"Ничто так не действует на нервы, как нейроны".
(M.Geny)
Каким образом человек анализирует поступающую информацию? В терминологии нейронной генетики введено ключевое понятие - нейросеть. Именно совокупность нейросетей образует отделы нервной системы человека, которые в свою очередь определяют всю деятельность, придают существу разум, формируют интеллект. Что же это такое - искусственные нейронные сети (ИНС)? Что они могут делать? Как они работают? Как их можно использовать? Эти и множество подобных вопросов интересны специалистам разных областей теории и практики.
Принято считать, что искусственные нейронные сети состоят из элементов, функциональные возможности которых подобны элементарным функциям нервной клетки. Нейроны организуются по способу, который может соответствовать или не соответствовать анатомии и физиологии мозга. Они выстраиваются в цепи, соединяются. ИНС демонстрируют удивительное подобие свойств, присущих человеческому мозгу.
Они обучаются на основе имеющегося опыта, обобщают и переносят предыдущие события на новые и извлекают существенные свойства из поступающей информации, содержащей излишние данные. Два «мозга», созданных на принципах ИНС и находящиеся в разных концах земного шара, смогут обмениваться информацией через космические аппараты или по каким-нибудь другим каналам коммуникации. При этом они не будут пользоваться услугами посредника - транслятора языка. Поэтому, строго говоря, нейрокомпьютеры нельзя будет считать отдельными субъектами, они будут единым нейроустройством.
Множество отдельных «нейромозгов», объединенных в сеть, станут своеобразным "искусственным разумом". Повреждение или уничтожение одного из компонентов нейросистемы качественно не скажется на работе всей системы. Ведь и наш мозг, даже после значительного повреждения, оказывается способен продолжать вполне приемлемо работать.
Например, утверждается, что Оноре де Бальзак перенес инсульт, уничтоживший половину содержимого его черепной коробки, но написал после этого несколько неплохих романов. Известны случаи, когда человек возвращался к сознательной жизни после удаления большей части коры головного мозга. Несмотря на сходство, все-таки, вряд ли в ближайшем будущем ИНС смогут достичь возможностей головного мозга человека. Реальный “интеллект”, демонстрируемый самыми сложными нейронными сетями, находится ниже уровня дождевого червя, и энтузиазм оптимистов должен быть отрезвлен в соответствии с реальностью.
Однако было бы неверно вовсе игнорировать удивительное сходство в функционировании некоторых нейронных сетей с человеческим мозгом. Эти новые возможности, как бы они не были ограничены сегодня, дают нам повод задуматься над тем, что глубокое проникновение в тайны человеческого интеллекта, дополненное множеством революционных открытий, может быть не так уж и иллюзорно. Возможно, мы научимся создавать большие ИНС, объединять их в системы и, в конечном счете, сможем получить для начала что-то более совершенное, хотя бы на уровне интеллекта улитки.
9. ЧЕЛОВЕК – ЭТО ЗВУЧИТ СЛОЖНО
Человека можно воспроизвести клонированием, то есть, целиком. Робота делают по частям. Насколько сложны эти части? Биологи утверждают, что в человеке более чем 10 в 14-й степени клеток. Он на 60% состоит из воды. Распределена она неравномерно:так в жировых тканях воды - 20%, в костях - 25%, в печени - 70%, в мышцах - 75%, в крови - 80%, в мозге - 85% воды от его веса. Остальные 40% веса человеческого тела распределяются так: белки - 19%, жиры - 15%, минеральные вещества - 5%, углеводы - 1%.
В организме взрослого человека содержится около 70 кг кислорода, углерода водорода и азота. Кальция и фосфора - около 2-х кг. Калия, серы, натрия, хлора имеется по нескольку десятков граммов. Железа в человеке всего около 6 граммов, но оно играет исключительно важную роль, входя в гемоглобин. Общая длина кровеносных сосудов человека - примерно 100 000 км. В покое кровь распределена так: 25%- в мышцах, 25%- в почках,15% -в сосудах стенок кишечника,10% -в печени, 8%-в мозгу,4% -в венечных сосудах сердца, 13% -в сосудах легких и других органов. Каждый эритроцит содержит около 270 миллионов молекул гемоглобина.
