило первичный сигнал [7].
Процесс придания следу в нейронной сети статуса воспоминания, т. е. полу-
чения возможности снова вызвать в сознании эту информацию, заключается в
„записи“ этого следа с помощью синапсов – промежутков между точками со-
единения двух разных нейронов. При каждом прохождении данного сигнала
по своей системе нейронов те и только те синапсы, которые соединяют эти ней-
роны в единый „след“, становятся проводимыми.
Многократное прохождение одного и того же сигнала в виде приказа-мысли
создаѐт на карте мозга небольшую „подкарту“ изменѐнных синапсов. Совокуп-
ность таких „подкарт“ образует нашу память.
„Волевой импульс“, вызывающий воспоминание, зажигает несколько пер-
вых нейронов данной подкарты, а дальше сигнал уже „сам собой“ бежит
по самому лѐгкому пути, т. е. через более проводящие синапсы, зажигая всю
„подкарту“. Это подобно системе Е-mail, когда стоит написать несколько пер-
вых букв электронного адреса какого-нибудь адресата, как появляется весь этот
адрес. Наше уникальное „Я“ – это наша уникальная память, оно слагается
из всех наших „воспоминаний“ в самом широком смысле этого слова, и потому
совокупность всех таких синаптических „подкарт“ можно назвать нашим „си-
наптическим Я“.
Для формирования воспоминаний требуются электрохимические сигналы
от удалѐнных участков клетки, чтобы активировать гены в клеточном ядре, а
затем гены направляют свой ответ обратно в отростки клетки. Для принятия
главного решения, нейрон принимает решение о сохранении следов сигнала
только в том случае, если его важность была подтверждена. В синапсе, который
получил достаточную стимуляцию, вырабатываются молекулы сигнального ве-
щества в виде транскрипционного фактора CREB. После того как эффектив-
ность синапса повысилась, оно может поддерживать память ещѐ в течение неко-
торого времени, пока сигнальная молекула находится на пути к ядру нервной
клетки. Там она активирует определѐнные гены, необходимые для синтеза бел-
ков, которые усилят синаптическую связь на длительное время. Однако здесь
необходимо решить вопрос: каким образом белок, синтезированный в теле ней-
рона, сможет отыскать среди тысяч синапсов именно тот, который его затребо-
вал [8].
Поскольку информация в нервной системе кодируется паттерном импульсов
нейронной активности в мозге, определѐнные гены в нервных клетках включа-
ются и выключаются в зависимости от характера импульсного разряда. Харак-
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНАПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
31
тер изменений электрического потенциала, происходящих на поверхности клет-
ки, управляет генами, расположенными в ядре нейрона за счет временного ко-
дирования.
Транскрипционные факторы CREB – это управляющие белки, которые со-
держатся в клеточном ядре и отыскивают конкретные последовательности ДНК
и связываются с ними. Фактически они являются выключателями, управляющи-
ми транскрипцией генов. Поэтому активация CREB в нейроне ведѐт к активации
генов, что приводит к получению белков, усиливающих структуру синапса
и превращающих кратковременную память в долговременную.
В [9] было показано, что белковым структурам памяти не требуется адреса-
ции в определѐнных синапсах. Сигналы-адреса распространяются по всей по-
верхности клетки, но оказывают влияние только на те синапсы, которые претер-
пели временное повышение своей эффективности и поэтому повышают мощ-
ность структур таких синапсов на длительное время. В существующем множест-
ве пересекающихся биохимических путей, передающих сигнал через многочис-
ленные перекрѐстки от клеточной мембраны вглубь клетки, электрические сиг-
налы, идущие с различной частотой по клеточной мембране, находят свою доро-
гу через цитоплазму к конечному пункту – ядру.
Выводы. Синаптические системы в нейронных сетях представлены синап-
тическими подкартами, способными принимать, хранить, сортировать, удалять и
воспроизводить полученную информацию посредством выполнения генетиче-
ских программ на построение молекулярных структур памяти подобно специа-
лизированным микропроцессорным системам.
Процессы воспоминания для получения возможности снова вызвать
в сознании нужную информацию заключаются в „записи“ следа сигнала в ней-
ронных сетях с помощью синапсов – промежутков между точками соединения
двух разных нейронов. При каждом прохождении данного сигнала по своей сис-
теме нейронов те и только те синапсы, которые соединяют эти нейроны
в единый „след“, становятся проводимыми.
Наличие большого числа прохождений одного и того же сигнала в виде мыс-
ли-инструкции создаѐт на карте мозга небольшую „подкарту“ изменѐнных си-
напсов. Совокупность таких „подкарт“ образует нашу память. Мысленный им-
пульс, вызывающий воспоминание, зажигает несколько первых нейронов дан-
ной подкарты, а затем сигнал уже „сам собой“ бежит по самому лѐгкому пути,
то есть через более проводящие синапсы, зажигая всю „подкарту“.
