Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Филатов Михаил Александрович

Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ
<
Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Филатов Михаил Александрович. Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ : Дис. ... канд. биол. наук : 05.13.01 Сургут, 2005 164 с. РГБ ОД, 61:05-3/898

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Характеристика изменений психофизиологических функций школьника в процессе обучения . 8

1.1. Понятие памяти и ее виды. Возрастные изменения показателей памяти, внимания и мышления у учащихся в процессе обучения . 8

1.2. Функциональные системы организма (ФСО) и корреляция их показателей с психофизиологическими функциями . 32

ГЛАВА 2. Материалы и оригинальные авторские методы исследований . 50

2.1. Автоматизированная система на базе ЭВМ для исследования психофизиологических функций и математические модели потери информации человеком . 50

2.2. Системные методы изучения показателей кардио - респираторной системы человека. 58

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение . 65

3.1. Корреляция между мотивацией к обучению и возрастными показателями памяти . 65

3.2. Изучение зависимостей между показателями успеваемости и возрастными аспектами изменения психофизиологических функций в условиях Севера РФ. 94

3.3. Фазатонная теория мозга в объяснении особенностей состояния ФСО и показателей функциональной асимметрии полушарий (ФАП) мозга человека на Севере. 106

Выводы 117

Список сокращений 118

Литература 120

Приложения 131

Введение к работе

Состояние психофизиологических функций человека на Севере РФ - это весьма актуальная (из-за все возрастающего числа жителей ХМАО и ЯНАО, например) и интересная в научном плане (вопросы экологии человека на Севере, особенности развития патологий на Севере) проблема [1, 16, 24, 42, 46, 63, 136]. Особый статус этой проблемы определяется все возрастающей численностью молодежи (растет численность городского и сельского населения), которая родилась и живет в суровых северных условиях. Наибольший интерес при этом имеют вопросы становления и развития организма детско - юношеского населения Югры; интеллектуальное развитие подростков (в частности, особенности протекания учебного процесса) в условиях действия экологических факторов Севера РФ.

Поскольку освоение Севера РФ будет продолжаться, а численность населения (молодежного, в частности) будет возрастать, то понятна и актуальность, и новизна этой проблемы. Причем в ее решении немалую роль может сыграть молодая и активно развивающаяся наука: биологическая и медицинская кибернетика. При массовом обследовании населения, разработки новых кибернетических технологий на базе ЭВМ для мониторирования основных функций организма учащихся, должны применяться методы системного анализа и обработки информации с помощью математического моделирования. Они должны будут обеспечивать прогнозирование состояния психофизиологических и функциональных систем организма (ФСО) учащихся в регионах Севера.

Новые подходы, новые методы решения таких проблем - это все органично сочетается с новыми задачами, которые возникают в связи с освоением Севера РФ. Одной из основных проблем в этом комплексе является проблема состояния мнемических функций (памяти), мышления и внимания у учащихся школ Югры в аспекте особенностей состояния и развития функциональных систем организма учащихся в условиях Севера РФ. При этом связь между психофизиологическими показателями и ФСО уже никем не отвергается.

Именно этой стороне проблемы и уделяется особое внимание в настоящей работе.

История использования системных методов и моделирования в описании и прогнозировании динамики изменения психофизиологических функций человека в возрастном аспекте, или применительно к расам и территориям насчитывает уже 2-е столетие. Достаточно вспомнить работы Г. Эббингауза (XIX век) и попытки количественно описывать показатели памяти в работах целого ряда российских ученых [18, 54, 77]. Разработка различных тестов с использованием ЭВМ для изучения и прогнозирования показателей внимания, мышления, состояния физиологических функций с использованием системного анализа и моделей также имеет множество примеров и достижений [4, 97,121, 125,161].

Особая роль принадлежит работам представителей школы академика П.К. Анохина, которые значительно продвинули применение методов системного анализа в физиологию и медицину. В исследованиях П.К. Анохина, которые являются естественным продолжением физиологических подходов и представлений о механизмах целостной деятельности организма человека И.М. Сеченова и И.П. Павлова, представлены основы системного изучения работы важнейших регуляторных систем организма человека. Работами П.К. Анохина и его учеников [120, 129, 130] обоснованы общие механизмы целостной деятельности организма человека путем интеграции частных физиологических механизмов в единую функциональную систему организма.

