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神经网络与高级思维2007(2)|论文资源库

神经网络与高级思维2007(2)
作者:未知 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2008-6-23

2、 认知

 

有一个低等生物海兔的记忆试验:海兔本身具有被触摸(水管部分)后的鳃缩反射,但连续十几次的刺激后,鳃缩反应就逐渐减慢.经过研究发现,海兔的习惯化是由于神经递质发生变化所致.进一步的研究发现这种变化是突触中的感觉神经元的Ca离子门关闭,导致递质的释放量减少所致.上述试验说明简单的记忆与神经递质和突触有关.又如大鼠的大脑皮质切除试验:用迷宫训练大鼠,如果大鼠学会并记住顺利走出迷宫的道路后,切除它的大脑皮质,记忆就会消退.不论切除的是大脑皮质的哪一部分,总是切除的多,记忆消退的多;切除的少,记忆消退的就少。

首先,认知通常强调的是结果,是神经网络定型后的结果。神经网络的定型过程就是认知的建立过程,也就是生物个体的学习过程,它同时表现了出生物的记忆过程。定型好的神经网络对触发信息的处理过程即反射过程,就是记忆的提取过程,也正是通过这一过程反映出了认知的存在。

生物个体对客观事物的认知可以解释为:客观事物在主观意识中形成了表象,并且该表象与一系列的活动(生理的或心理的)相联系。换句话说,某一客观事物的信息如果经过大脑处理能够引发出一系列的动作(这是一种反射现象,符合前面对反射的定义),我们就可以说对这一事物已经认知了。

行为主义与符号主义中对认知建立过程中所显现出的记忆现象都有很详细的类别划分,其中每一种记忆类别都仅与一种认知的建立模式相对应。所以,与其用记忆类别来划分还不如用认知类别来划分更为合理,在这里由于篇幅所限,我仅将认知简单概括为以下三种类别:物体认知、事件认知以及两种认知的衍生产物抽象事物认知。

a、 物体认知

感受外界客观环境最简单的办法是通过感官直接去“接触”物质对象,并通过大脑处理,并最终导致一个或一系列的结果,这种因果过程就是对客观物体的认知。如:看到一个苹果,我们产生了拿的动作,同时也可以产生许多其他的动作如激活色彩感觉中枢、激活味觉中枢等等,当可以有这些动作产生时,就完成了对苹果的认知。

下面我们将详细讲解神经网络对物体认知的描述。

一个输入集合I(触觉、视觉等的感应细胞构成的集合或是处于某一层次上的神经元集合)对之内两个不同区域(A、B)的刺激做出相应Y与X两种不同反应的神经处理过程, 如图2。


图2的a、b、c为三种AB可能存在的输入情况。图2a中A、B分别对应Y、X,神经链路没有重叠,刺激A时得到Y的输出,刺激B时得到X的输出,结果不会出现问题,请注意:带有方向的黑线只是代表逻辑上的链路,在实际中,链路与链路之间有质的区别,这里只做简单的等价说明,用数量表示质量。图2b中A、B间有了交叉,在处理过程中,当A受到刺激会产生Y的输出,同时会有三条逻辑链路去刺激X,但做为X的全部决定因素,这三条相比从B到X余下的空闲联络,只占很小的一部分,它们还不足以激活X,所以分别刺激A、B仍然会得到正确的输出。对于X这种在某一层次上的输出神经元来说,是否能被激活,主要取决于所有处于不同状态的输入链路的能量对比,在这里能量被量化为逻辑链路的数量,这样每个神经元对值的判断则等价为判断处于激活状态的逻辑链路数是否过半。此类神经链路就是兴奋类传导神经网络,单纯采用此类神经链路的系统只需要根据相应刺激感受区域是否有刺激发生,就可以得出正确的输出结果,但是在图2c中,刺激区域A包含着B的情况下,如果刺激B区会有正确输出X,然而如果刺激A区则会出错,Y与X会同时有效,这时我们就需要一种链路来阻止这种错误的发生,这就是抑制类神经链路,如图2c中的虚线箭头所示,抑制类逻辑链路只起到冲减、抵消兴奋类逻辑链路数量的作用,使得X在冲减后的兴奋链路合计数小于阀值,从而达到唯一正确输出Y得目的。

在图2中列举的神经网络认知模式中,虽然只涉及到了输入与输出,但在两者之间已经包含了计算的成分,或是说承担了传递计算的功能,此外不难发现:能够对某一物体认知,必须要首先区分开其他物体,尤其是符合图2c中的情况,物体间的差异正好可以满足这一需求。这样,即使是从同一个感官传来的信息,也能做到很好的区分。

当认知的对象较为复杂时(如苹果),对象包含有各种各样的属性,其中的每一种属性的响应过程,在局部都遵循着反射的定义。当在某一时刻,与苹果相关的各种属性的神经子网络被大部分激活时,苹果的表象就成了焦点。更确切的讲是,感官捕捉的信息在传递的过程中,经过了代表各种属性的神经子网络,一些属性因条件不满足而停止传递,最后由可以通过的(即被确认的属性)神经子网络继续向后传递,最后再引发一系列的动作,其中反射可以指局部的传递(单个属性的确认),也可以指整个传递过程(看到苹果后,可以去拿可以去想等等)。

苹果在人脑中形成的表象,其实就是指感官根据苹果实物产生的电信号所能经过的神经链路,神经链路与神经网络的关系相当于行走路径与公路网的关系。此外其他的神经区域输出的电信号如果在传递过程中也能引发出与前面提到的“苹果神经链路”相同或相似动作或是功能的话,也可以说是形成了苹果的表象,这种现象可以使我们认知客观世界不存在的事物或个体自身从未接触过的事物。

b、 事件认知

任何事物在一段时间内发生了变动,在这里都可以被称之为事件。因果关系同样也具备事件的属性,如果能深入分析一下各种事件的过程,基本上都能找到因果关系的影子。在前面对物体的认知中,我们知道了神经网络认知物体是以因果关系的方式建立的网络链路,为了不引起混淆,下面以因果关系为认知对象的,我们用事件来代替,对事件的认知过程,近似于对物体的认知过程,相当于把事件等同于物体,由于事件具有时间性,所以神经网络就必须能够处理时间问题。

神经元的形状各异,轴突有长有短,且对信息的加工时间与传递速度也各不相同,这样对同一起点不同的传递路径,信息的传递速度可能不同。还以图2为例,现在假设每一个箭头除了代表一个神经元连接外,还代表一个单位传递时间,当首先刺激A区后并在第二个单位时间内刺激B区,将两次触发过程当作一个事件,导致一个输出Y;同法当先刺激B区,然后在刺激A区时会有另一个输出X ,如图3

根据这种通过神经链路上神经元个数进行延时的方法,任何处于时间片段上的信息都可以被处理。我们再举个更加复杂的例子,单输入神经元网络对摩尔斯电码的识别与重现。

   假设输入神经元为A,按严格的尔斯电码规则来刺激该神经元,最后由神经网络得出字符序列,如图4


当A收到刺激信号时,将信号广播给不同的识别群体,图4中只给出了其中的一个网络群体,给出的这个群体只能认识字符“b”即电码“—…”。为了简化说明,图4中舍弃了每个神经元的其他输入输出链路以及相关的抑制链路,所以图中的每一个指向神经元的箭头均存在着“与”的逻辑运算关系,在

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