Что такое нейронные связи простыми словами
Нейронные связи — что это такое и как их изменить?
Привет, друзья! Многие из вас слышали про нейронные связи, но еще далеко не все правильно понимают, что это такое.
В этой статье я простыми словами попробую немного распутать нейросетевую «паутину» и даже показать вам ее паука, называемого «нейропластичность».
Содержание статьи:
Что такое нейронные связи?
Человек (как и животные) рождается с каким-то набором клеток головного мозга – нейронов. По мере получения жизненного опыта – взаимодействия с окружающим миром, нейроны образуют между собой устойчивые связи (цепочки).
Это свойство мозга позволяет его обладателям быстро учиться всему новому и приобретать навыки (полезные и не только). Оно лежит в основе повседневного поведения, привычек и даже убеждений.
Большинство нейронных связей формируются в раннем детстве – в период усвоения наибольшего количества информации и обретения наибольшего количества навыков.
Информация (навык, убеждение, привычка), содержащаяся в сформировавшихся нейронных цепях, воспринимается ее «хозяином», как истина. Хотя, кто кого хозяин — еще большой вопрос.
Нейропластичность — что это?
Нейропластичность – это свойство человеческого мозга изменяться под воздействием нового опыта, знаний и условий. В основном, на этом свойстве нашего мозга и основана вся суть результативности психологической работы.
⠀
Начнем как раз с этого конца, оригинальности ради. Какие задачи стоят перед психологом и клиентом в процессе работы?
⠀
Разберем на примере работы со страхом публичных выступлений:
За счет чего же происходят все эти изменения? – спросите вы.
Научные исследования доказывают, что у нашего мозга есть способность выращивать НОВЫЕ нейроны. Вопреки известному «нервные клетки не восстанавливаются». Этот процесс называется НЕЙРОГЕНЕЗОМ.
⠀
Но сам по себе нейрон (нервная клетка) на бытовом уровне мало чем вас порадует. Для нас важен еще один процесс в мозге – НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ.
Это способность образовывать связи между этими нейронами. Выстраивая ту самую ниточку паутины — «НЕЙРОННУЮ ЦЕПОЧКУ», о которой из всех окон кричат психологи в попытках объяснить клиенту, почему же в процессе «терапии» у него формируются новые, нужные ему, привычки реагирования.
⠀
Если на пальцах: любой навык или эмоция, будь то умение ездить на гироскутере или умение «блаженно» улыбаться дождю — цепь нейронов.
По этой цепи, как по электрическому кабелю, передается информация от различных рецепторов к центральной нервной системе. А от нее, соответственно, к разным органам, тканям, эндокринным железам.
Пример:
Вы видите щенка (рецепторы органов зрения «видят»). И дальше два варианта развития событий:
В нас УЖЕ прописаны сценарии поведения. Мозг просто извлекает из «картотеки» нужную реакцию. НО. Мы же говорим о нейропластичности. Все можно изменить, при желании. И чем «прочнее» будет отлажена нейронная цепь, тем легче вы оперируете навыком.
То есть, например, наработанный новый навык «спокойно реагировать на вбросы хейтеров» должен стать естественной реакцией, а не «соберу волю в кулак и не буду нервничать».
Метафора для наглядности понимания этого процесса: представьте себе, как на беговых лыжах вы прокладываете лыжню на нетронутом снегу. И в противовес — как бодро несетесь по уже проложенной и «разъезженной» лыжне.
Также и тут. Передачу импульсов по нейронной цепи важно сделать максимально быстрой и бесперебойной.
Как создать прочную связь?
Формирование ПРОЧНОЙ новой нейронной связи возможно в двух случаях:
Этим, в том числе, объясняется влияние психотравматического опыта в детстве на жизнь взрослого человека.
Например, высмеянный воспитателем в саду пластилиновый грач может отрубить желание творчески проявлять себя на всю жизнь.
Поэтому в процессе работы с клиентом психологу необходимо «заходить» и через яркие эмоции, и закреплять наработанное на поведенческом уровне многократно. Ибо задача: ВЫРАБОТАТЬ НОВЫЕ АВТОМАТИЗМЫ (читай: новые прочные нейронные цепи).
Что можно изменить?
