НЕЙРОКОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ОНТОГЕНЕЗА ИНТЕЛЛЕКТА РЕБЕНКА ОТ 0 ДО 15 ЛЕТ

Цыганков В.Д.

НПК БИОМЕДИС (Москва)

Аннотация

Настоящее повествование имеет своей целью глубже осознать проблему сознания и внутренние нейрофизиологические и психологические механизмы возникновения сознательного поведения.

Целью настоящего исследования является попытка уловить момент, стадию, период, когда у ребенка зарождается сознание и самосознание. Нейрокомпьютерное моделирование позволяет глубже понять внутренние механизмы морфологического созревания нейронных структур мозга в процессе развития интеллекта, а также момент проявления первых признаков сознания у ребенка. Стадийность развития интеллекта в онтогенезе проявляется оперативно в реальном масштабе времени в реализации познавательных функций - функциональных инвариант: адаптации, ассимиляции (Асс) и аккомодации (Акк).

Сформулирована гипотеза о «золотом равновесии» между Асс и Акк в процессе интеллектуальной адаптации по Ж.Пиаже.

Отношения между Асс и Акк как возможный алгоритм нейрокомпьютерного управления и модель взаимодействия в коллективе роботов - дронов или беспилотных летательных аппаратов (БЛА).

https://www.facebook.com/alimov.denis/posts/1262113933815960

1.Вместо предисловия

Дружба АМУРА и ТИМУРА как равновесный процесс

довербальной социальной интеллектуальной адаптации по Ж.Пиаже

Настоящее повествование имеет своей целью глубже осознать проблему сознания и внутренние нейрофизиологические и психологические механизмы возникновения сознательного поведения. Эпистемология как учение о знании и, в частности, генетическая психология Ж.Пиаже [1], экспериментально доказывают существование холизма или целостности и взаимосвязанности познающих структур как функциональной системы мозга.  С помощью этой системы организм организует окружающий внешний мир (ассимилирует его) и действует (аккомодирует себя) соответственно в нем. Познание – это гибкий и пластичный, но устойчивый по структуре во времени процесс развития интеллекта без стресса. Это богатая, по - Пиаже, или систем активных действий, направленная для достижения адаптации или равновесия.

Сытые, по своей природе хищник АМУР (А) и жертва ТИМУР (Т), в ограниченном пространстве. Поэтому «Закон Вольтерра» здесь неприменим.

Нейропсихология дружбы животных разных видов. Пищевая и защитная мотивация в функциональной системе мозга.

Наш знаменитый российский нейрофизиолог академик П.К.Анохин еще в 1935 году вскрыл нейрофизиологические механизмы адаптации и компенсации нарушенных функций и разработал теперь всемирно известную «Теорию функциональной системы мозга» [2]. Другими словами, он вскрыл внутренние функциональные нейронные механизмы самолечения организма и возвращения его в состояние нормы или здоровья.

 Пища реальная и «пища виртуальная».  Два типа раздражителей и реакций на них по А.Ухтомскому. Три фазы стресса как адаптационного синдрома по Г.Селье.

Ассимиляция (Асс) и аккомодация (Акк) как Созидание и Разрушение, их динамические взаимоотношения по «принципу доминанты» А.Ухтомского (рис. 1).

   

Представим (рис. 2) себе вариант взаимодействия двух наших друзей А и Т обратный рассмотренному на рисунке 1. Пусть теперь среда S представляет собой пищу П, которую организм Ро должен при взаимодействии ассимилировать, усвоить и включить в свои познающие нервные структуры, изменив свое исходное состояние на Ро’. Пища П в раннем возрасте может в процессе игры быть виртуальной, а не реальной, и ассимилируется по тем же законам, что и обычная пища, т. е. П à П’; Ро à Ро’. 

На фото ниже слева ТИМУР доминирует, т.е. ассимилирует АМУРА как виртуальную пищу, и тот, в свою очередь, вынужден себя аккомодировать перед ТИМУРОМ. Справа на фото животные поменялись ролями. 