При этом главным фактором, определяющим организационно системы взаимодействующих совместно частных механизмов, является полезный результат деятельности ФСО. Существенно, что в таких интегрированных иерархических системах с высоким уровнем организации невозможно познать их деятельность путем изучения частных механизмов. Параметры работы же всех ФСО могут составить образ поведения биосистемы в фазовом пространстве состояний. Например, параметры состояния кардио

респираторной системы (КРС) и нервно - мышечной системы (НМС) опосредовано представляют поведение всех ФСО.

Кибернетический подход определяет иерархические уровни организации
управления как отдельными ФСО, так и их комплексами в общей системе
управления гомеостазом организма. Теория ФСО П.К. Анохина обобщает и
представляет некоторые глобальные интегративные механизмы управления
всеми ФСО человека, которые (как нам представляется) должны базироваться
на общих принципах работы ЦНС, как центрального регулятора (верхний
уровень регуляции) всех ФСО и гомеостаза в целом. Такой центральный
- регулятор мы обозначили как фазатон мозга (ФМ). .......

Большой интерес в методическом и экспериментально - клиническом аспекте представляет разработка и внедрение новых способов и устройств для изучения интегративных показателей состояния ФСО и ФМ в целом, а также выявления доклинических нарушений психофизиологических функций организма учащихся в условиях Севера РФ, как одного из характерных параметров состояния ФМ. Изучение влияния экофакторов на показатели ФСО и системы их регуляции позволяют выявлять нарушения в организме школьников и их влияние на показатели успеваемости. Методами системного анализа возможна разработка новых психофизиологических методик для скрининговых обследований учащихся в условиях Севера РФ для получения объективной информации о показателях памяти, мышления, внимания и изучения их корреляции с показателями нейромоторного и нейровегетативного системокомплексов в рамках разрабатываемой теории фазатона мозга (ТФМ).

Целью настоящих исследований является изучение показателей памяти, внимания и мышления с использованием системных методов в аспекте корреляции этих показателей с состоянием КРС как характерной ФСО учащихся в условиях Севера РФ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка программных продуктов для мониторирования мнемических функций учащихся с использованием ЭВМ и баз данных.

  1. Создание программного продукта для изучения психофизиологических функций учащихся.

  2. Системный анализ и моделирование возрастной динамики изменения показателей памяти, мышления и кардио - респираторной системы.

  3. Создание информационной системы и базы данных по основным психофизиологическим показателям учащихся на примере гимназии №4 г. Сургута, как типового примера использования методов системного анализа в научной организации учебного процесса школ Югры и обоснования новых критериев оценки деятельности школ.

Научно - практическая значимость. Разработанные новые программы на ЭВМ, модели, способы и устройства для изучения психофизиологических функций учащихся могут быть использованы в скрининговых исследованиях качества жизни и работы учащихся в условиях Севера РФ методами системного анализа. Алгоритмы и компьютерные программы позволяют идентифицировать основные функции организма учащихся в различных климатических условиях. Это обеспечивает новую количественную классификацию и идентификацию показателей функций организма. Разработанные комплексные методы оценки показателей психофизиологических функций и состояния вегетативной (симпатической и парасимпатической) системы позволяют внедрять их в практику работы органов управления образования для оценки степени утомления учащихся в ходе учебы, выбирать оптимальную траекторию учебных нагрузок у учащихся по различным видам учебной деятельности.

Положения, выносимые на защиту.

  1. Используя современную компартментно - кластерную теорию БДС и разработанные программные продукты, возможно обеспечение массового мониторирования мнемических функций учащихся, находящихся в различных климатических условиях, а оригинальные авторские методики позволяют проводить подобные исследования в комплексе с изучением ФСО.

  1. Показатели симпатической и парасимпатической систем человека, выполняющего значительные учебные нагрузки, коррелируют с показателями

психофизиологических функций и могут являться количественными оценками степени утомления обучаемого в разные сезоны года. Эти показатели могут обеспечить дифференцировку нагрузки ученика в зависимости от степени его утомления и оценки состояния ФСО.

  1. Идентификация математических моделей динамики возрастных показателей психофизиологических функций, анализ этих моделей позволяет адекватно оценивать количественные и качественные изменения в организме ученика под действием климатических факторов среды и особенностей его индивидуального развития.

  2. Разработанные методики оценки состояния KPG и психофизиологических функций в аспекте фазатонной теории мозга обеспечивают оценку влияния экофакторов среды Севера РФ на учащихся разных возрастных групп, индивидуальный подход в оценке усилий ученика в учебном процессе в аспекте соотношений с состоянием его психофизиологических функций.