Теория становится полезной, когда ее можно применить на практике. В общем. За нашу жизнь нейроны уже образовали связи, в которых запечатлен наш опыт. Любой. Для мозга нет плохих и хороших эмоций. Есть просто эмоция. Для мозга это задача, которую нужно правильно обработать.
Пример. «Плохая», казалось бы, эмоция СТРАХ. Для мозга, схематично, это задача: дать приказ надпочечникам выработать адреналин.
Адреналин отвечает за реагирование тела на страх: бей, беги, замри. В связи с чем, наблюдаются следующие проявления: повышается потоотделение, учащается дыхание, сердце «выскакивает из груди».
⠀
И мозг все сделал правильно! Страх — значит опасность. Опасность, значит надо спасаться. Вот только когда весь этот «набор героя» появляется у вас, например, во время важных переговоров, — история так себе.
⠀
Возвращаясь к нейронным цепям и моим увещеваниям, что мы можем менять реакции.
Можем ли мы изменить цикл: СТРАХ-ОПАСНОСТЬ-АДРЕНАЛИН-«потное тело и сердце колотит 200 ударов в секунду»? Нет.
Тогда на каком же этапе мы можем влезть в этот отлаженный механизм? На этапе, когда вы среагировали эмоцией «СТРАХ» на бытовую ситуацию (например, переговоры. Речь не идет о реально опасных для жизни и здоровья ситуациях, разумеется).
Итак, на повестке дня: СТРАХ ВЕСТИ ПЕРЕГОВОРЫ в разрезе наличия давно сформированной нейронной связи, которая «диктует» эту эмоцию. Откуда вообще такая иррациональная с точки зрения взрослого человека реакция?
Как вариант: когда-то в далеком детстве вы НЕОСОЗНАННО ВЫБРАЛИ реагировать страхом на определенные ситуации.
Например, пререкание с отцом грозило подзатыльником, «углом», лишением вечерних «Хрюши со Степашкой» и т.д. Трагедия, в общем.
⠀
Мозг «записал себе в блокнот»: высказывать свое мнение = наказание, наказание = страшно.
И получается: ВЫСКАЗЫВАТЬ СВОЁ МНЕНИЕ = СТРАШНО
Тогда, в детстве, это было эффективным, «полезным». Вы выбрали быть послушным, неконфликтным, и держать свое мнение при себе. Чтобы избегать наказания и не лишаться ништяков всяких. Логично? Логично. Вопрос адаптации.
⠀
Вот только вы выросли, а хвостом тянете за собой из детства готовый алгоритм реагирования: не перечить, не отстаивать свою точку зрения. Потому что по-прежнему СТРАШНО. Страшно доказывать свою правоту.
⠀
Разбор несколько утрированный и линейный — для наглядности. В реальности все гораздо более витиевато, конечно.
⠀
Так вот. В наших силах изменить именно эту сцепку. Тогда высказывать свое мнение человек будет спокойно и уверенно. Без запуска того цикла с адреналином.
Что еще нужно знать о нейронных связях?
Давайте еще раз вспомним то, что мы узнали о нейронных связях (цепях).
Грубо говоря, все наши действия, эмоции, реакции – это УЖЕ СФОРМИРОВАННЫЕ АЛГОРИТМЫ, которые запускаются автоматически, в зависимости от ситуации.
⠀
Вы вытираетесь полотенцем после душа по одной траектории, следуете привычному маршруту до офиса, избегаете или, наоборот, провоцируете конфликтные ситуации, доверяете или, наоборот, подозреваете людей и т.д. Автоматически.
⠀
Мы выяснили, что в наших силах изменить это самое автоматическое реагирование в ситуациях, где такое реагирование нам мешает.
⠀
Закономерный вопрос. Если формируется новая реакция (читай: новая нейронная цепь), то что же происходит со старой? Неактивные нейронные цепи ослабевают.
То есть, если вы все чаще будете вместо «покорного ДА» в ответ на неудобную для вас просьбу говорить «уверенное НЕТ», постепенно цепь про НЕТ будет прочнеть, а про ДА ослабевать. Ну, при условии устранения глубинных причин, из-за которых вы выбирали быть для всех удобными, разумеется.
Формирование нужных для вас нейронных связей возможно только в случае, если «расчищено рабочее поле». То есть, нужно убрать все то, что удерживает старую реакцию.