        Теперь справа АМУР лидер!    

Процессы Асс и Акк можно представить на рисунке ниже в виде динамического взаимодействия информации или энергии ячеек, расположенных цепочкой в виде двух слоев или информационного n-атома нейрокомпьютера. Затемненные ячейки наполнены энергией или «знаниями» - это «1», а светлые – это «0» или ячейки, потерявшие энергию.

Верхний слой ячеек S представляет внешнюю среду, а Ро – внутренняя среда. Имеется четыре вида пар  (S/Po): пассивные, энергетически уравновешенные (1/1), ассимилирующие активные (1/0), пассивные истощенно уравновешенные (0/0) и аккомодирующие активные (0/1). Между внешней и внутренней средой или между двумя особями-организмами А и Т возможны три вида реакций на раздражитель: активное движение на раздражитель и его ассимиляция, пассивная или активная аккомодация, защита, бегство или суппорт, замирание от страха. Ниже показаны три вида активности (по А.Ухтомскому) наших друзей или взаимодействия ячеек в информационном 10-атоме.

 

Это процесс развития в растущем организме и созревания в нейроморфологическом субстрате мозга познающих структур, которые нуждаются в питании.

Эволюция отношений А и Т.  Ранний игровой период, когда созидание превалирует над разрушением, т. е. Асс > Акк. Виртуальное «Пищевое насыщение» игрой или подражанием. Процесс интеллектуальной адаптации по Ж.Пиаже как стремление к динамическому равновесию между ассимиляцией и аккомодацией. Процесс интеллектуальной адаптации представлен ниже на рисунке как процесс взаимодействия Асс и Акк, как это было проиллюстрировано выше.

Синергизм или реципрокность двух процессов или «раскачка» до момента, когда кому-то первому надоест? Роль внешней среды. Довербальная социальная интеллектуальная адаптация в сложной системе (А + Т).

Ж.Пиаже наделяет «перцептивным интеллектом» детей в возрасте от 7 до 11 лет, который проявляет себя как наличие представления о мире вещей, событий и своих собратьев, а также умение действовать в таком внешнем мире. В этом возрасте структура интеллекта уже сформирована. Однако это невербализованный, целесообразный интеллект. Результаты его нейрокомпьютерного моделирования приведены ниже.

Познающие структуры мозга и мышечной системы планомерно применяются для защиты, нападения, бегства, преследования и т. д. Активность А и Т взаимно направленная и взаимно обоюдная.

     

АМУР (слева) над пещерой, в которой лежит ТИМУР 

                                                                             Асс (T)  > Акк (А)

Равновесие или довербальная социальная интеллектуальная адаптация (Асс = Акк) между АМУРОМ и ТИМУРОМ

Отношения Амура (А) и Тимура (Т) целесообразно использовать как возможный алгоритм нейрокомпьютерного управления [3] и модель взаимодействия в коллективе роботов - дронов или беспилотных летательных аппаратов (БЛА).

Сколько времени продлится «дружба» хищника и жертвы?

Каков наиболее вероятный прогноз исхода отношения А и Т?

Как нужно вести себя работникам заповедника?

Мнение Д.Рогозина.  «Когда от ТИМУРА останутся одни рожки да ножки, это станет уроком для всех КОЗЛОВ, поверивших в свою исключительность».

                                                                            («Комсомольская правда» от 16.12.2015 г.)

Нейрокомпьютерное моделирование позволяет глубже понять внутренние механизмы морфологического созревания нейронных структур мозга в процессе развития интеллекта, а также момент проявления первых признаков сознания у ребенка.

2.Онтогенетическое развитие интеллекта детей                                                                    от момента рождения до 15 лет

Развернутая схема интеллектуальной адаптации в онтогенезе по Ж.Пиаже представлена на рис. 3.