Понятие памяти и ее виды. Возрастные изменения показателей памяти, внимания и мышления у учащихся в процессе обучения

Успешное функционирование второй сигнальной системы и наше существенное отличие от представителей всего остального животного мира в первую очередь обусловлено уникальными мнемическими способностями. Вся интеллектуальная деятельность (обучение, создание новой информации -креативная деятельность человека) немыслима без уникальных показателей памяти. Заведомо можно утверждать, что ни один гений в любой сфере деятельности (физик, математик, поэт и философ, музыкант и историк) не смог бы стать таковым, если бы у него не было уникальных показателей памяти. Наоборот, любой человек может достигнуть чего - либо значительного в жизни, если он будет постоянно развивать свою память и мышление (на ее базе). Более того, в любой эмоциональной сфере деятельности (поэзии, политике, музыка и шахматах) без уникальных свойств памяти не обойтись. И это связано не только с тем, что поэты помнят свои стихи, а музыканты свои музыкальные произведения. Это связано в первую очередь с тем, что эмоциональный фон, на котором делались великие (и не очень) произведения, долго сохраняется, помнится и реверберируются. Любой творческий человек, воспроизводя свои произведения, хорошо помнит эмоциональных фон, на котором возникло это творение. Без эмоциональной окраски памяти (участия мигдалы и гипоталамуса, как мы будем говорить об этом ниже) невозможна многократная реверберация и длительное запоминание. Нейрофизиологические и психофизиологические аспекты запоминания имеют такую глубокую основу, что они даже определяют и состояние ФСО человека в момент запоминания и воспроизведения информации. Например, для средней полосы России сравнительно недавно установлена закономерность корреляции между успеваемостью ученика и состоянием его кардио — респираторной системы (КРС) [45]. Первично ли особое (фазическое) состояние ФСО и особое состояние памяти, мышления и внимания у учащихся, успевающих на "5" и "4" - это вопрос для изучения биокибернетиками, физиологами и психологами. Для нас сейчас важно установить наличие взаимосвязей между показателями ФСО (КРС, в частности) и показателями памяти, мышления, внимания. Установить количественные закономерности таких корреляций в соотношении с успеваемостью учеников и их потенциальными интеллектуальными-возможностями в аспекте индивидуального подхода при оценке деятельности каждого ученика, класса и школы в целом. В решении этих непростых задач особое внимание будет нами уделяться показателям памяти и мышления (которое основано на качестве мнемических функций) в аспекте компартментно - кластерного подхода. Объясняется это тем, что компартментно - кластерная теория биосистем (ККТБ) и нейросетей (НС) мозга, в частности, достигла особых успехов в связи с возможностями моделирования и идентификации состояния НС при различных условиях жизни и развития ФСО организма в целом [37, 43]. Однако, прежде всего рассмотрим основные понятия и закономерности в изучении мнемических функций мозга человека и основанных на этих функциях некоторых других свойств мозга (например, мышления). Накопление, хранение и обработка информации - общее свойство нейронных сетей. Биологическое значение этих процессов для адаптации поведения живого организма в окружающей среде играет очень большую роль. Без способностей к научению и памяти ни отдельная особь, ни вид в целом не могли бы выжить, т.к. в этом случае нельзя планировать целесообразные действия и специально избегать ошибок. В настоящее время доказано, что в нашей памяти откладывается (регистрируется) вся информация, поступающая от интеро - и экстерорецепторов [10, 55, 102]. Однако только очень небольшая часть информационного потока, явлений, может быть осмысленно воспроизведена. Большая часть накопленной нами информации нам недоступна из-за неумения произвольно стимулировать НС и забывается. Вообще, без отбора информации и ее систематизации мы бы увязли под натиском непрерывно поступающих данных. Хотя в мире существуют примеры людей, которые помнят все (при этом они не испытывают дискомфорта) [77,78]. Как известно, единицей структуры памяти в современных представлениях является энграмма и в психофизиологии сложилось понятие энграммы, как следа памяти сформированного в результате обучения. Описание энграммы может быть выполнено по 3 параметрам: 1) динамике развития процессов, приводящих к становлению следа;- 2) параметру состояния энграммы, характеризующему ее готовность к воспроизведению; 3) по устройству энграммы, которое характеризует механизмы лежащие в основе ее создания. Три выше перечисленных аспекта описания энграммы составляют основу трех направлений в изучении памяти, т.е. к ним относятся: 1) принцип временной организации памяти, а также описание динамики формирования в определениях кратковременного и долговременного хранения информации; 2) исключается временной компонент создания энграммы и оценивается степень ее готовности к воспроизведению; 3) анализируются нейронные и молекулярные механизмы памяти [66,78,102]. В последние годы исследователей памяти привлекает гипотеза, которая основана на объективных нейрофизиологических подходах [70, 102]. В них энграмму следует рассматривать как многонейронную систему, в которой хранение информации осуществляется за счет временных и пространственных межнейронных связей со стабильно повышенной эффективностью синаптической передачи, т.е. поддержания памятного следа выше " порога считывания". В основе таких процессов, лежат изменения хемореактивных свойств нейронов, вовлекаемых в формирование энграммы.