Поэтому не всегда эффективными оказываются мотивационные тренинги. Стимул действовать и реагировать по-новому вы получили, а весь базис остался прежним. И мотивационный запал постепенно сходит на нет.
А у кого-то и так все «не тронуто негативным опытом» и новые навыки радостно встраиваются.
Простыми словами о сложном: что такое нейронные сети?
Искусственный интеллект, нейронные сети, машинное обучение — что на самом деле означают все эти нынче популярные понятия? Для большинства непосвященных людей, коим являюсь и я сам, они всегда казались чем-то фантастическим, но на самом деле суть их лежит на поверхности. У меня давно созревала идея написать простым языком об искусственных нейронных сетях. Узнать самому и рассказать другим, что представляет собой эта технология, как она работает, рассмотреть ее историю и перспективы. В этой статье я постарался не залезать в дебри, а просто и популярно рассказать об этом перспективном направление в мире высоких технологий.
Немного истории
Впервые понятие искусственных нейронных сетей (ИНС) возникло при попытке смоделировать процессы головного мозга. Первым серьезным прорывом в этой сфере можно считать создание модели нейронных сетей МакКаллока-Питтса в 1943 году. Учеными впервые была разработана модель искусственного нейрона. Ими также была предложена конструкция сети из этих элементов для выполнения логических операций. Но самое главное, учеными было доказано, что подобная сеть способна обучаться.
Следующим важным шагом стала разработка Дональдом Хеббом первого алгоритма вычисления ИНС в 1949 году, который стал основополагающем на несколько последующих десятилетий. В 1958 году Фрэнком Розенблаттом был разработан парцептрон — система, имитирующая процессы головного мозга. В свое время технология не имела аналогов и до сих пор является основополагающей в нейронных сетях. В 1986 году практически одновременно, независимо друг от друга американскими и советскими учеными был существенно доработан основополагающий метод обучения многослойного перцептрона. В 2007 году нейронные сети перенесли второе рождение. Британский информатик Джеффри Хинтоном впервые разработал алгоритм глубокого обучения многослойных нейронных сетей, который сейчас, например, используется для работы беспилотных автомобилей.
Коротко о главном
В общем смысле слова, нейронные сети — это математические модели, работающие по принципу сетей нервных клеток животного организма. ИНС могут быть реализованы как в программируемые, так и в аппаратные решения. Для простоты восприятия нейрон можно представить, как некую ячейку, у которой имеется множество входных отверстий и одно выходное. Каким образом многочисленные входящие сигналы формируются в выходящий, как раз и определяет алгоритм вычисления. На каждый вход нейрона подаются действенные значения, которые затем распространяются по межнейронным связям (синопсисам). У синапсов есть один параметр — вес, благодаря которому входная информация изменяется при переходе от одного нейрона к другому. Легче всего принцип работы нейросетей можно представить на примере смешения цветов. Синий, зеленый и красный нейрон имеют разные веса. Информация того нейрона, вес которого больше будет доминирующей в следующем нейроне.
Сама нейросеть представляет собой систему из множества таких нейронов (процессоров). По отдельности эти процессоры достаточно просты (намного проще, чем процессор персонального компьютера), но будучи соединенными в большую систему нейроны способны выполнять очень сложные задачи.
В зависимости от области применения нейросеть можно трактовать по-разному, Например, с точки зрения машинного обучения ИНС представляет собой метод распознавания образов. С математической точки зрения — это многопараметрическая задача. С точки зрения кибернетики — модель адаптивного управления робототехникой. Для искусственного интеллекта ИНС — это основополагающее составляющее для моделирования естественного интеллекта с помощью вычислительных алгоритмов.
Основным преимуществом нейросетей над обычными алгоритмами вычисления является их возможность обучения. В общем смысле слова обучение заключается в нахождении верных коэффициентов связи между нейронами, а также в обобщении данных и выявлении сложных зависимостей между входными и выходными сигналами. Фактически, удачное обучение нейросети означает, что система будет способна выявить верный результат на основании данных, отсутствующих в обучающей выборке.