Рис. 3. Уровни интеллекта в онтогенезе по Ж.Пиаже

Этот отрезок времени жизни ребенка разбит  Ж.Пиаже [1] на четыре периода:

I-Сенсомоторный период (С-М) от 0 до 2-х лет. Он, в свою очередь, делится на 6 универсальных стадий:

II-Подготовка к организации конкретных операций с 2 до 7 лет. От также состоит из 6 стадий.

III-Организация конкретных операций и развитие познающих структур группирования от 7 до 11 лет. Он также состоит из 6 стадий.

IV-Виртуализация предположений, освоение формальных операций, формальная логика и булевское исчисление от 11 до 15 лет. Он также состоит из 6 стадий.

Каждый период или стадия – это по - Пиаже процесс экспоненциального морфологического созревания нейросетевых познающих мозговых структур или схем, в виде постепенного уравновешивания аккомодации и ассимиляции, представляющие собой в комплексе интеллектуальную адаптацию. Он заканчивается дискретным состоянием равновесия, с которого происходит макроквантовый переход на новый уровень развития или созревания.

Шесть универсальных стадий или видов Асс и Акк при                                                      формирования интеллекта в онтогенезе от 2 до 15 лет

1.Репродукционная.

 2.Циркуляционная.

3.Обобщающая.

 4.Опознавательная.

 5.Реципрокная.

 6.Координационная.

Шесть специфических стадий или конкретных свойств познающих Асс и Акк              нейронных структур в Сенсомоторный период (С-М) от 0 до 2-х лет                                                         имеют следующее содержание:

1.Простые рефлексы и наследственные инстинкты от 0 до 1 мес.

2.Накопление опыта сложной координации движений, направленной на себя, от 1 до 4 мес.

3. Циклические блуждающие действия вовне, на предметы и события вне тела, целенаправленное поведение от 4 до 8 месяцев.

4.Преднамеренные целенаправленные действия и использование инструментов и орудий достижения целей, повторное воспроизведение познающих схем в знакомой среде от 8 мес. до 12 мес.

5.Новизна как раздражитель, Воспроизведение старых схем в новой ситуации, цель уже мотивирована от 12 до 18 мес.

6.Создание виртуальных представлений и символических образов, а также сенсомоторных задач для себя, переход в дооперациональное мышление от 18 до 24 мес.

Весь период интеллектуального развития от 0 до 2-х лет можно изобразить в виде взаимосвязанной функционально и морфологически серии ступенчатых функций. А весь в целом период развития интеллекта ребенка до 15 лет модно представить в виде последовательности ступенек экспонент, каждая состоящая из своих 6 стадий (Рис. 4).

Степень интеллектуальной адаптации – это уровень развития или совершенства интеллекта. Его, например, IQ или ряд качественных и количественных показателей.

Стадийность развития интеллекта в онтогенезе проявляется оперативно в реальном масштабе времени в реализации познавательных функций - функциональных инвариант: адаптации, ассимиляции и аккомодации.

Рис. 4. Дискретный процесс интеллектуального развития ребенка

Реальность стадий видны в следующих свойствах: неизменная последовательность стадий, иерархичность по периодам, целостный характер, периоды подготовки и реализации, горизонтальное и вертикальное расклинивание, расслоение. Это особенно отчетливо видно на рис. 5 и 6. На разных стадиях имеются повторяющиеся сходные формы.

Неизменная квантованная последовательность 6 стадий, генетический ряд имеет не интервальный, а порядковый характер, который, в свою очередь, зависит от уровня развития интеллекта, т. е. от одного из 4 периодов. 

Целью настоящего исследования является попытка уловить момент, стадию, период, когда зарождается сознание и самосознание. И что первично, что раньше проявляет себя, сознание (СО) или самосознание (ССО)?