Функциональные системы организма (ФСО) и корреляция их показателей с психофизиологическими функциями

Еще И.П. Павлов отмечал, что психические процессы "теснейшим образом связаны с физиологическими явлениями, определяя целостную работу органа". Учение И.П. Павлова о высшей нервной деятельности позволило объяснить механизмы поведения животных, а затем и человека (в ряде случаев) на основе физиологических подходов и методов. Фактически, этот российский физиолог был один из первых, кто активно внедрял кибернетические подходы, методы системного анализа в физиологию и психологию, в частности, при изучении условных рефлексов (УР).

Объясняя механизмы приспособительного поведения, он отмечал, что в них нет ничего "кроме точной связи элементов сложной системы между собой и всего их комплекса с окружающей обстановкой" [6, 78]. Развивая методы изучения УР, формируя основы современной теории "черного ящика" и бихевиористического подхода, И.П. Павлов формировал и основные принципы познания физиологических и психических систем.

П.К. Анохин пошел дальше в этом направлении, отделив главенство стимула от решения биосистемы в ответ на этот стимул [6]. Он впервые показал, что состав и характер интеграции исполнительных механизмов в поведении биосистемы (равно как и подсистем целостного организма), определяется не стимулом (предшествующим и запускающим поведенческий акт), а конкретным результатом, который получается в результате поведенческого акта. Анализ частных вегетативных и соматических функций, входящих в целостную интеграцию поведенческого акта, показал П.К. Анохину, что они организованы не по принципу рефлексов, а как функциональные системы, компоненты которой вовлекаются в ее работу с целью получения запрограммированного результата. При этом поведенческий акт реализуется как огромная иерархия функциональных систем организма. Работами П.К. Анохина и его учеников было показано, что целостная деятельность организма осуществляется при избирательной интеграции многих частных физиологических механизмов в единую ФСО. При этом принципы формирования таких ФСО, отбор механизмов и элементов ФСО координируется конечным результатом деятельности системы. Существенно, что в целостной системе реализуются процессы, которые имеют более высокий уровень организации, а их деятельность не сводится к частным механизмам. Последнее является ключевым принципом деятельности любой системы, являющийся объектом изучения в системном анализе.

Широта и общность понятия ФСО настолько велики, что с одной стороны мы говорим о существовании многих ФСО на различных уровнях организации биосистем (организма, в частности). С другой стороны, понятие ФСО выходит далеко за рамки изучения отдельного организма. Например, сейчас мы говорим о целенаправленном поведении многих биосистем, основной результат которых - биологическое выживание. В этом аспекте любой полезный приспособительный результат направлен в конечном итоге на выживание и имеет эволюционные аспекты. В этой связи можно сказать, что теория ФСО связана и с теорией эволюции, т.е. имеет фундаментальный характер.

Системный подход обозначил общие элементы в психической и физиологической деятельности организма. В частности, для понимания механизмов психической деятельности нельзя изучать и рассматривать процессы изолировано, как цепь простых событий. Необходимо помнить, что любой процесс может быть рассмотрен и проанализирован как система элементов. Однако, в свою очередь сам изучаемый процесс может быть рассмотрен как элемент системы более высокого порядка, как некоторая подсистема. Это значит, что любое рассмотрение явления или процесса должно производиться в рамках связи между другими системами, средой, между элементами самой изучаемой системы. При этом надо всегда помнить, что изучение свойств или функций отдельных элементов не в состоянии раскрыть свойства всей системы. Для изучения ФСО очень важно понимать, что процессы в биосистемах протекают во взаимосвязи со средой и сами эти биосистемы должны обладать прогностическими свойствами, т.е. работать на опережение. Иначе биосистема не сможет выжить в постоянно изменяющихся условиях внешней среды. Существенно, что влияние элементов ФСО направлено на поддержание гомеостаза, на достижение общего приспособительного результата. При этом сами системы управления обеспечивают некоторые оптимальные для гомеостаза режимы функционирования ФСО и гомеостаза в целом [115].

