Слядников Е.Е.  

Модели представления и распознавания образов в микротрубочке цитоскелета нейрона

В последние годы наблюдается значительный интерес к гипотезе "квантово-статистической"природы
человеческого сознания [1]. Есть экспериментальные свидетельства, что в нейронах мозга подходящими
субстратами для "квантово-статистических вычислений являются информационные белковые нанополимеры микротрубочки цитоскелета [2]. Недавно была предложена микроскопическая модель дипольной
системы микротрубочки [3], а затем в [4] была исследована взаимосвязь физических и информационных
характеристик в окрестности точки сегнетоэлектрического перехода. Целью настоящей работы является
развитие модели [3, 4] и вывод уравнения эволюции для случайного параметра порядка, которое описывает процессы представления и распознавания образов. В ходе развития и исследования предложенной
модели получены следующие результаты и выводы:

  1. Модель дипольной системы микротрубочки цитоскелета представляет собой систему дипольных моментов, в которой основную роль играют антиферромагнитное взаимодействие ближайших соседей и ферромагнитное взаимодействие следующих за ближайшими соседями. При таком взаимодействии в дипольной системе микротрубочки цитоскелета протекает фазовый переход, связанный с локальным замораживанием дипольных моментов. Этот фазовый переход можно описать с помощью параметра порядка - случайной функции поляризации и ее двух первых моментов: средней поляризации и среднего квадрата поляризации микротрубочки цитоскелета, которые связаны между собой уравнениями молекулярного поля.
  2. Проблему представления и распознавания образов микротрубочка цитоскелета решает в два этапа. При поступлении образа микротрубочка ставит ему в соответствие вектор, компоненты которого дипольная система микротрубочки цитоскелета определяет, производя соответствующую перестройку своей структуры. Естественным путем происходит разложение образа на характерные признаки, в результате чего каждому признаку ставится в соответствие термодинамическое среднее значение дипольного момента микротрубочки цитоскелета на узле. На этом этапе обработки данных пространство признаков описывается узельной системой координат, а всему образу соответствует вектор образа.
  3. Затем, используя механизм фазового перехода, дипольная система микротрубочки релаксирует к ближайшему собственному состоянию матрицы связей, естественным путем разлагая образ на другие характерные признаки (по базису собственному векторов матрицы связей). Каждому признаку ставится в соответствие случайный параметр порядка - проекция вводимого вектора на собственный вектор матрицы связей. То есть микротрубочка устанавливает уже в другом пространстве признаков - параметров порядка, какой хранящейся в памяти микротрубочки структуре отвечает определенный микротрубочкой вектор и, следовательно, входящий образ. Таким образом, с помощью механизма фазового перехода осуществляется нелинейное преобразование одного пространства характерных признаков (узельного) с большой размерностью в другое пространство характерных признаков (параметров порядка) с существенно меньшей размерностью.

Из предлагаемой модели вытекают важные следствия:

  • Если начальный образ неполон, он может быть дополнен до полного вектора прототипа, то есть дипольная система микротрубочки цитоскелета действует как ассоциативная память.
  • Если в памяти дипольной системы хранятся прототипы образов, а системе предъявляется образ, описываемый начальным вектором, то система превращает начальный образ в ближайший к нему прототип.

Следовательно, дипольная система микротрубочки цитоскелета осуществляет распознавание образов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Пенроуз Р. Тени разума: в поисках науки о сознании. Ижевск: ИКИ, 2005. 690 с.
  2. Hameroff S., Penrose R. Orchestrated Reduction of Quantum Coherence in Brain Microtubules // Journal of Consciousness Studies. - 1994. - J.1. - P.91-118.
  3. Слядников Е.Е. Физическая модель и ассоциативная память информационной биомакромолекулы // Журнал технической физики. - 2007. - Т.32. - В.8. - С.52-59.
  4. Слядников Е.Е. О взаимосвязи физических и информационных характеристик в окрестности точки сегнетоэлектрического перехода в дипольной системе микротрубочки цитоскелета // Журнал технической физики. - 2009. - Т.79. - В.7. - С.1-12.

 

Файл презентации: Slyadnikov_prezentation.pdf


К списку докладов