Cerveau. Mémoire holographique. Biologie de l'informatique quantique

Ils disent que pour poser correctement une question, vous devez connaître la plupart de la réponse. La principale question qui est généralement posée sur le cerveau est de savoir comment il fonctionne et quels sont les principes de son travail? La question est bonne et tout à fait correcte. Mais supposons que nous ayons réussi à trouver "l'essentiel de la réponse". Supposons qu'une théorie soit apparue qui décrive exclusivement de manière plausible le fonctionnement du cerveau. Quelle question sera désormais «correcte»?

Je développe un modèle que j'appelle wave pattern. Il me semble que finalement, il a été possible de comprendre pleinement comment fonctionne le cerveau. Bien sûr, c'est ma conviction personnelle, et elle est certainement biaisée et biaisée. Mais maintenant, ce n'est pas ça. Il y a quelques jours, il m'est arrivé de parler du modèle d'onde de modèle lors d'un séminaire à l'Institut de physiologie Pavlov. Je suggère de regarder un enregistrement de ce discours à la fin de ce post. La présentation contient beaucoup de nouveautés par rapport aux documents précédents que j'ai présentés sur Habr et Giktaym, et cela peut être intéressant pour ceux qui suivent les progrès de la recherche. Mais il est possible qu'il soit plus intéressant de regarder la présentation à partir de la fin, c'est-à-dire de trouver la réponse à cette très «bonne question».

Permettez-moi de vous rappeler que le modèle à ondes de modèle est une tentative d'expliquer comment le cerveau fonctionne non seulement en décrivant certains algorithmes, mais aussi en montrant comment ils sont biologiquement mis en œuvre. D'une part, cela complique grandement la tâche, car elle limite considérablement la fuite de l'imagination. Mais d'un autre côté, la neurophysiologie donne une énorme quantité d'indices concernant l'architecture réelle du cerveau, qui doivent cependant encore être correctement interprétés. Ainsi, il s'est avéré que non seulement beaucoup, mais tous les principes de base qui sont caractéristiques du cerveau (selon le modèle proposé) sont étonnamment similaires aux lois et principes auxquels obéit le monde physique qui nous entoure. La plupart des idées qui composent la mécanique quantique ont été réalisées dans le cerveau.
L'histoire du modèle lui-même sera dans le discours, et maintenant je vais brièvement énumérer les principales coïncidences:

• L'information se propage à travers l'espace du cerveau en vagues d'activité neuronale. L'onde en même temps n'est pas seulement une perturbation qui se transmet plus loin, mais la propagation d'un certain schéma d'activité, individuel pour chaque concept transmis. Cela peut être facilement imaginé. Souvenez-vous de la vague qui court sur le podium du stade. Tout le monde se lève quand le front d'onde les atteint et s'assoit après une seconde, une autre. Ce n'est qu'une vague. Imaginez maintenant que vous ne devez vous lever que si certains voisins se sont déjà tenus à proximité (par exemple, trois sur vingt sont assis à proximité). Et supposons que vous ayez une liste de combinaisons auxquelles vous devriez répondre. Disons que tout le monde dans le stade a sa propre liste. Ensuite, non seulement une vague solide se déroulera, mais un modèle composé de ceux qui se sont levés, reconnaissant une combinaison de leur liste.Si vous regardez une telle conception à grande distance, nous verrons juste une vague courante. Mais si vous regardez chaque endroit spécifique, vous verrez un schéma de certaines personnes qui se sont levées.

Ce schéma met en œuvre immédiatement trois principes physiques fondamentaux:

1. Dualité onde-particule. Les particules physiques sont à la fois des particules et des ondes. Selon les circonstances, ils peuvent présenter ces deux propriétés. Une onde d'information est une onde si vous regardez sa distribution, mais à chaque endroit spécifique où elle passe, c'est un certain modèle unique (modèle).
2. Principe de Huygens-Fresnel . Chaque endroit de l'espace où le front d'onde a atteint peut être considéré comme une source ponctuelle d'une nouvelle vague. L'ajout d'ondes de toutes les sources nous permet de décrire à quoi ressemblera le schéma de distribution final. Dans la vague d'information, chaque motif est une source de rayonnement ondulatoire (il oblige les voisins qui ne se sont pas encore levés à continuer un motif spécifique).
3. . , . , . , , . , . , , . , , , , .