А.А. Ухтомский ввел понятие степеней свободы системы, которые сейчас - трактуются - как способы функционирования биосистемы,- которые обеспечивают приспособительный результат [119]. Это значит, что элементы биосистемы функционируют в аспекте достижения цели всей системы. Поэтому для элементов биосистемы остаются только те степени свободы, которые ведут к выживанию всей системы. Одновременно и сам результат системы как бы "отбирает" те элементы, которые обеспечивают необходимые степени свободы.

В этом аспекте психическое рассматривается как интеграция элементарных психофизиологических процессов, объединяемых для достижения цели (результата). Тогда мозг функционирует как некоторая сложная биосистема, на работу которой влияет и различные другие системы (ФСО, например, КРС, НМС). В рамках такого подхода деятельность всего организма (в том числе и психическая деятельность), рассматривается как отношение между подсистемами, элементами сложных систем [39,42].

Автоматизированная система на базе ЭВМ для исследования психофизиологических функций и математические модели потери информации человеком

Изучение особенностей психофизиологических параметров человека в норме насчитывает не один десяток лет [12,22, 24, 25, 93, 140, 131]. Не остается без внимания ученых и изучение этих особенностей при различных патологических состояниях организма человека [52, 53, 62, 72, 83, 96, 103, 135]. При этом используется достаточно большое количество разнообразных методик, которые имеют некоторые различия в зависимости от целей и задач исследований. В настоящее время продолжается разработка и внедрение новых диагностических комплексов с использованием современных достижений науки и техники системного анализа и медицинской кибернетики.

В наших исследованиях была запланирована разработка трех групп методов (тестов), направленных на выявление особенностей психофизиологических показателей. Первая группа связана с применением оригинальной методики, которая позволяет давать качественную и количественную оценку мнемическим функциям испытуемых.

Как указывалось в главе 1 различные психоэмоциональные состояния (стрессы, депрессивные или субманиакальные проявления), которые могут развиться при соматической патологии или самостоятельно, оказывают влияние на функционирование памяти человека. Наиболее ярко это проявляется при экстремальных состояниях, когда организм человека находится в критическом состоянии (на производстве, в больнице и т.д.). При постоянных контактах с бытовыми и промышленными токсинами, которые окружают человека в наши дни (особенно в условиях неблагоприятной экологической обстановки), могут возникать изменения психофизиологических параметров организма. При этом возникает большой интерес к изучению воздействия различных токсических веществ на состояние мнемических функций (алкоголизм, токсикомания, курение).

В наших исследованиях изучались особенности кратковременной (механической) памяти учащихся школ, однако методика применима и к пациентам с хронической алкогольной интоксикацией (при сравнении с контрольной (относительно здоровой) группой). Методика основана на запоминании испытуемыми 20-ти достаточно простых слов в течение 1 минуты. Затем после дополнительной паузы (ещё 1 минута) тестируемый должен воспроизвести все слова, которые запомнил в любом порядке. Такая процедура повторялась 6 раз подряд (шесть итераций). Изначально методика предусматривает, что с ростом числа повторов испытуемый должен запоминать -все большее и большее количество слов (если он их не запомнил все сразу). G другой стороны, если он назвал все 20 слов, то его задача заключается в повторении результата, т.е. не забыть эти слова (здесь играет определенную роль мотивация к запоминанию, внимание и сосредоточенность). Разработка моделей этого процесса и программ ЭВМ в рамках компартментно-кластерного подхода (авторское решение) будет представлено в 3.1. Сейчас же мы кратко остановимся на основных моментах практического (методического) использования моделей и программ ЭВМ для тестирования мнемических функций учащихся.

Все тестирование осуществляется в автоматическом режиме с использованием разработанного оригинального программного продукта на базе ЭВМ. После каждой итерации происходит расчет коэффициентов потери информации а, который характеризует отношение доли забытых (не воспроизведенных) слов к общему числу предъявленных слов. Кроме того, после проведения тестирования (после шести итераций) происходит расчет другого коэффициента к, который мы назвали коэффициентом мнемической реверберации (КМР). Он показывает (характеризует) степень уменьшения коэффициента потери информации а от числа повторных предъявлений п одинаковой информации (в нашем случае набор из 20 слов).

