Презентация к индивидуальному проекту на тему: Компьютер внутри нас. Компьютер внутри нас

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Средняя общеобразовательная школа

с углубленным изучением отдельных предметов №256

Р Е Ф Е Р А Т

по информатике

ТЕМА: Компьютер внутри человека

Исполнитель Руководитель

Шмелёва Михайличенко

Анна Алексеевна Наталия Викторовна

11 «А»

г. Фокино

2006

Оглавление

Введение...............................................................................................3

1. Нейрон – структурная единица ЦНС.....................................................4

2. Принципы кодирования информации в ЦНС..........................................5

2.1. Нейронные механизмы восприятия.................................................8

2.2.Восприятие цвета с позиции векторной модели

обработки информации.................................................................11

вегетативными реак­циями............................................................12

3. Нейронные сети................................................................................14

4. Настоящий компьютер внутри человека..............................................16

Заключение..........................................................................................17

Список литературы................................................................................18

Приложение 1........................................................................................19

Приложение 2........................................................................................21

Введение

Многие исследователи уподобляют нервную систему компьютеру, регули­рующему и координирующему жизнедеятельность организма. Чтобы человек удачно вписался в картину окружающего мира, этому внутреннему компью­теру приходится решать четыре главные задачи. Они являются основными функциями нервной системы.

Прежде всего, она воспринимает все действующие на организм раздражи­тели. Всю воспринятую информацию о температуре, цвете, вкусе, запахе и других характеристиках явлений и предметов нервная система преобразует в электрические импульсы, которые передаёт в отделы мозга - головного и спинного. Каждый из нас обладает «биологическим телеграфом» - в его пре­делах сигналы распространяются со скоростью до 400 км/час. «Теле­графные провода» - корешки, корешковые нервы, узлы и магистральные нервные стволы. Их насчитывают 86, причём каждый разделяется на множе­ство более мелких веточек, и все они «приписаны» к периферической нерв­ной системе (см. Приложение 1, рис.1).

Наш внутренний компьютер обрабатывает поступившие данные: анализи­рует, систематизирует, запоминает, сравнивает с ранее полученными сооб­щениями и уже имеющимся опытом. «Генеральный штаб», обрабатывающий сигналы, подаваемые как извне, так и изнутри тела, - головной мозг. Вер­ный «адъютант» при штабе - мозг спинной ­– служит своеобразным органом ме­стного самоуправления, а также связующим звеном с вышестоящими отде­лами биологического компьютера. Вместе с головным спинной мозг обра­зует центральную нервную систему (ЦНС).

В своем реферате я рассмотрела процессы передачи и кодирования ин­формации, происходящие в нервной системе, с точки зрении информацион­ных технологий, кратко рассказала об искусственных нейронных сетях и о компьютере, способном работать внутри человека.

1. Нейрон – структурная единица ЦНС

Безупречную слаженность нервной системы обеспечивают 20 млрд. ней­ронов (греч. «нейрон» - «жила», «нерв») - специализированных клеток. Четвёр­тая часть нейронов сосредоточена в спинном мозге и примыкающих к нему спинномозговых узлах. Остальные располагаются в так называемом се­ром веществе (коре и подкорковых центрах) головного мозга.

Нейрон состоит из тела (сома с ядром), множества древовидных отро­стков - дендритов - и длинного аксона (см. Приложение 1, рис.3). Дендриты слу­жат в качестве входных кана­лов для нервных импульсов от других ней­ронов. Импульсы поступают в сому, вызывая её специфическое возбужде­ние, рас­пространяющееся затем по вы­водному отростку - аксону. Соеди­няются ней­роны с помощью спе­ци­альных контактов - синапсов, в ко­торых разветвления аксона одного ней­рона под­ходят очень близко (на расстоянии нескольких десятков микронов) к соме или дендритам друго­го нейрона.

Нейроны, размещающиеся в ре­цепторах, воспринимают внешние раздра­же­ния, в сером веществе ство­ла головного и спинного мозга - управляют дви­жениями человека (мышцами и железами), в мозге - связывают чувстви­тельные и двига­тельные нейроны. Последние обра­зуют различные мозговые центры, где происходит преобразование инфор­мации, поступившей от внеш­них раз­дражителей, в двигательные сигналы.

Как же работает эта система? В нейронах происходят три основных про­цесса: синаптическое возбужде­ние, синаптическое торможение и возникно­вение нервных импульсов. Синаптические процессы обеспе­чиваются осо­быми химическими веществами, которые выделяются окончаниями одного нейрона и вза­имодействуют с поверхностью дру­гого. Синаптическое возбуж­дение вы­зывает ответную реакцию нейрона и при достижении определён­ного по­рога переходит в нервный импульс, быстро распространяющийся по отросткам. Торможение, напротив, уменьшает общий уровень возбуди­мости нейрона.

