Исполнитель алгоритмов – человек (стр. 3 из 4)

Л

Я

Утраченное Утраченная Утраченная

восприятие информация функция

Рис. 4. Структура обработки информации человеком

Стимулы сенсорных регистров (например, рецептора) передают поступающую извне информацию в кратковременную память, а из неё – в долговременную. Из долговременной памяти информация может пересылаться в кратковременную память.

Пример. При взгляде на (конкретный) стол у человека может из долговременной памяти ассоциироваться понятие «Стол» (абстрактное), а также информация, связанная (ассоциативно-интуитивными связями) с этим понятием, например, сведения о потребительских качествах стола.

Извлечение информации из кратковременной памяти занимает очень мало времени.

Пример. Эксперименты в лаборатории Белл показали, что время извлечения из кратковременной памяти одной буквы (цифры) равно 10-30 мсек.

Извлечение информации из долговременной памяти требует достаточно сложных процедур. Вначале выполняется процедура восприятия информации. Подходящее («пробное») множество сканируется с помощью процедуры выбора стратегии в кратковременную память, затем из долговременной памяти с помощью процедуры ассоциации (эвристики) определяется «поисковый набор», соответствующий данному пробному множеству который передаётся в кратковременную память, а далее используется процедура принятия решения о соответствии. Этот процесс может быть итерационным: продуктивным (успешный поиск) или непродуктивным (безуспешный поиск).

Информация представляется в виде информационных кодов – упорядоченных признаков, которые определяют объект (связь, понятие). Коды связываются (ассоциируются) между собой образуя структуры памяти.

Новая информация удерживается в памяти образованием связей между копиями кодов объектов (событий), т.е. образованием структур памяти вначале в кратковременной, а затем и в долговременной памяти. Так образуются хранилища знаний. Поиск нужного знания (хранилища, где оно находится) осуществляется направленно. Для нахождения соответствующей структуры памяти используются признаки определённых кодов, определяющих нужную структуру. Каждая структура имеет свой адрес, по которому она извлекается из памяти в нужной ситуации.

Пример. На таком принципе основывается задание номера телефона некоторых служб: 03 – «третья по важности служба», 911 – «номер, о котором часто рассказывали родители на случай чрезвычайной ситуации».

В живом организме, в отличие от автомата, машины, передача, хранение или обработка информации, в конечном счёте, происходит с помощью химических (биохимических) реакций. Сообщениями, передающими информацию, служат при этом молекулярные системы.

Пример. Белок - фермент, являющийся катализатором определенной биохимической реакции, есть преобразователь сигнала, превращающий одни сигнальные молекулы в другие. Любой организм живет за счет химических балансовых реакций, разностей концентрации химических веществ. Основа живого - белок, он синтезируется из аминокислот, молекул вида (рис. 5):

Н

H₂N С COOH

R

Рис. 5. Молекула белка

где R - различные радикалы. Белковая цепь - некоторое слово (состояние) в алфавите, состоящем из 20 аминокислот (букв). Память человека или мозг человека имеет возможность запоминать за счёт обмена веществ, метаболизма (анаболизма).

Обмен информацией между нейронами (на биохимическом уровне) осуществляется с помощью нейромедиаторов – специальных веществ, активизирующих другие нейроны через синапсы (зоны контакта нейронов). Когда нейромедиаторы воздействуют на рецепторы нейрона, внутри него активизируются белковые структуры и происходит переработка информации.

Пример. Для срабатывания кратковременной памяти достаточны слабые и кратковременные импульсы, для активизации долговременной памяти нужны более мощные и длительные стимулы. В первом случае выделяется меньше нейромедиаторов, а во втором, – больше и они воздействуют на синапсы, увеличивая их.

У живых организмов потенциалы действий (электрические сигналы) проводят нервные волокна, а у растений роль нервных волокон выполняют “жилки” - проводящие пучки, пронизывающие все ткани и органы. По этим жилкам проводятся вода, минеральное питание и электрические сигналы. В живых организмах (в отличие от растений) имеется “диспетчерская”, откуда управляющие сигналы от внешних раздражителей поступает к различным органам. “Диспетчерская” – это центральная нервная система, связанная с помощью аксонов с нейронами (кластерами, группами нейронов) различного типа: зрительными, обонятельными, слуховыми и др.

Пример. Рассмотрим такое явление (состояние), как жажда. Импульсы от рецепторов слизистой оболочки ротовой полости, желудка поступают при уменьшении концентрации воды в организме, при уменьшении объёма циркулирующей крови (известное явление жажды при ранениях). Эти импульсы передаются в промежуточный мозг и затем поступают в “центр реакции на жажду” - кластер нейронов в различных зонах гипоталамуса, объединённых друг с другом межнейронными связями. Затем они интегрируются и в “центре реакции на жажду” вырабатывается интегральный сигнал “тяга к воде”. При этом интегральная информация анализируется с целью коррекции регулируемых параметров организма (например, содержание воды и соли в клетках), вырабатывая адекватную работу почки, гормонального и нервного механизма (рис. 6).

Вода Центр реакции на жажду

Рецепторы Центральная нервная система

Кровь Симпатическая нервная система

Перераспределение крови

Рис. 6. Структура информационных и управляющих сигналов при жажде

Физико-химические реакции (клеточного метаболизма) осуществляются под управлением ферментов, структура которых записана в ДНК генов. Генетическая запись (информация) передаётся от ДНК к РНК, от РНК к белку, регулируя, помогая самоорганизовываться белковой структуре. Информация, записанная в виде последовательности нуклеотидов в ДНК гена, перезаписывается на молекулу РНК, а затем генерируется последовательность аминокислотных остатков, осуществляется синтез белка, создаётся первичная структура будущей молекулы белка и, наконец, определяется белковая структура, её функции. Синтез белка, клетки, клеточных структур - центральное событие в жизни организма. Считывание сообщений информационной РНК и их трансляция приводит к появлению в клетке молекул белка; информационные РНК способны кодировать белки.

Задачи и упражнения

ДНК человека можно представить себе как некоторое слово в алфавите Х={A, B, C, D}, где букве соответствует звено цепи ДНК (нуклеотид). Среднее число их равно примерно 1.5´10²³. Считая, что ядро каждой из примерно 10¹³ клеток человеческого тела является хранителем генетической информации, оценить объем информации в теле человека.

Ресурсы человеческого мозга рассчитаны на переработку информации в 16 бит в сек. Какое количество информации перерабатывает человек за свою жизнь, если переработка информации идёт непрерывно в течение средней продолжительности жизни, которую принять равной 70 лет.

Человек способен различать примерно 130 градаций яркости. Определить, сколько бит необходимо, чтобы их закодировать, т.е. какой минимальной разрядности комбинации битов нужны для этого?

Время t реакции испытуемого на выбор предмета из имеющихся N предметов линейно зависит от log₂N: t=200+180log₂N (мс). По аналогичному закону изменяется и время передачи информации в живом организме. Один из опытов по определению психофизиологических реакций человека состоял в том, что перед испытуемым большое количество раз зажигалась одна из n лампочек, которую он должен был указать. Оказалось, что среднее время, необходимое для правильного ответа испытуемого, пропорционально не числу n лампочек, а именно величине I определяемой по формуле Шеннона, где p_i - вероятность зажечь лампочку номер i. Проанализируйте этот факт и сделайте выводы о том, как можно использовать этот факт для понимания процесса передачи и количества передаваемой информации.