Сегодняшнее положение
И какой бы многообещающей не была бы эта технология, пока что ИНС еще очень далеки от возможностей человеческого мозга и мышления. Тем не менее, уже сейчас нейросети применяются во многих сферах деятельности человека. Пока что они не способны принимать высокоинтеллектуальные решения, но в состоянии заменить человека там, где раньше он был необходим. Среди многочисленных областей применения ИНС можно отметить: создание самообучающихся систем производственных процессов, беспилотные транспортные средства, системы распознавания изображений, интеллектуальные охранные системы, робототехника, системы мониторинга качества, голосовые интерфейсы взаимодействия, системы аналитики и многое другое. Такое широкое распространение нейросетей помимо прочего обусловлено появлением различных способов ускорения обучения ИНС.
На сегодняшний день рынок нейронных сетей огромен — это миллиарды и миллиарды долларов. Как показывает практика, большинство технологий нейросетей по всему миру мало отличаются друг от друга. Однако применение нейросетей — это очень затратное занятие, которое в большинстве случаев могут позволить себе только крупные компании. Для разработки, обучения и тестирования нейронных сетей требуются большие вычислительные мощности, очевидно, что этого в достатке имеется у крупных игроков на рынке ИТ. Среди основных компаний, ведущих разработки в этой области можно отметить подразделение Google DeepMind, подразделение Microsoft Research, компании IBM, Facebook и Baidu.
Конечно, все это хорошо: нейросети развиваются, рынок растет, но пока что главная задача так и не решена. Человечеству не удалось создать технологию, хотя бы приближенную по возможностям к человеческому мозгу. Давайте рассмотрим основные различия между человеческим мозгом и искусственными нейросетями.
Почему нейросети еще далеки до человеческого мозга?
Самым главным отличием, которое в корне меняет принцип и эффективность работы системы — это разная передача сигналов в искусственных нейронных сетях и в биологической сети нейронов. Дело в том, что в ИНС нейроны передают значения, которые являются действительными значениями, то есть числами. В человеческом мозге осуществляется передача импульсов с фиксированной амплитудой, причем эти импульсы практически мгновенные. Отсюда вытекает целый ряд преимуществ человеческой сети нейронов.
Во-первых, линии связи в мозге намного эффективнее и экономичнее, чем в ИНС. Во-вторых, импульсная схема обеспечивает простоту реализации технологии: достаточно использование аналоговых схем вместо сложных вычислительных механизмов. В конечном счете, импульсные сети защищены от звуковых помех. Действенные числа подвержены влиянию шумов, в результате чего повышается вероятность возникновения ошибки.
Итог
Безусловно, в последнее десятилетие произошел настоящий бум развития нейронных сетей. В первую очередь это связано с тем, что процесс обучения ИНС стал намного быстрее и проще. Также стали активно разрабатываться так называемые «предобученные» нейросети, которые позволяют существенно ускорить процесс внедрения технологии. И если пока что рано говорить о том, смогут ли когда-то нейросети полностью воспроизвести возможности человеческого мозга, вероятность того, что в ближайшее десятилетие ИНС смогут заменить человека на четверти существующих профессий все больше становится похожим на правду.
Для тех, кто хочет знать больше
Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.
Что такое нейронные связи простыми словами
В теле человека бессчетное количество клеток, каждая из которых имеет собственную функцию. Среди них самые загадочные – нейроны, отвечающие за любое совершаемое нами действие. Попробуем разобраться как работают нейроны и в чем их предназначение.
Что такое нейрон (нейронные связи)
Нейроны работают при помощи электрических сигналов и способствуют обработке мозгом поступающей информации для дальнейшей координации производимых телом действий.
Эти клетки являются составляющей частью нервной системы человека, предназначение которой состоит в том, чтобы собрать все сигналы, поступающие из вне или от собственного организма и принять решение о необходимости того или иного действия. Именно нейроны помогают справиться с такой задачей.
Каждый из нейронов имеет связь с огромным количеством таких же клеток, создаётся своеобразная «паутина», которая называется нейронной сетью. Посредством данной связи в организме передаются электрические и химические импульсы, приводящие всю нервную систему в состояние покоя либо, наоборот, возбуждения.
К примеру, человек столкнулся с неким значимым событием. Возникает электрохимический толчок (импульс) нейронов, приводящий к возбуждению неровной системы. У человека начинает чаще биться сердце, потеют руки или возникают другие физиологические реакции.
