Нейронные вычисления

Нейронные вычисления — это обработка информации, выполняемая сетями нейронов . Нейронные вычисления связаны с философской традицией, известной как Вычислительная теория разума , также называемой компьютерализмом, которая выдвигает тезис о том, что нейронные вычисления объясняют познание . Первыми, кто предложил рассматривать нейронную активность как вычислительную, были Уоррен Маккаллок и Уолтер Питтс в своей основополагающей статье 1943 года « Логическое исчисление идей, имманентных нервной деятельности».

Существуют три основные ветви компьютерализма, включая классицизм, коннекционизм и вычислительную нейробиологию . Все три ветви согласны с тем, что познание — это вычисление, однако они расходятся во мнениях относительно того, какие виды вычислений составляют познание. Традиция классицизма считает, что вычисления в мозгу являются цифровыми, аналогичными цифровым вычислениям. И коннекционизм, и вычислительная нейробиология не требуют, чтобы вычисления, реализующие познание, обязательно были цифровыми. Однако эти две ветви сильно расходятся во мнениях относительно того, какие виды экспериментальных данных следует использовать для построения объяснительных моделей когнитивных явлений. Коннекционисты полагаются на поведенческие данные для построения моделей, объясняющих когнитивные явления, тогда как вычислительная нейронаука использует нейроанатомическую и нейрофизиологическую информацию для построения математических моделей, объясняющих познание.

При сравнении трех основных традиций вычислительной теории разума, а также различных возможных форм вычислений в мозге полезно определить, что мы подразумеваем под вычислениями в общем смысле. Вычисления — это обработка информации, также известной как переменные или сущности, в соответствии с набором правил. Правило в этом смысле — это просто инструкция по выполнению манипуляции с текущим состоянием переменной для получения заданного результата. Другими словами, правило диктует, какой вывод следует производить при определенном входе в вычислительную систему. Вычислительная система — это механизм, компоненты которого должны быть функционально организованы для обработки информации в соответствии с установленным набором правил. Типы информации, обрабатываемой вычислительной системой, определяют, какой тип вычислений она выполняет. Традиционно в когнитивной науке предлагалось два типа вычислений, связанных с нейронной активностью, — цифровые и аналоговые , при этом подавляющее большинство теоретических работ включало цифровое понимание познания. Вычислительные системы, выполняющие цифровые вычисления, функционально организованы для выполнения операций над строками цифр в зависимости от типа и местоположения цифры в строке. Утверждалось, что передача сигналов нейронных импульсов реализует некоторую форму цифровых вычислений, поскольку нейронные спайки можно рассматривать как дискретные единицы или цифры, например 0 или 1 — нейрон либо запускает потенциал действия, либо нет. Соответственно, последовательности нейронных спайков можно рассматривать как последовательности цифр. Альтернативно, аналоговые вычислительные системы выполняют манипуляции с недискретными, неприводимо непрерывными переменными, то есть объектами, которые непрерывно изменяются в зависимости от времени. Такого рода операции характеризуются системами дифференциальных уравнений.

Нейронные вычисления можно изучать, например, путем построения моделей нейронных вычислений .

Этой теме посвящен научный журнал Neural Computation .

Искусственные нейронные сети (ИНС) — это область исследований в области машинного обучения . Работа над ИНС в некоторой степени была вдохновлена ​​знаниями о нейронных вычислениях.