3.Гипотеза о «золотом равновесии» между Асс и Акк

Всякая мысль, в том числе и вербализированная,  - это идея или динамическое представление, т.е. образ как целостная организованная структура, как объект мозговой виртуальной манипуляции. Для этого необходима многомерная память как субстрат мышления и сознания. Каковы же должны быть оптимальные соотношения между ассимиляцией Асс и аккомодацией Акк при их координации в процессе интеллектуальной адаптации? Можно предложить следующую гипотезу.

Так как динамика развития интеллекта представляет процесс уравновешивания вида Ад = (Ас ß à Акк) или Ад - адаптации взаимодействующих фундаментальных биологических процессов Асс и Акк.  В природе такой точкой гармоничного равновесия является «золотое сечение» или «золотая пропорция», математически строго описываемое двумя уравнениями А + В = 1 и А² = В. Если ввести следующие обозначения А = Асс, В = Акк, 1 = Ад, то точку процесса гармонического уравновешивания или «интеллектуальной адаптации» (по Ж.Пиаже) в развитии интеллекта можно представить в виде следующей системы уравнений

Ад = Асс + Акк    (1),

(Асс)² = Акк          (2).

Количественно это Ад = 1, Асс = 0,618, Акк = 0,382, т. е. Асс или процесс усвоения интеллектуальной пищи «1», знаний стабильно доминирует (по А.Ухтомскому) в ходе развития интеллекта.

Известно из генетической теории Ж.Пиаже три вида равновесия:

а).Доминирование частей за счет деформации и разрушения целого Акк > Асс.

б).Доминирования целого «Я» над частями, абсолютное, общее подчинение, ассимиляция их как пищи при синтезе, формировании морфологии познающих структур при созревании целого Асс >> Акк.

в).Надежное, устойчивое состояние гармоничного равновесия Ас ß à Акк сохранения частей и целого.

Равновесие типа в) – это динамический вероятностный стохастический экспоненциальный процесс адаптации Ад, описываемый уравнением (1) при условии (2).

В нашем 10-ти канальном информационном атоме нейрокомпьютера этому условию соответствует следующее равенство 6Асс + 4Акк = 10Ад и, при равном соотношении активных |J|≠ 0 и пассивных n_o каналов 5(|J|≠ 0) = 5n_o , распределение энергии «1» по каналам будет следующим

6Асс = (1/0)(1/0)(1/0)(1/1)(1/1)(1/1) + 4Акк = (0/1)(0/1)(0/0)(0/0) = 10Ад.

4.О четырех психических типах человека

Самая распространенная классификация психотипов была создана Гиппократом. Он делил людей на 4 типа в зависимости от преобладания в организме человека одного из элементов – крови, лимфы, желтой желчи или черной желчи. В соответствии с его классификацией люди делятся на сангвиников, флегматиков, холериков и меланхоликов.

Как с позиции нейрокомпьютерной модели могут быть представлены параметры Асс, Акк этих четырех типов, |J| - модуль невязки и  n_o - консервативная генетическая компонента информационного атома. Холерики и флегматики могут рассматриваться как психотипы, находящиеся на противоположных полюсах по оси активности.

Для холериков – превозбужденных напористых личностей присущи близкая к максимальной неуравновешенность или невязка |J| ~ n, а также Асс > Акк. Здесь n – максимальное число каналов информационного атома.

Для флегматиков, пассивных, инертных, упрямых донельзя - прямая противоположность: n_o ~ n, а также Асс < Акк.

Сангвиники находятся в зоне равновесной Асс = Акк по Ж.Пиаже интеллектуальной  

Меланхолики страдают повышенной уязвимостью Акк > Асс и небольшой активностью и инертностью поведения, т.е. n_o > |J|.

5.Нейрокомпьютерное моделирование

Предполагается, что читатель знаком с парадигмой виртуального нейрокомпьютера «ЭМБРИОН» [3]. На рисунках 5 а), б) и рис. 6 представлены графики видов нейронных познающих структур или сетей, которые генерируют программно реализованные модели нейрокомпьютера в процессе взаимодействия и уравновешивания аккомодации и ассимиляции в ходе адаптации. Здесь видна сложная динамика роста морфологии нейронных сетей в процессе развития мозга ребенка.