2.Принципы кодирования информации в нервной системе

Сегодня можно говорить о нескольких принципах кодирования в нервной системе. Одни из них достаточно просты и характерны для периферического уровня обработки информации, другие - более сложны и характеризуют пе­редачу информации на более высоких уровнях нервной системы, включая кору.

Одним из простых способов кодирования информации признается специ­фич­ность рецепторов, избирательно реагирующих на определенные пара­метры стимуляции, например колбочки с разной чувствительностью к длинам волн видимого спектра, рецепторы давления, болевые, тактильные и др.

Другой способ передачи информации получил название частотного кода. Наиболее явно он связан с кодированием интенсивности раздражения. Час­тотный способ кодирования информации об интенсивности стимула, вклю­чающего операцию логарифмирования, согласуется с психофизическим за­коном Г. Фехнера о том, что величина ощущения пропорциональна лога­рифму интенсивности раздражителя.

Однако позже закон Фехнера был подвергнут серьезной критике. С. Сти­вене на основании своих психофизических исследований, проведенных на людях с применением звукового, светового и электрического раздражения, взамен закона Фехнера предложил закон степенной функции. Этот закон гласит, что ощущение пропорционально показателю степени стимула, при этом закон Фехнера представляет лишь частный случай степенной зависимо­сти.

Анализ передачи сигнала о вибрации от соматических рецепторов пока­зал, что информация о частоте вибрации передается с помощью частоты, а ее ин­тенсивность кодируется числом одновременно активных рецепторов.

В качестве альтернативного механизма к первым двум принципам кодиро­ва­ния - меченой линии и частотного кода - рассматривают также паттерн от­вета нейрона. Устойчивость временного паттерна ответа - отличительная черта нейронов специфической системы мозга. Система передачи информа­ции о стимулах с помощью рисунка разрядов нейрона имеет ряд ограниче­ний. В нейронных сетях, работающих по этому коду, не может соблюдаться принцип экономии, так как он требует дополнительных операций и времени по учету начала, конца реакции нейрона, определения ее длительности. Кроме того, эффективность передачи информации о сигнале существенно за­висит от состояния нейрона, что делает данную систему кодирования недос­таточно надежной.

Идея о том, что информация кодируется номером канала, присутствовала уже в опытах И.П. Павлова с кожным анализатором собаки. Вырабатывая ус­ловные рефлексы на раздражение разных участков кожи лапы через «ка­салки», он установил наличие в коре больших полушарий соматотопической проекции. Раздражение определенного участка кожи вызывало очаг возбуж­дения в определенном локусе соматосенсорной коры. Пространственное со­ответствие места приложения стимула и локуса возбуждения в коре полу­чило подтверждение и в других анализаторах: зрительном, слуховом. Тоно­топическая проекция в слуховой коре отражает пространственное рас­поло­жение волосковых клеток кортиевого органа, избирательно чувстви­тельных к различной частоте звуковых колебаний. Такого рода проекции можно объ­яснить тем, что рецепторная поверхность отображается на карте коры по­средством множества параллельных каналов - линий, имеющих свои номера. При смещении сигнала относительно рецепторной поверхности мак­симум возбуждения перемещается по элементам карты коры. Сам же элемент карты представляет локальный детектор, избирательно отвечающий на раз­дражение определенного участка рецепторной поверхности. Детекторы ло­кальности, обладающие точечными рецептивными полями и избирательно реагирующие на прикосновение к определенной точке кожи, являются наи­более простыми детекторами. Совокупность детекторов локальности обра­зует карту кожной поверхности в коре. Детекторы работают параллельно, каждая точка кожной поверхности представлена независимым детектором.

Сходный механизм передачи сигнала о стимулах действует и тогда, когда стимулы различаются не местом приложения, а другими признаками. Появ­ление локуса возбуждения на детекторной карте зависит от параметров сти­мула. С их изменением локус возбуждения на карте смещается. Для объясне­ния организации нейронной сети, работающей как детекторная сис­тема, Е.Н. Соколов предложил механизм векторного кодирования сигнала.

Принцип векторного кодирования информации впервые был сформулиро­ван в 50-х годах шведским ученым Г. Йохансоном, который и положил на­чало новому направлению в психологии - векторной психологии. Г. Йохансон по­казал, что если две точки на экране движутся навстречу друг другу - одна по горизонтали, другая по вертикали, - то человек видит дви­жение одной точки по наклонной прямой. Для объяснения эффекта иллюзии движения Г. Йохансон использовал векторное представление. Движение точки рассмат­ривается им как результат формирования двухкомпонентного вектора, отра­жающего действие двух независимых факторов (движения в го­ризонтальном и вертикальном направлениях). В дальнейшем векторная мо­дель была рас­пространена им на восприятие движений корпуса и конечностей человека, а также на движение объектов в трехмерном про­странстве. Е.Н Соколов развил векторные представления, применив их к изучению нейронных механизмов сенсорных процессов, а также двигатель­ных и вегетативных реакций.