Мы рождаемся с заданным количеством нейронов, но связи между ними еще не сформированы. Нейронная сеть строится постепенно в результате поступающих из вне импульсов. Новые толчки формируют новые нейронные пути, именно по ним в течение жизни побежит аналогичная информация. Мозг воспринимает индивидуальный опыт каждого человека и реагирует на него. К примеру, ребенок, схватился за горячий утюг и отдернул руку. Так у него появилась новая нейронная связь.
Стабильная нейронная сеть выстраивается у ребенка уже к двум годам. Удивительно, но уже с этого возраста те клетки, которые не используются, начинают ослабевать. Но это никак не мешает развитию интеллекта. Наоборот, ребенок познает мир через уже устоявшиеся нейронные связи, а не анализирует бесцельно все вокруг.
Познание нового опыта на протяжении всей жизни приводит к отмиранию ненужных нейронных связей и формированию новых и полезных. Этот процесс оптимизирует головной мозг наиболее эффективным для нас образом. Например, люди, проживающие в жарких странах, учатся жить в определенном климате, а северянам нужен совсем другой опыт для выживания.
Сколько нейронов в мозге
Нервные клетки в составе головного мозга занимают порядка 10 процентов, остальные 90 процентов это астроциты и глиальные клетки, но их задача заключается лишь в обслуживании нейронов.
Подсчитать «вручную» численность клеток в головном мозге также сложно, как узнать количество звезд на небе.
Тем не менее ученые придумали сразу несколько способов для определения количества нейронов у человека:
Строение нейрона
На рисунке приведено строение нейрона. Он состоит из основного тела и ядра. От клеточного тела идет ответвление многочисленных волокон, которые именуются дендритами.
Мощные и длинные дендриты называются аксонами, которые в действительности намного длиннее, чем на картинке. Их протяженность варьируется от нескольких миллиметров до более метра.
Аксоны играют ведущую роль в передаче информации между нейронами и обеспечивают работу всей нервной системы.
Место соединения дендрита (аксона) с другим нейроном называется синапсом. Дендриты при наличии раздражителей могут разрастись настолько сильно, что станут улавливать импульсы от других клеток, что приводит к образованию новых синаптических связей.
Синаптические связи играют существенную роль в формировании личности человека. Так, личность с устоявшимся позитивным опытом будет смотреть на жизнь с любовью и надеждой, человек, у которого нейронные связи с негативным зарядом, станет со временем пессимистом.
Виды нейронов и нейронных связей
Нейроны можно обнаружить в различных органах человека, а не исключительно в головном мозге. Большое их количество расположено в рецепторах (глаза, уши, язык, пальцы рук – органы чувств). Совокупность нервных клеток, которые пронизывают наш организм составляет основу периферической нервной системы. Выделим основные виды нейронов.
Слаженная работа нейронов трех типов выглядит так: человек «слышит» запах шашлыка, нейрон передает информацию в соответствующий раздел мозга, мозг передает сигнал желудку, который выделяет желудочный сок, человек принимает решение «хочу есть» и бежит покупать шашлык. Упрощенно так это действует.
Самыми загадочными являются промежуточные нейроны. С одной стороны, их работа обуславливает наличие рефлекса: дотронулся до электричества – отдернул руку, полетела пыль –зажмурился. Однако, пока не объяснимо как обмен между волокнами рождает идеи, образы, мысли?
Единственное, что установили ученые, это тот факт, что любой вид мыслительной деятельности (чтение книг, рисование, решение математических задач) сопровождается особой активностью (вспышкой) нервных клеток определенного участка головного мозга.
Есть особая разновидность нейронов, которые именуются зеркальными. Их особенность заключается в том, что они не только приходят в возбуждение от внешних сигналов, но и начинают «шевелиться», наблюдая за действиями своих собратьев – других нейронов.
Функции нейронов
Без нейронов невозможна работа организма человека. Мы увидели, что эти наноклетки отвечают буквально за каждое наше движение, любой поступок. Выполняемые ими функции до настоящего времени в полной мере не изучены и не определены.
Существует несколько классификаций функций нейронов. Мы остановимся на общепринятой в научном мире.
Функция распространения информации
Данная функция:
Суть ее в том, что нейронами обрабатываются и переносятся в головной мозг все импульсы, которые поступают из окружающего мира или собственного тела. Далее происходит их обработка, подобно тому, как работает поисковик в браузере.