По оси ординат на рис. 5а) отображаются двоичные коды колонок нейронов групп Y, а на рис. 5б) – двоичные коды колонок нейронов слов Х.

По оси ординат хорошо виды макроквантовые переходы после каждых 6 стадий внутри каждого из 4 периодов развития. Также наглядно виден экспоненциальный ход кривой уравновешивания в процессе интеллектуальной адаптации. Чем выше уровень интеллектуального развития, 13, 14, 15, тем меньше размер макроквантового скачка – ступеньки по сравнению с уровнями 1 – 12. Информация и знания, накопленные на ранних стадиях и периодах развития, от 0 до 12 стадии включаются и используются на более высоком уровне, на стадиях 14 - 24. Модель наглядно отражает макроквантовые скачки – переходы между уровнями развития.

а) НА УРОВНЕ ГРУПП Y

Справа на рис. 5 SM – сенсорная матрица с четырьмя строками – периодами развития интеллекта с все усложняющейся сверху вниз внешней средой, под ней U – Блок Выдвижения Гипотез (БВГ) с 6 стадиями для каждого периода развития, еще ниже Р0 – регистр внутренней памяти информационного 4-атома.

б) НА УРОВНЕ КОДОВ Х

Рис. 5. Нейрокомпьютерная модель интеллектуальной адаптации на эмуляторе Г.Игина

На фотографии экрана дисплея на рис. 6 представлена нейронная сеть, выросшая в нейрокомпьютере, программу эмулирования которого разработал А.Соболев. Здесь белыми овалами представлены колонки и слои нейронов, а вертикальные столбики – уровень активности или возбуждения нейронов, выраженные в средней частоте спайков.

НА УРОВНЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

Рис. 6. Фотография с дисплея работы модели интеллектуальной адаптации                        на нейрокомпьютерном эмуляторе А.Соболева.

Доминирующая активность с начального сенсомоторного уровня (С-М) перемещается через период конкретных операций по стадиям вверх, к уровню формальных операций. Хорошо видно расслоение уровней на подуровни развития нейронных сетей. Сложность нейронной сети прогрессивно увеличивается.

 Морфология нейронной сети регуляризируется к моменту появления целенаправленных будущих поведенческих реакций. Соответствующие структуры мозга уплотняются за счет роста как числа нейронов в сети, так и за счет увеличения количества связей между нейронами.

Столбики фиксируют дискретные моменты макроквантовых состояний равновесия между аккомодацией и адаптацией на каждой из 6 стадий в каждом из 4 периодов.

6.Заключение

Нейрокомпьютерное моделирование позволяет глубже понять внутренние механизмы морфологического созревания нейронных структур мозга в процессе развития интеллекта, а также момент проявления первых признаков сознания у ребенка.

Отношения между Асс и Акк как возможный алгоритм нейрокомпьютерного управления и модель взаимодействия в коллективе роботов - дронов или беспилотных летательных аппаратов (БЛА).

В заключение следует обратить внимание психологов – исследователей на необходимость проведения экспериментов для количественной проверки предлагаемой гипотезы наличия «золотой пропорции» между ассимиляцией Асс и аккомодацией Акк в зрелом 20 - 40 лет возрасте.

Литература

1.Джон Х. Флейвелл Генетическая психология ЖАНА ПИАЖЕ. М. Просвещение. 1967.

2.Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М. Медицина. 1968.

3.Цыганков В.Д. Виртуальный нейрокомпьютер «ЭМБРИОН». М. СИНТЕГ. 2005.

модель взаимодействия в коллективе роботов - дронов или беспилотных летательных аппаратов (БЛА).

https://www.facebook.com/alimov.denis/posts/1262113933815960