• La transmission d'informations au sein d'une zone du cortex (ne pas confondre avec les projections entre les zones) ne se produit pas d'un endroit à un autre, mais d'un front d'onde divergeant de la source, qui transporte des informations dans toute la zone. N'importe quel endroit dans le cerveau peut déclencher des ondes d'information, pour cela il suffit de reproduire à cet endroit un modèle d'activité similaire à ce qui s'y produit lorsque l'onde correspondante passe. Ceci est similaire à la façon dont dans le monde physique, les ondes électromagnétiques transportent des informations non pas de manière ciblée, mais dans tout l'espace. N'importe quel endroit dans l'espace peut prendre n'importe quelle vague. Vous pouvez l'exécuter de n'importe où. Les stations de radio diffusent sur l'air afin que potentiellement tout propriétaire de la radio puisse recevoir leurs émissions.

• L'interaction chimique entre les neurones est réalisée en émettant des parties de substances à partir de bulles spéciales - les neurotransmetteurs. Il y a un quantum minimum d'une telle interaction - c'est l'émission d'une bulle avec des molécules. Les bulles (vésicules) ont un nombre constant de molécules, qui est assez strictement maintenu. À l'intérieur de la bulle, il n'y a pas un neurotransmetteur, mais un cocktail de neurotransmetteurs et de neuromodulateurs. Ce cocktail vous permet de distinguer les signaux d'un neurone des signaux d'un autre et de créer un mécanisme simple qui, par la présence d'un certain ensemble de neurotransmetteurs, vous permet de comprendre que tous les neurones nécessaires ont fonctionné.
Dans le monde physique, il y a une unité d'interaction minimale - un quantum. En mécanique quantique, les quantités doivent prendre des valeurs discrètes, c'est-à-dire quantifier. ÀDans le modèle standard, toute la matière se compose de 12 champs quantiques fondamentaux de spin ½, les quanta de ces champs sont des particules de fermion fondamentales. Toutes les autres particules et porteurs d'interaction sont certaines combinaisons de fermions.

• Le cerveau fonctionne avec des concepts qui n'ont pas de signification claire. Par exemple, tout mot dans une langue naturelle a de nombreuses interprétations, selon le contexte. Chaque concept a une plage de valeurs acceptables. Si l'information est décrite par un ensemble de concepts, alors les interprétations possibles sont une superposition de toutes les valeurs possibles pour chaque concept inclus dans la description. Le choix du sens est un choix pour chaque concept inclus dans la description d'une certaine interprétation, tandis que chaque concept capture une certaine valeur du spectre des possibles pour lui. De même, une particule physique peut ne pas être dans des états arbitraires, mais seulement dans des états autorisés, qui forment le spectre des états autorisés. Un système quantique de plusieurs particules a un spectre d'états autorisés, qui est une superposition des états autorisés de ses particules constitutives.Au moment de la mesure, le système quantique sélectionne l'un des états autorisés, chacune des particules prenant un seul état du spectre à sa disposition.

• L'information n'a pas de signification spécifique tant qu'une des interprétations possibles n'est pas sélectionnée. En même temps, on ne peut pas dire qu'il y ait un sens, mais nous ne le savons tout simplement pas encore. Les mêmes informations peuvent être interprétées différemment par différentes personnes ou par une seule personne, mais dans des circonstances différentes.
Le paradoxe Einstein - Podolsky - Rosen ( paradoxe EPR) a à un moment donné soulevé la question de savoir si le système quantique avait un état défini avant le moment de la mesure, mais nous ne le savions tout simplement pas, ou l'état lui-même n'apparaissait qu'au moment de la mesure (interaction avec le système quantique). Plus tard, les inégalités de Bell ont été formulées, sur la base desquelles il a été possible de proposer des expériences qui permettent de vérifier comment il est logique de décrire les phénomènes quantiques: probabilistes ou déterministes. Dans les limites de la précision atteinte jusqu'à présent, il est confirmé qu'une interprétation probabiliste est préférable.

