evan_gcrm (evan_gcrm) wrote,
evan_gcrm
evan_gcrm

Category:

Восприятие как фазовый переход



Мозг составляет всего 2% человеческого тела, но он использует непропорционально большое количество энергии (более 20%), что показывает, что для создания интеллекта требуется большое количество метаболической энергии.
Поэтому энергетические соображения очень важны для понимания природы биологического интеллекта в нашем мозге.


Энергетический цикл рассматривается следующим образом:
Начинается все с неупорядоченного фонового состояния с высокой энтропией и низкой аналитической амплитудой.
После активации HCA значимым стимулом синхронизированная активность нейронных популяций быстро распространяется по всей коре и создает высокоструктурированные AM-паттерны с низкими энтропийными состояниями, колеблющимися в узкой полосе частот (гамма).
Формирование паттернов АМ можно рассматривать как процесс конденсации, который приводит к рассеиванию избыточной энергии в виде тепла, которое уносится кровотоком.

Шаблон AM поддерживается в течение некоторого времени в метастабильном динамическом состоянии, которое, соответствует SOC, синхронизированной активности протяженных нейронных популяций.
Но со временем в виде мелких фазовых конусов проявляются нарушения в аналитической фазе кортикальной ткани. Энергия, выделяемая во время формирования паттерна АМ, пополняется за счет метаболизма, таким образом, погашая кислородную задолженность.
Синхронность, представленная в паттерне АМ, находится под постоянной угрозой бомбардировки входных стимулов, что приводит к деградации структуры, что можно рассматривать как процесс испарения.
Следовательно, нейроны расцепляют свою динамику, поскольку они освобождаются от связывания, представленного структурой.

В конечном итоге паттерн АМ распадается, общий уровень огневой активности снижается, а аналитическая амплитуда уменьшается. Система возвращается в хаотическое фоновое состояние, и цикл завершается.

Вкратце, во время всплесков узкополосные метастабильные амплитудные модуляции (АМ) появляются на долю секунды и в конечном итоге растворяются в широкополосной случайной фоновой активности.
Пакетный процесс зависит от ранее изученных условных раздражителей (CS), поэтому разные AM-паттерны могут возникать в ответ на разные CS.


В настоящее время принято рассматривать кору головного мозга как орган, поддерживающий себя в динамическом состоянии на грани критичности.
Критичность в математике и физике связана с моментом внезапного перехода из одного состояния в другое. В термодинамике этот термин обозначает точку на границе раздела фаз между твердой, жидкой и газообразной фазами.
Вблизи критической точки состояние системы резко меняется с изменением некоторого управляющего параметра, поведение которого наблюдается при работе коры.

Метастабильность - это связанное фундаментальное поведение, используемое для характеристики динамики и познания мозга. Метастабильность указывает на непрерывное взаимодействие между фазовой синхронностью и фазовым рассеянием в системе со многими взаимодействующими компонентами.

Как кортекс поддерживает критическое состояние?

В ядерной физике используют концепцию критичности (SOC) для обозначения порога, при котором поддерживается реакция ядерного деления. Критическое состояние цепной реакции деления достигается за счет тонкого баланса между материальным составом реактора и его геометрическими свойствами.
Условие критичности выражается как тождество геометрической кривизны (изгиба) и кривизны материала. Критические процессы в ядерных реакторах сконструированы таким образом, чтобы удовлетворять строго линейным рабочим режимам, чтобы гарантировать стабильность динамического процесса.
В мозге же, нелинейные эффекты обратной связи имеют первостепенное значение для поддержания сложной кортикальной динамики.

Иллюстрация самоорганизованного цикла восприятия на основе кинематической теории познания:

(A) Наложенные полосовые отфильтрованные сигналы ECoG.
(B) 64 аналитических амплитуды показывают колебания с высокими амплитудами, прерываемые периодами пониженной мощности, отмеченные синими полосами (нулевые пики). Высокие амплитуды между синими полосами соответствуют шаблонам метастабильной амплитудной модуляции (AM), несущим когнитивный контент. Нулевые пики - это особенности, локализованные в пространстве и времени, с высокой дисперсией фаз.
(C) Следуя сингулярности, появляются большие фазовые конусы, которые проявляют переход от микроскопического беспорядка к макроскопическому порядку.


Выше изложенные данные приводит к кинематографической теории познания, когда восприятие происходит дискретными шагами, проявляющимися в последовательности паттернов АМ.
В кинематической теории познания кортикальные слои рассматриваются как диссипативные системы, которые самоорганизуются вблизи критического уровня активности, который в свою очередь является неравновесным метастабильным состоянием.
Критичность, возможно, является ключевым аспектом работы мозга в их быстрой адаптации, реконфигурации, высокой емкости хранения и чувствительной реакции на внешние раздражители.
Самоорганизованная критичность (SOC) стала важной концепцией для описания нейронных систем. Но переходы от одной модели AM к другой требуют концепции фазовых переходов, выходящих за пределы динамики, описанной SOC.

Взаимное возбуждение между популяциями корковых нейронов поддерживает критичность в сочетании с рефрактерным периодом, который предотвращает экспоненциальный рост, тем самым стабилизируя динамику.

Используется теория случайных графов (RGT) и динамика перколяции в качестве фундаментальных математических подходов к моделированию колебаний в тканях коры.

Результаты показывают, что восприятие формируется посредством фазового перехода от неорганизованного (высокая энтропия) к хорошо организованному (низкая энтропия) состоянию.

/Источник/



Картинка кликабельна



Tags: Сознание
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Контраст

    Цвет — самое относительное визуальное средство в искусстве. /Джозеф Альберс/ Мы почти никогда не видим цвета такими какие они есть на самом…

  • О единстве

    Оригинал взят у shma11 Природа может быть только бесконечной суммой, которая не объединяет в целое собственные элементы; нет такой…

  • Ключ к счастью

    Оригинал взят у swamp_lynx Современный человек совершенно не приучен сознательно терпеть невзгоды, превращать тяжёлую ситуацию в вызов…

promo evan_gcrm march 28, 2018 19:35 90
Buy for 30 tokens
Основополагающим элементом, основным двигателем всей жизни, является репликатор. Скопированная информация - это и есть «репликатор». На Земле первый репликатор довольно бесспорный - это гены, или информация, закодированная в молекулах ДНК. Точнее это первый репликатор, о котором мы знаем.…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 8 comments