Функция распознавания – фундаментальное свойство живой природы. Примером может служить распознавание имунной системой инородных объектов. Наиболее распространенная в синергетике модель распознавания образов, предложенная американским физиком Джоном Хопфилдом (John Hopfield), обладает важным свойством мультистабильности, что делает эту модель согласованной со сформулированным выше принципом критического состояния, вблизи которого функционирует мозг. Принципиально важной особенностью распознавания образов нейронной сетью является способность восстановления образа по редуцированным, неполным или искаженным данным. Условный рефлекс, способность прогнозирования будущих событий также можно описать как процесс восстановления полного образа по его фрагменту.
III Хаотическая динамика магнитоэлектрической активности мозга
Исследования последнего времени показали, что электроэнцифалограммы (ЭЭГ) животных и человека, а также магнитные поля, генерируемые в межнейронных тканях мозга, представляют собой детерминированные хаотические процессы с небольшим числом степеней свободы, что указывает на высокую степень самоорганизации соответствующих процессов. В синергетическом подходе все основные функции мозга (память, распознавание образов и т.д.) считаются распределенными среди огромного числа взаимосвязанных нейронов. Наконец, еще одно принципиальное отличие - в концепции параллельной обработки.
Чипы и брэйн-интерфейсы
Нейро-компьютерный интерфейс (НКИ) (называемый также прямой нейронный интерфейс или мозговой интерфейс) — система, созданная[1] для обмена информацией между мозгом и электронным устройством (например, компьютером). В однонаправленных интерфейсах внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо посылать ему сигналы (например, имитируя сетчатку глаза при восстановлении зрения электронным имплантатом). Двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях. В основе нейро-компьютерного интерфейса, часто используется метод биологической обратной связи.
Предпосылки
· Павлов. УР и регулирующая роль коры
· Анохин. Регуляция методом обратной связи, ТФС
· Бехтерева. Расшифровка мозг.кодов псих.деятельности
Исследование нейро-компьютерного интерфейса начались в 1970-х годах в Университете Лос-Анжелеса штат Калифорния (UCLA). После многолетних экспериментов на животных в середине девяностых годов в организм человека были имплантированы первые устройства, способные передавать биологическую информацию от тела человека к компьютеру. С помощью этих устройств удалось восстановить поврежденные функции слуха, зрения, а также утраченные двигательные навыки. В основе успешной работы НКИ лежит способность коры больших полушарий к адаптации (свойство пластичности), благодаря которому имплантированное устройство может служить источником биологической информации.
Моторные, кохлеарные и зрительные импланты.
Кохлеарный имплантат — медицинский прибор, позволяющий частично или полностью восстановить слух некоторым пациентам с выраженной или тяжёлой потерей слуха сенсоневральной этиологии.
Принцип работы
Кохлеарный имплантат состоит из внешней (носимой) и внутренней (имплантируемой) части.
Во внешней части находятся:
§ Микрофон
§ Микропроцессор для преобразования звука в электрические имплульсы. Звуковой процессор – это электронное устройство, функция которого заключается в улавливании звуков от микрофона, кодировании их в последовательные электрические импульсы и передаче этих импульсов через катушку (антенну) непосредственно на кохлеарный имплантат.
§ Радиопередатчик
Имплантируемая часть содержит:
§ Радиоприёмник
§ Дешифратор сигналов
§ Цепочку электродов, которые вживляются в улитку
Цепочка электродов — самая сложная часть имплантата. Она представляет собой тончайшую гибкую спиралеобразную трубочку, повторяющую естественную анатомическую форму улитки, с тонкими волосками электродов по всей длине спирали. Материал трубочки химически и биологически инертен, не отторгается организмом и обладает свойствами хорошего электроизолятора (силикон). Электроды изготовлены из платины — металла с высокой электропроводностью, характеризующегося биологической и химической инертностью. Система электродов покоится на базилярной мембране улитки и непосредственно контактирует с веточками слухового нерва, иннервирующими те или иные участки базилярной мембраны. Первые имплантаты имели всего один электрод, в современных (на 2005 г.) моделях используется от 8 до 24 электродов.
Таким образом, кохлеарный имплантат решает проблему повреждённых или погибших волосковых клеток улитки, передавая информацию о звуках окружающего мира по системе электродов непосредственно к слуховому нерву. При этом современные кохлеарные имплантаты стремятся максимально точно (насколько это вообще возможно при существующих технических ограничениях) воспроизвести естественную физиологическую систему кодирования информации о громкости, тональности и прочих характеристиках звука.
Зрительный имплантант
Бионический глаз — искусственная зрительная система для восстановления потерянного зрения при некоторых формах слепоты.
- Видеокамера, передающая оптическое изображение на видеопроцессор;
- Видеопроцессор, который преобразует и передаёт оптическое изображение в виде видеосигналов на передатчик (2) в очках;
- Путь пересылки электронного сигнала на приёмник-ресивер в глазу;
- Полученная информация через миниатюрный проводник передаётся на электроды фотосенсора (4), вживлённого в сетчатку;
- Электронные сигналы по зрительным нервам проходят в головной мозг человека.
В ряде случаев используют специальную полимерную пластинку-матрицу с фотодиодами, с которой можно снимать слабые электрические импульсы, передавая их в прилегающие живые нервные клетки. Аналоговые сигналы от созданного на искусственной сетчатке оптического изображения стимулируют сохранившиеся нейроны.
Изображение окружающего пространства может быть сформировано, например, при помощи видеокамеры, установленной на лбу, либо ИК-дисплея, специальных очков, и полимерного фотодатчика — фотосенсора с электродами и отверстиями. Такие системы обеспечивают привычное зрение, как периферийное, так и центральное.
При полной слепоте — в специальные очки встраивается миниатюрная видеокамера (1), информация посылается на видеопроцессор (2), который пациент носит на поясе. Процессор преобразует картинку в электронный сигнал и отсылает его на специальный передатчик, также встроенный в очки. Затем этот передатчик посылает беспроводной сигнал на тончайший электронный приёмник-ресивер (3), встроенный в глаз, и фотосенсор (электродная панель)(4), который имплантирован в сетчатку пациента.
Электроды искусственных рецепторов (фотодатчиков) стимулируют оставшиеся действующие зрительные нервы сетчатки глаза, посылая электрические видеосигналы в мозг через зрительные нервы
Моторный имплантант