• Les ondes d'information sont les fronts de propagation d'une certaine activité sur les neurones, mais pas une activité totale, mais partielle, c'est-à-dire ayant un certain schéma spatial interne. De plus, ce modèle est unique pour chaque concept d'information. Si vous attribuez un identifiant unique à l'événement (l'hippocampe remplit cette fonction) et le distribuez dans tout l'espace cortical, l'intersection de son motif (le motif identifiant hippocampique) avec les minicolonnes corticales qui composent la description actuelle crée une image d'interférence. On peut se souvenir de cette image en modifiant l'état des grappes réceptives métabotropes. Par la suite, cette image peut être reproduite. De plus, la mémoire de chaque événement n'est pas localisée en un seul endroit, mais distribuée dans tout l'espace du cortex. Chaque endroitparticipé à la description de l'événement retenu, laisse une empreinte d'un fragment de l'identifiant de cet événement. Chaque endroit peut ensuite "se souvenir" de l'un des identifiants stockés et le distribuer sur l'espace du cortex, ce qui peut amener tous les autres endroits où cet identifiant est stocké à "répondre". En conséquence, vous pouvez obtenir la restauration de l'image d'informations d'origine. Cela peut être visualisé comme suit: supposons qu'il existe de nombreux secteurs dans le stade. Chaque secteur est responsable d'un certain concept. Après avoir spécifié plusieurs secteurs, nous avons défini la description actuelle, composée de plusieurs concepts. Tout le monde dans ces secteurs devrait lever la main droite. Commençons maintenant une vague d'informations qui codent l'identifiant de la mémoire actuelle. Tout,celui qui s'est levé et dont la main a été levée dans ce cas devra écrire dans un cahier les secteurs qu'il voit avec les mains levées. Si par la suite l'image des secteurs se répète, alors ils devront se lever. À ce moment, une vague va partir d'eux, portant l'identifiant de cette même mémoire.
L'holographie physique est basée sur le fait que si vous éclairez une plaque photographique et un objet avec deux sources de lumière cohérentes, l'interférence de la lumière de la source et de la lumière réfléchie par l'objet créera une image qui, si vous vous en souvenez, enregistre des informations sur l'ensemble du champ lumineux. Si vous dirigez ensuite la lumière monochrome (de préférence) sur une plaque photographique avec un hologramme, le champ lumineux d'origine sera restauré. Dans ce cas, les informations seront stockées distribuées, c'est-à-dire que chaque section de l'hologramme ne stockera pas sa propre partie de l'image, mais l'image entière.

• Afin de créer un espace pour des tests parallèles d'hypothèses possibles (pour mettre en œuvre le principe du calcul d'un ordinateur quantique), l'auto-organisation spatiale de l'agencement des colonnes de mini-détecteurs a lieu sur le cortex. En raison des zones qui sont formées, chacune vérifie que les mêmes informations d'entrée sont conformes au contexte qui est caractéristique de cette zone. En raison de la nature distribuée de la mémoire, chaque zone a accès au volume de mémoires dont elle a besoin pour fonctionner. L'organisation spatiale elle-même est réalisée sous l'influence de l'expérience réelle et imprime sur elle-même les caractéristiques de ce qui se passe et de ce qui ne se passe pas dans le monde réel. De ce fait, il est possible de ne pas tester toutes les hypothèses combinatoires possibles, mais de se limiter aux seules les plus probables, c'est-à-dire celles rencontrées précédemment.Le principe de base d'une telle auto-organisation est que les détecteurs conceptuels, qui se trouvent ensemble dans l'expérience réelle, devraient être placés ensemble sur l'espace cortical.
Si nous comparons avec le stade, supposons que les gens ne puissent pas voir tous les secteurs à la fois (en vue de lever la main), mais seulement quelques-uns voisins. Pour que les gens puissent voir pleinement la description dont ils ont besoin de se souvenir, il est nécessaire que les secteurs qui peuvent être réunis dans la description soient situés à proximité. Si les descriptions sont des ensembles aléatoires de concepts, alors dans chaque endroit, vous devrez avoir tous les concepts possibles (qu'il sera impossible de tout placer immédiatement dans le quartier). Mais si les descriptions contiennent des régularités, c'est-à-dire que quelque chose est plus commun ensemble, quelque chose de moins commun, alors, en essayant, vous pouvez affecter des concepts aux secteurs de sorte que dans la plupart des cas, les descriptions s'intègrent complètement dans les secteurs voisins.
Pour mettre en œuvre l'auto-organisation, il est nécessaire d'utiliser des mécanismes qui modélisent au niveau des connexions neuronales (inhibition et activation) les principes d'attraction et de répulsion, d'ailleurs, selon plusieurs critères et avec différentes dépendances de la distance.
Dans le monde physique, la matière prend toutes ses formes complexes à travers une auto-organisation spatiale, basée sur l'utilisation d' interactions gravitationnelles, électromagnétiques, fortes et faibles .