По результатам сканирования сведений из вне, головной мозг в форме обратной связи передает обработанную информацию к органам чувств или мышцам.
Мы не подозреваем, что в нашем теле происходит ежесекундная доставка и переработка информации, не только в голове и на уровне периферической нервной системы.
До настоящего времени создать искусственный интеллект, который бы приблизился к работе нейронных сетей человека, не удалось. У каждого из 85 миллиардов нейронов имеется, как минимум, 10 тысяч обусловленных опытом связей, и все они работают на передачу и обработку информации.
Функция аккумуляции знаний (сохранения опыта)
Человек обладает памятью, возможностью понимать суть вещей, явлений и действий, которые он единожды или многократно повторял. За формирование памяти отвечают именно нейронные клетки, точнее нейротрансмиттеры, связующие звенья между соседними нейронами.
Таким образом, за память отвечает не какая-то отдельная часть мозга, а маленькие белковые мостики между клетками. Человек может потерять память, когда произошло крушение этих нервных связей.
Функция интеграции
Данная функция позволяет взаимодействовать между собой отдельным долям головного мозга. Как мы уже сказали, сигналы от разных органов чувств поступают в разные отделы мозга.
Нейроны посредством «вспышек» активности передают и принимают импульсы в разных частях мозга. Так происходит процесс появления мыслей, эмоций и чувств. Чем больше таких разноплановых связей, тем эффективнее человек мыслит. Если человек способен к размышлениям и аналитике в определенном направлении, то он будет хорошо соображать и в другом вопросе.
Функция производства белков
Нейроны – настолько полезные клетки, что не ограничиваются только передаточными функциями. Нервные клетки вырабатывают необходимые для жизни человека белки. Опять же ключевую роль в производстве белков имеют нейротрансмиттеры, которые отвечают за память.
Всего в невронах индуцируется порядка 80 белков, вот основные из них, влияющие на самочувствие человека:
Прекращение выработки белков или их выпуск в недостаточном количестве способны привести к тяжелым заболеваниям.
Восстанавливаются ли нервные клетки
При нормальном состоянии организма нейроны могут жить и функционировать очень долго. К сожалению, случается так, что они начинают массово погибать. Причин разрушения нервных волокон может быть много, но до конца механизм их деструкции не изучен.
Установлено, что нервные клетки погибают из-за гипоксии (кислородное голодание). Нейронные сети рушатся при отдельных травмах головного мозга, человек теряет память или утрачивает способность к хранению информации. В этом случае сами нейроны сохранены, но теряется их передаточная функция.
Отсутствие допамина ведет к развитию болезни Паркинсона, а его переизбыток является причиной шизофрении. Почему прекращается выработка белка не известно, спусковой механизм не выявлен.
Гибель нервных клеток происходит при алкоголизации личности. Алкоголик со временем может совершенно деградировать и утратить вкус к жизни.
Формирование нервных клеток происходит при рождении. Долгое время ученые полагали, что со временем нейроны отмирают. Поэтому с возрастом человек утрачивает способность накапливать информацию, хуже соображает. Нарушение функции по выработке допамина и серотонина связывается с наличием практически у всех пожилых людей депрессивных состояний.
Гибель нейронов, действительно неизбежна, в год исчезает примерно 1 процент от их количества. Но есть и хорошие новости. Последние исследования показали, что в коре головного мозга есть особенный участок, именуемый гипокаммом. Именно в нем генерируются новые чистые нейроны. Подсчитано примерное количество генерируемых ежедневно нервных клеток – 1400.
В науке обозначилось новое понятие «нейропластичность», обозначающее возможность мозга регенерироваться и перестраиваться. Но есть одна тонкость: новые нейроны еще не имеют никакого опыта и наработанных связей. Поэтому с возрастом или после заболевания мозг нужно тренировать, как и все иные мышцы тела: получать новые знания, анализировать происходящие события и явления.
Подобно тому, как мы усиливаем бицепс при помощи гантели, активизировать процесс включения новых нервных клеток можно следующими способами:
Механизм возрождения прост. У нас имеются совершенно не задействованные новые клетки, которые нужно заставить работать, а сделать это можно лишь путем постановки новых задач и изучения неизвестных предметных сфер.