§ 2. Физиологическая модель восприятия

В 1957 году американский физиолог Ф. Розенблатт предпринял попытку технически реализовать физиологическую модель восприятия. Он исходил из предположения, что восприятие осуществляется сетью нейронов. Согласно распространенной и наиболее простой модели нейрона (модели Мак-Калока – Питса), нейрон – это нервная клетка, которая имеет несколько входов – дендритов и один выход – аксон. Входы бывают либо возбуждающие, либо тормозящие. Нейрон возбуждается и посылает импульсы в том случае, если число сигналов, пришедших по возбуждающим входам, превосходит число сигналов, пришедших по тормозящим входам нейрона.

Рис. 1.

Модель восприятия состоит из рецепторного слоя , слоя преобразующих нейронов  и слоя реагирующих нейронов  (рис. 1).

Внешнее раздражение воспринимается рецепторами. Каждый рецептор связан с одним или несколькими нейронами преобразующего слоя, при этом каждый нейрон преобразующего слоя может быть связан с несколькими рецепторами.

Выходы преобразующих (ассоциативных) нейронов в свою очередь соединяются с входами нейронов третьего слоя. Нейроны этого слоя – реагирующие – тоже имеют несколько входов (дендритов) и один выход (аксон), который возбуждается, если суммарная величина входных сигналов превосходит порог срабатывания. Но в отличие от нейронов второго слоя, где суммируются сигналы с одним и тем же коэффициентом усиления (но, возможно, разными знаками), для реагирующих нейронов коэффициенты суммирования различны по величине и, возможно, по знаку.

Каждый рецептор может находиться в одном из двух состояний: возбужденном или невозбужденном. В зависимости от характера внешнего раздражения в рецепторном слое образуется тог или иной букет импульсов, который, распространяясь по нервным путям, достигает слоя преобразующих нейронов. Здесь в соответствии с букетом пришедших импульсов образуется букет импульсов второго слоя, который поступает на входы реагирующих нейронов.

Восприятие какого-либо объекта определяется возбуждением соответствующего нейрона третьего слоя, причем различным букетам импульсов рецепторного слоя может соответствовать возбуждение одного и того же реагирующего нейрона. Гипотеза как раз и состоит в том, что коэффициенты усиления реагирующего нейрона подобраны так, чтобы в случае, когда объекты принадлежат к одному классу, отвечающие им букеты импульсов возбуждали бы один и тот же нейрон реагирующего слоя. Например, наблюдая какой-нибудь предмет в разных ракурсах, человек отождествляет увиденное, так как каждый раз на различные внешние раздражения реагирует один и тот же нейрон, ответственный за узнавание этого предмета.

Среди огромного числа (порядка ) нейронов человека, обеспечивающих восприятие, лишь некоторая часть занята сформированными уже понятиями, другая служит для образования новых. Формирование нового понятия, по существу, заключается в установлении коэффициентов усиления реагирующего нейрона. Процесс установления коэффициентов усиления реагирующих нейронов в схеме описывается Розенблаттом в терминах поощрения и наказания.

Предположим, что появился букет импульсов, соответствующий вновь вырабатываемому понятию. Если при его появлении нужный реагирующий нейрон не возбудился (пришедший сигнал не отнесен к данному понятию), то реагирующий нейрон «штрафуется»: коэффициенты усиления тех его входов, по которым проходил импульс, увеличиваются на единицу. Если нейрон правильно реагировал на пришедшие импульсы, то коэффициенты усиления не меняются. Если же окажется, что некоторый набор сигналов будет ошибочно отнесен к данному понятию, то нейрон тоже «штрафуется»: в этом случае коэффициенты усиления тех входов, по которым пришел импульс, уменьшаются на единицу. Такая модель восприятия проста и может быть реализована на однородных элементах – пороговых элементах.