• Les principes du comportement humain et animal, ainsi que les principes de la pensée, sont la mise en place de mécanismes d'apprentissage renforcés. L'apprentissage par renforcement est basé sur l'équation de Bellman et le principe d'optimisation de Bellman. L'équation de Bellman est un cas de temps discret d'un plus générall'équation Hamilton-Jacobi-Bellman , ainsi nommée parce qu'elle est un analogue de l'équation Hamilton-Jacobi connue de la mécanique.
Si le stade est très simpliste, imaginez que les gens se souviennent de ce qui se passe, écrivent quelque chose dans un cahier, se souviennent quand cela se répète et se lèvent, lançant ainsi des vagues avec des identificateurs de souvenirs. Les vagues avec ces identifiants sont enregistrées par des personnes spéciales dans les secteurs. En apprenant la vague, ils commandent à tout le monde dans le secteur de lever la main. Ainsi, en vous souvenant de quelque chose au même endroit, vous pouvez restaurer l'image des informations mémorisées dans tout le stade.
Imaginez maintenant que les descriptions codent la position des joueurs sur le terrain et les équipes pour eux. Autrement dit, tous les joueurs (de l'équipe propriétaire du stade) regardent les tribunes et ne font quelque chose que si l'image des mains levées dans les secteurs s'est transformée en une équipe d'action compréhensible. Un tableau d'affichage est suspendu au-dessus du stade. Si l'action s'est avérée réussie, nous avons marqué un but, puis tout le monde dans les tribunes le voit, ils le voient et quand nous avons marqué un but. La bonne chance et l'échec peuvent enseigner aux gens ce qu'il faut retenir et ce qui ne vaut pas la peine d'être rappelé. Pour ce faire, il suffit d'ajuster leurs notes dans le carnet quant à la nécessité de se lever. Il s'agit, en ébauche, d'une formation de renforcement.
Le comportement des systèmes physiques est déterminé par le principe de moindre action ( principe de Hamilton) Les lois qui déterminent le comportement des systèmes dynamiques (à la fois en mécanique classique et en mécanique quantique) dérivent de ce principe (y compris l' équation de Hamilton-Jacobi ).

Les principales analogies, mais pas toutes, sont données, mais elles suffisent à soulever l'inévitable «bonne» question: pourquoi le cerveau est-il si structuré, pourquoi les principes de son fonctionnement ont-ils des analogies aussi étroites avec les lois du monde physique? Plus surprenant, cette question a une réponse très solide.

Le principe dit anthropique est connu depuis longtemps. Son essence est que l'univers qui nous entoure semble être spécialement conçu pour que la vie biologique puisse naître et se développer en elle. Il est connu que si vous changez au moins quelque chose les principes physiques de notre univers ou même modifiez légèrement les constantes physiques, alors la vie dans un tel univers ne se produira jamais. Si nous parlons des principes de base, tout changement de ceux-ci conduit au fait que, très probablement, la matière cessera d'être stable, ni les étoiles, ni les galaxies, ni les planètes ne pourront se former. Des changements plus subtils «tuent» la magie du carbone. Le fait est que toute vie biologique est basée sur la capacité du carbone à former de longues molécules de protéines. C'est la seule substance capable, en combinaison avec d'autres, de créer ces briques dont tous les êtres vivants sont composés.Le moindre changement dans les paramètres de l'univers non seulement prive le carbone de cette capacité, mais conduit également au fait qu'aucune substance ne peut former quoi que ce soit de complexe comparable.