Клетки крови постоянно отмирают и заменяются новыми. Жизнь эритроцита 90 -125 дней, лейкоцита - от нескольких часов до недели.У взрослого человека ежечасно отмирает миллиард эритроцитов, 5 млрд. лейкоцитов, 2 млрд. тромбоцитов. На смену им приходят новые клетки, вырабатываемые в костном мозге и в селезенке.
За сутки заменяется примерно 25 граммов крови. Костный мозг взрослого человека, рыхлая масса, наполняющая внутренние полости некоторых костей, весит в среднем 2600 гр. За 70 лет жизни он дает 650 кг эритроцитов и тонну лейкоцитов.
В спокойном состоянии, лежа, человек потребляет за сутки 400-500 литров кислорода, делая 12-20 вдохов и выдохов в минуту. Для сравнения: частота дыхания лошади - 12 дыхательных движений в минуту, крысы - 60, канарейки - 108. Весной частота дыхания в среднем на одну треть выше, чем осенью. У взрослого человека сердце за день перекачивает около 10 000 литров крови. За один удар в аорту выбрасывается примерно 130 миллилитров.
Нормальный пульс в спокойном состоянии 60-80 ударов в минуту, причем у женщин сердце бьется на 6-8 ударов в минуту чаще, чем у мужчин. При тяжелой физической нагрузке пульс может ускоряться до 200 и более ударов в минуту. Для сравнения: частота пульса у слона-20 ударов в минуту, у быка-25, у лягушки -30, у кролика -200, а у мыши - 500 ударов в минуту. Нервная система человека содержит около 10 миллиардов нейронов и примерно в семь раз больше клеток обслуживающих - опорных и питающих.
Лишь 1% нервных клеток занят «самостоятельной работой» - принимает ощущения из внешней среды и командует мышцами. Девяносто девять процентов - это промежуточные нервные клетки, служащие усилительными и передающими станциями. Самые крупные нервные клетки человека в 1000 раз больше самых мелких. Самые тонкие нервные волокна имеют поперечник всего 0,5 микрометра, самые толстые—20 микрометров. Более половины всех нейронов сосредоточено в больших полушариях головного мозга. Общая площадь коры головного мозга варьирует от 1468 до 1670 квадратных сантиметров.
В черепномозговых нервах в мозг входит 2.600.000 нервных волокон, а выходит 140.000. Около половины выходящих волокон несут приказы к мышцам глазного яблока, управляя тонкими, быстрыми и сложными движениями глаз. Остальные нервы управляют мимикой, жеванием, глотанием и деятельностью внутренних органов. Из входящих нервных волокон два миллиона - зрительные. За минуту через мозг протекает 740—750 миллилитров крови. Начиная с тридцатого года жизни у человека ежедневно гибнет 30—50 тысяч нервных клеток. Уменьшаются основные размеры мозга.
С возрастом мозг не только теряет вес, но и изменяет форму - уплощается. У мужчин вес мозга максимален в 20-29 лет, у женщин в 15-19. Масса мозга человека составляет 1/46 общей массы тела, масса мозга слона - всего 1/560 массы тела. В теле человека работает не менее 700 ферментов. Даже суровые мужчины ежедневно проливают 1-3 миллилитра слез. Слезы постоянно вырабатываются слезными железами и увлажняют роговицу глаза, предохраняя ее от воздействия воздуха и пыли. Свежий отпечаток пальца весит примерно одну миллионную долю грамма. Он состоит из воды, жиров, белков и солей, выделяемых кожей.
У человека более 200 костей. Точнее сказать невозможно, так как количество костей различно у разных людей ( 20% имеют отклонения в количестве позвонков),да и с возрастом некоторые кости срастаются. Самая длинная кость - бедренная, ее длина составляет обычно 27,5% от роста человека. Самая короткая - стремечко, одна из косточек, передающих колебания барабанной перепонки к чувствительным клеткам внутреннего уха, Она работает как рычаг, увеличивая давление звуковых волн. Ее длина всего 3-4 миллиметра.