Методика вычисления этих коэффициентов складывается из расчета двух уравнений, которые дают численную характеристику обследуемого. Первое уравнение описывает процесс запоминания нелогической информации (механическое или непосредственное запоминание), которое основано на аппроксимации кривой Г. Эббингауза и имеет вид где I=I(t) - количество информации в момент времени t, dl/dt - соответственно скорость потери информации, а - коэффициент потери информации. Поскольку интервал времени At (через который происходил сбор предъявленной информации) был фиксированным для каждого испытуемого и в каждом тестировании, то разница между количеством предъявленных изначально слов 1о и названными правильно I(t) через время At и характеризовала процесс запоминания.

Корреляция между мотивацией к обучению и возрастными показателями памяти

Последние 10-15 лет в биологии, медицине и естествознании вообще активно развиваются компартментно - кластерные подходы (ККП) в описании биологических динамических систем (БДС). Существует множество примеров успешного применения ККП в описании процессов на разных уровнях организации как живых, так и неживых систем. Достаточно вспомнить компартментно- кластерную теорию строения воды и ККП в описании экосистем и биосферы-в целом [43]. В рамках такого подхода возможно описание не только поведения динамики биосистем, но и идентификация математических моделей динамических процессов, исследования условий возникновения синергизма, точек катастроф или хаоса в БДС. Все это многообразие динамик может быть идентифицировано и представлено в рамках ККП. Такая формализации в описании БДС позволяет не только систематизировать модели, но и давать прогноз развития биосистемы, исследовать покластерно сложные иерархические БДС и на основе идентификации каждого кластера строить сложные иерархические модели БДС. К таким кластерным системам, без сомнения, относят отдельные нейросети мозга млекопитающих да и весь мозг в целом, как сложную нейродинамическую биосистему. Общие принципы моделирования таких нейросетевых БДС уже были изложены довольно подробно в ряде монографий [30,43]. Однако применение ККП к описанию работы всего мозга делается впервые именно в работах сургутской школы биокибернетиков (руководитель проф. Еськов В.М.). Первые аппроксимации в этом направлении и представлены в настоящей работе. Поскольку ККП базируется на известных 8-ми (в общем случае - 9-ти) постулатах [30, 43], то уместно, прежде всего, рассмотреть применимость этих утверждений для описания таких сложных функций мозга, как мнемические функции. Действительно, применение ККП возможно только при условии применимости хотя бы части базовых постулатов из упомянутых выше 8-ми. Однако правомочность такого акта уже сейчас не вызывает сомнений. Становится очевидным, что постулаты о компартментной и кластерной организации нейросетей, обеспечивающих запоминание, не вызывают сомнений. Во-первых, любая сенсорная система состоит из кластеров, содержащих компартменты. Например, зрительная информация сначала поступает к органу зрения (глаз), который содержит несколько слоев сенсорных клеток (наборы датчиков). Эти слои клеток реально образуют компартменты - и - связаны последовательно с афферентными окончаниями. -Афферентные веточки зрительного нерва образуют второй кластер, который последовательно подключается к первому (сенсорному) кластеру. Наконец, нейроны зрительной коры также образуют кластерную структуру со своими внутренними тормозно-возбуждающими связями. Известно, что нейронные поля СА3 гиппокампа (ГКП) обеспечивают процессы кратковременной и долговременной памяти за счет реверберации (поддержание периодической активности) в нейронных сетях (НС) мозга. При этом первый компартмент, состоящий из А-нейронов, активизируется при подаче (первичного) стимула, а нейроны второго компартмента (Т- нейроны) активизируются при подаче повторного сигнала. Одновременно, при подаче повторного сигнала, начинается торможение (отрицательная обратная связь в НС) А-нейронов. Активация и торможение нейронов различных компартментов (первого - А-нейроны и второго Т-нейроны) обеспечивает механизм улучшения запоминания, т.е. перевода информации из кратковременной памяти в долговременную [55,117]. В электрофизиологических исследованиях было установлено, что необходимо 10-15 итераций (последовательных предъявлений входного зрительного стимула и повторение процесса восприятия и запоминания) после чего процессы возбуждения А-нейронов и первоначального неактивного состояния Т-нейронов реверсируются полностью и формируется долговременная память.

Похожие диссертации на Системный анализ и моделирование психофизиологических функций учащихся в условиях Севера РФ