Pourquoi notre univers est-il comme ça? La réponse élégante est donnée par la théorie de la "multiplication des univers" ou comme on l'appelle aussi la théorie de la "sélection naturelle cosmologique". Tout se met en place si nous supposons que notre univers n'est pas unique, mais seulement l'un des nombreux univers qui naissent et meurent, se font concurrence (par exemple, pour la matière) et, surtout, ils peuvent transférer leurs propriétés par héritage. De plus, lors du transfert de propriétés, des mutations peuvent survenir, ce qui peut dans une certaine mesure changer les lois des univers filles. Autrement dit, tous les univers, et donc le nôtre, sont le résultat de l'évolution colossale des univers. C'est effrayant même d'imaginer combien d'autres univers existent et combien de temps cette action évolutive est
Au cours de cette évolution, des univers plus simples et des univers plus simples avec d'autres lois sont apparus, mais nos lois se sont avérées meilleures parce qu'elles pouvaient créer une matière plus complexe et plus compétitive. Nous pouvons supposer que la vie, et en particulier la vie intelligente, est l'un des points clés qui donne aux univers un avantage concurrentiel (si j'ai assez de force, j'écrirai un article sur ce qu'elle contient des idées intéressantes). Par conséquent, notre univers s'est avéré être juste cela, orienté vers l'émergence de la vie.

La théorie de la sélection naturelle cosmologique est particulièrement bonne car, en principe, elle permet une vérification expérimentale. Par exemple, s'il est possible de trouver des mécanismes d'héritage ou des mécanismes de concurrence. Donc, déjà maintenant, Stephen Hawking dit que la distribution inégale de la matière dans l'univers peut être "héritée" de l'univers précédent, qui existait avant le big bang. Il y a l'argument de Smolin sur le rôle des trous noirs comme outil possible pour la naissance de nouveaux univers. Tous ensemble, c'est quelque chose.

Mais mon travail a conduit de manière inattendue à une preuve assez convaincante (du moins pour moi) de la théorie de l'évolution des univers. À propos de l'univers, nous ne pouvons que supposer que c'est le résultat de l'évolution et de la sélection naturelle parmi d'autres univers. Concernant le cerveau, nous savons avec certitude que c'est le résultat de l'évolution biologique et de la sélection naturelle biologique. Le cerveau et l'univers au cours du processus évolutif ont eu des problèmes similaires. Il a fallu que l'Univers crée un mécanisme qui permette l'émergence d'une matière complexe qui réalise des propriétés extraordinaires. Ce mécanisme était la mécanique quantique, qui s'est avérée être des ordres de grandeur plus intéressants que les simples systèmes déterministes. Le cerveau, cependant, devait percevoir et traiter les informations non triviales générées par le monde environnant. Et il s'est avéré que les principes sont similaires à la mécanique quantique,c'est-à-dire que l'utilisation de concepts ambigus et l'opération de choix d'une signification comparable à l'effondrement de la fonction d'onde ont doté le cerveau de capacités qui sont beaucoup plus grandes que les systèmes «déterministes» (comme les machines de Turing).

Cela implique. Étant donné que les principes inhérents au cerveau sont le résultat de l'évolution et de la sélection naturelle, et si les principes inhérents à l'univers sont similaires aux principes utilisés par le cerveau, alors les principes et les lois de l'univers sont très probablement le résultat de l'évolution et de la sélection naturelle.

En fait, maintenant mon histoire raconte comment le cerveau est structuré et comment il met en œuvre des principes similaires aux lois de notre univers au niveau des neurones biologiques.

Source: https://habr.com/ru/post/fr384461/