Точно указать количество мышц тоже невозможно. Специалисты насчитывают у человека от 400 до 680 мышц. Для сравнения: у кузнечиков около 900 мышц, у некоторых гусениц до 4000. Общий вес мышц у мужчины составляет около 40% от веса тела, а у женщины - около 30%. Самая маленькая мышца - мышца стремечка. При слишком сильных звуках она поворачивает стремечко так, что соотношение длины плеч косточки-рычага меняется, и усиление звука падает.
Средняя нормальная острота зрения составляет 0,0003 угловой минуты, то есть, глаз способен различить хорошо освещенный предмет поперечником в одну десятую миллиметра на расстоянии 25 сантиметров. Но если предмет сам светится, он может быть и значительно меньше. Дырочка диаметром в 3-4 тысячные доли миллиметра, проколотая в листе жести, за которым зажжена лампочка, хорошо различается нормальным глазом.
Глаз способен различать 130-250 чистых цветовых тонов и 5-10 миллионов смешанных оттенков. Частота вспышек, при которой мигающий свет кажется глазу ровно горящим, для палочек составляет 15 в секунду, для колбочек 71-90. Полная адаптация глаза к темноте занимает 60-80 минут.
Палец способен ощутить колебания амплитудой в две десятитысячные доли миллиметра. Поверхность кожи человека в среднем составляет около 2 квадратных метров. За одну минуту через кожу проходит 460 миллилитров крови. В коже рассеяно 250 тысяч рецепторов холода, 30 тысяч рецепторов тепла, миллион болевых окончаний, полмиллиона рецепторов осязания и три миллиона потовых желез. Среднее количество волос на голове:у блондинов - 140 000, у брюнетов –102 000 у шатенов -109 000, у рыжих - 88 000.
Общее число волос на теле, кроме головы, около 20 тысяч. Волосы растут со скоростью 0,35—0,40 мм в сутки. За день наша шевелюра удлиняется метров на тридцать. Ногти на руках растут со скоростью 0,086 миллиметра в сутки, на ногах-0,05 миллиметра. За год на пальцах рук нарастает около двухсот граммов ногтей.
Во внутреннем ухе около 25 000 клеток, реагирующих на звук. Диапазон частот, воспринимаемых слухом, лежит между 16 и 20 000 герц. К 35 годам верхняя граница слуха падает до 15.000 герц. Ухо наиболее чувствительно к диапазону 2000-2300 герц. Лучший же музыкальный слух (способность различать высоту) приходится на область 80-600 герц. Здесь наше ухо способно различить, например, два звука с частотой 100 герц и 100,1 герца.
Всего человек различает 3-4 тысячи звуков разной высоты. Мы осознаем звук через 35-175 миллисекунд после того, как он дошел до уха. Еще 180- 500 миллисекунд требуется уху на то, чтобы достичь наилучшей чувствительности - "настроится".
На языке находится около 9000 вкусовых рецепторов. Наилучшая температура для их работы - 24 градуса Цельсия. Площадь обонятельной зоны носа - 5 см2. Здесь расположено около миллиона обонятельных нервных окончаний. Чтобы в нервном обонятельном волокне возник импульс, на его окончание должно попасть примерно 8 молекул пахучего вещества.
Чтобы возникло ощущение запаха, должно возбудиться не менее 40 нервных волокон. При пережевывании пищи челюстные мышцы развивают на коренных зубах усилие до 72 килограммов, а на резцах - до 20 килограммов. Для жевания хлеба требуется усилие в 25 кг., для жареной телятины - 15 килограммов. На один квадратный миллиметр слизистой оболочки желудка приходится около ста желез, выделяющих пищеварительный сок.
Тонкая кишка человека, где происходит всасывание в кровь переваренной пищи, имеет на своей внутренней поверхности около 5 миллионов ворсинок - тончайших волосковидных выростов, через которые и идет всасывание питательных веществ. Чувство жажды появляется при потере воды, равной одному проценту от веса тела. Потеря более 5% может привести к обмороку, а более 10%- к смерти.
Глоток воды - много это или мало? Многочисленные измерения показали, что мужчина проглатывает одним глотком в среднем 21 миллилитр жидкости, а женщина-14 миллилитров. Самой маленькой женщиной в мире считается Лючия Зарате (1864 - 1890). При рождении рост ребенка составлял 17 сантиметров Лючия выросла до 43 сантиметров при весе 2,2 килограмма.