Наше личное „Я“ – это прежде всего наша уникальная память, оно слагается
из всех наших воспоминаний и потому совокупность всех таких синаптических
„подкарт“ можно назвать нашим „синаптическим Я“.
Формирование воспоминаний требует наличия электрохимических сигналов
от удалѐнных участков клетки, чтобы активировать гены в клеточном ядре, а
затем гены направляют свой ответ обратно в синаптические системы нейрона.
Для принятия главного решения, нейрон принимает решение о сохранении по-
лученной подкарты синаптических систем в том случае, если ее важность была
Н.И. ХОДАКОВСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012, № 11
32
подтверждена.
В синапсе, получившем достаточную стимуляцию, вырабатываются моле-
кулы сигнального вещества, которое поддерживает память в течение некоторого
времени на пути нахождения к ядру нервной клетки, где оно запускает гены
усиления синаптической связи на длительное время.
Поскольку информация в нервной системе кодируется паттерном импульсов
нейронной активности, определѐнные гены в нервных клетках включаются
и выключаются в зависимости от характера импульсного разряда. Характер из-
менений электрического потенциала, происходящих на поверхности клетки,
управляет генами, расположенными в ядре нейрона путем временного кодиро-
вания.
1. Ходаковский Н.И. Исследование процессов молекулярного кодирования нейрон-
ных сетей при обучении // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. – 2011. – № 10. –
С. 30 – 39.
2. Анохин К.В. Молекулярные сценарии консолидации долговременной памяти // ЖВНД,
1997. – Т. 47, вып. 2. – С. 261 – 279.
3. Bailey C.H., Kandel E.R., Si K. The persistence of long-term memory: a molecular appro-ach
to self-sustaining changes in learning-induced synaptic growth // Neuron. – 1994. – Т. 44. –
Р. 49 – 57.
4. Sowa J.F. Conceptual Structures: Information Processing in Mind and Machine. Addison-Wes-
ley. – Massachusetts. – 1984. – 346 p.
5. Молекулярные структуры: Прецизионные методы исследования / Под ред. А. Доменика-
но, И. Харгиттаи. – М.: Мир, 1997. – 671 с.
6. Зоркий П.М., Лубнина И.Е. Супрамолекулярная химия: возникновение, развитие, пер-
спективы // Вестн. МГУ, сер. 2, 1999. – Т. 40, № 5. – С. 300.
7. Боголюбов Н.И., Ширков Д.В. Введение в теорию квантовых полей. – М.: Наука, 2008.
– 736 с.
8. Wada Y., Uda T., Lutwyche M., Kondo S.,Heike S. A proposal of nanoscale devices based on
atom/molecule switching // J. Appl. Phys. –1996. – Vol. 74. – P. 7321–7328.
9. Fields D., Itoh K. Neural cell adhesion molecules in activity-dependent development and syna-
ptic plasticity // Trends in Neurosciences. – 1996. – Vol. 19.– issue 11. – P. 473 – 480.
Получено 01.10.2012
http://www.cell.com/trends/neurosciences/issue?pii=S0166-2236(00)X0012-4
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46484 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:10:32Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ходаковский, Н.И. 2013-06-30T11:21:30Z 2013-06-30T11:21:30Z 2012 Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении / Н.И. Ходаковский // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2012. — № 11. — С. 23-32. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46484 681.327 Рассмотрены возможности использования микропроцессорных свойств синаптических систем молекулярной памяти при обучении. Розглянуто можливості використання мікропроцесорних властивостей синаптичних систем молекулярної пам’яті при навчанні. The work describes the study of synaptic systems of molecular memory and its microprocessor properties for training. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Комп’ютерні засоби, мережі та системи Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении Investigation of sinaptical systems of molecular memory and its microprocessor properties for training Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении Ходаковский, Н.И. |
| title | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении |
| title_alt | Investigation of sinaptical systems of molecular memory and its microprocessor properties for training |
| title_full | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении |
| title_fullStr | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении |
| title_full_unstemmed | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении |
| title_short | Исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении |
| title_sort | исследование синаптических систем молекулярной памяти и их микропроцессорных свойств при обучении |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46484 |
| work_keys_str_mv | AT hodakovskiini issledovaniesinaptičeskihsistemmolekulârnoipamâtiiihmikroprocessornyhsvoistvpriobučenii AT hodakovskiini investigationofsinapticalsystemsofmolecularmemoryanditsmicroprocessorpropertiesfortraining |