Журнал "Системы Безопасности" № 6‘2023

Ц И Ф Р О В А Я Т Р А Н С Ф О Р М А Ц И Я , И И , И Н Т Е Р Н Е Т В Е Щ Е Й 127 лись процессоры с 32, 64 и даже с 1 024 ядра- ми. Все это подается производителями как стрем- ление к возможному линейному распараллели- ванию вычислений. Формально на процессоре с 1 024 ядрами можно ускорить вычисления в 1 024 раза, если удастся написать программу, равномерно загрузившую все 1 024 ядра. Как этого добиться – вопрос открытый. Чем больше ядер, тем "легче" должны быть связи между ними. Наличие даже одной "тяжелой" связи между двумя ядрами может сильно затормо- зить вычислительный процесс в целом. Бионика связей естественных нейронов живых существ Следует отметить, что парадигма бинарных нейрологических вычислений впервые была сформулирована Питтсом и Маккалоком в 1943 г. [1] и послужила стартом для ряда последующих исследований. В 1949 г. Дональд Хэбб [2] опубликовал первый работоспособ- ный алгоритм обучения искусственных нейро- нов. Еще один значимый шаг сделал нейрофи- зиолог Фрэнк Розенблатт в 1957 г., создавший в Корнуэльской лаборатории аэронавтики пер- септрон. Он же создал первый программный эмулятор нейрокомпьютера "Марк-1" на циф- ровой вычислительной машине IBM-704 в 1960 г. Это оказало огромное влияние на общественное внимание к тематике создания нейрокомпьютеров. Гораздо более быстрыми темпами в 40-х и 50-х гг. прошлого века развивались обычные на сегодня бинарные компьютеры с обычной булевой логикой. К настоящему времени вычис- лительных ресурсов бинарной логики вполне достаточно, однако их возможности значитель- но уступают возможностям естественных вычис- лителей людей и иных живых существ. Так, мы, люди, способны в реальном времени решать 10 000-мерные задачи. У нас и у животных при- сутствуют большие пирамидальные естествен- ные нейроны с 10 тыс. входами (это не гипотеза, а патологоанатомический факт). Во многом теория искусственных нейронов строилась дублированием логики развития бинарных компьютеров. Это обусловлено про- стотой моделирования персептронов и искус- ственных нейронов с непрерывными выход- ными функциями. При моделировании на обычных компьютерах не возникает проблемы обеспечения питания вычисляющих элемен- тов, нет проблемы поддерживания состояний "0" или состояний "1" на выходах обычной булевой логики или на выходе персептрона Розенблатта. Совершенно иная ситуация возникает в живых организмах: естественные нейроны не имеют доступа к общему источнику электропитания. Каждый нейрон вынужден самостоятельно выра- батывать энергию на каждый выходной импульс. Передача данных между естественными нейро- нами живых существ выполняется пачками импульсов [3, 4], как это отражено на рис. 1. Выходной отросток естественного нейрона (аксон) имеет длину в десятки раз больше тела нейрона. Аксоны играют роль длинных "плохих" проводов передачи информации с очень пло- хой изоляцией. Формально естественный ней- рон одновременно выполняет вычисления и параллельно – роль "модема", передающего информацию. Так как проводящие свойства аксонов много хуже проводящих свойств хоро- шо изолированных медных проводов, аксоны нейронов не могут быть слишком длинными. В первом приближении импульсы в аксонах можно рассматривать как реализацию некото- рых протоколов передачи информации "нейро- модемов/электрогенераторов". При этом пере- дача электроимпульсов по медным хорошо изо- лированным проводам может обеспечить ско- рость передачи, близкую к скорости света. Передача информации внутри живых существ по "плохим" проводам аксонов с плохой элек- троизоляцией обеспечивает передачу инфор- мации только с скоростью звука (примерно в миллион раз медленнее скорости света). Концепция нейросетевой молекулы, преобразующей высокоразмерный входной континуум в дискретный спектр выходных состояний Заметим, что если бы была верна бинарная гипотеза Питтса – Маккалока [1], то физиологи могли бы наблюдать только отклики бинарных естественных нейронов. В этом случае нейроны должны выдавать один импульс, соответствую- щий состоянию "0", либо должны выдавать два импульса, соответствующие состоянию "1". Физиологи же наблюдают пачки импульсов [3] на аксонах естественных нейронов (на рис. 1 изображена пачка из двух импульсов и пачка из пяти импульсов). То есть, оставаясь в рамках парадигмы Питтса – Маккалока [1], мы должны констатировать то, что логика естественных ней- ронов является Q-арной, а не бинарной. Переходя к замене бинарной нейрологики Q-арной нейрологикой, мы вынуждены заме- нить в модели естественного нейрона Питтса – www.secuteck.ru декабрь 2023 – январь 2024 Рис. 1. Естественный нейрон одновременно является и вычислителем, и "модемом" передачи данных по длинной линии – аксону (импульсы – это вынужденный прием, являющийся следствием отсутствия "батареек" внутри "нейромодема") Рис. 2. Представление естественных нейронов в виде программной нейромолекулы, воспроизводящей эффект континуально-квантового перехода на микроуровне