Векторная психофизиология - новое направление, ориентированное на со­единение психологических явлений и процессов с векторным кодирова­нием информации в нейронных сетях.

2.1. Нейронные механизмы восприятия

Сведения о нейронах сенсор­ных систем, накопленные за последние десятилетия, подтверждают детекторный принцип нейронной организации са­мых разных анализаторов. Рассмотрим механизмы восприятия в нервной системе на примере зрительного анализатора.

Для зрительной коры были описаны нейроны-де­текторы, избирательно отвечающие на элементы фигуры, контура - ли­нии, полосы, углы.

Важным шагом в развитии теории сенсорных систем явилось открытие константных нейронов-детекторов, учитывающих, кроме зрительных сигна­лов, сигналы о положении глаз в орбитах. В теменной коре реакция кон­стантных нейронов-детекторов привязана к определенной области внешнего пространства, образуя константный экран. Другой тип константных нейро­нов-детекторов, кодирующих цвет, открыт С. Зеки в экстрастриарной зри­тельной коре. Их реакция на определенные отражательные свойства цвето­вой поверхности объекта не зависит от условий освещения.

Изучение вертикальных и горизонтальных связей нейронов-детекторов различного типа привело к открытию общих принципов нейронной архитек­туры коры. В. Маунткасл - ученый из медицинской школы Университета Джонса Гопкинса - в 60-х годах впервые описал вертикальный принцип ор­ганизации коры больших полушарий. Исследуя нейроны соматосенсорной коры у наркотизированной кошки, он нашел, что они по модальности сгруп­пированы в вертикальные колонки. Одни колонки реагируют на стимуляцию правой стороны тела, другие - левой, а два других типа колонок различа­лись тем, что одни из них избирательно реагировали на прикосновение или на отклонение волосков на теле (т.е. на раздражение рецепторов, располо­женных в верхних слоях кожи), другие - на давление или на движение в суставе (на стимуляцию рецепторов в глубоких слоях кожи). Колонки имели вид трехмерных прямоугольных блоков разной величины и проходили через все клеточные слои. Со стороны поверхности коры они выглядели как пла­стины размером от 20-50 мкм до 0,25-0,5 мм. Позже эти данные подтвер­дились и на наркотизированных обезьянах другие исследователи уже на не­наркотизированных животных (макаках, кошках, крысах) также предста­вили дополнительные доказательства колончатой организации коры.

Благодаря работам Д. Хьюбела и Т. Визеля сегодня мы более детально представляем колончатую организацию зрительной коры. Исследователи ис­пользуют термин «колонка», предложенный В. Маунткаслом, но отмечают, что наиболее подходящим был бы термин «пластина». Говоря о колончатой организации, они подразумевают, что «некоторое свойство клеток остается постоянным во всей толще коры от ее поверхности до белого вещества, но изменяется в направлениях, параллельных поверхности коры» Сначала в зрительной коре были обнаружены группы клеток (колонок), связанных с разной глазодоминантностъю, как наиболее крупные. Было замечено, что всякий раз, когда регистрирующий микроэлектрод входил в кору обезьяны перпендикулярно ее поверхности, он встречал клетки, лучше реагирующие на стимуляцию только одного глаза. Если же его вводили на несколько мил­лиметров в сторону от предыдущего, но также вертикально, то для всех встречающихся клеток доминирующим был только один глаз - тот же, что и раньше, или другой. Если же электрод вводили с наклоном и как можно бо­лее параллельно поверхности коры, то клетки с разной глазодоми-нантно­стью чередовались. Полная смена доминантного глаза происходила примерно через каждый 1 мм.

Кроме колонок глазодоминантности, в зрительной коре разных живот­ных (обезьяна, кошка, белка) обнаружены ориентационные колонки. При верти­кальном погружении микроэлектрода через толщу зрительной коры все клетки в верхних и нижних слоях избирательно реагируют на одну и ту же ориентацию линии. При смещении микроэлектрода картина остается той же, но меняется предпочитаемая ориентация, т.е. кора разбита на колонки, предпочитающие свою ориентацию. Радиоавтографы, взятые со срезов коры после стимуляции глаз полосками, определенным образом ориентирован­ными, подтвердили результаты электрофизиологических опытов. Соседние колонки нейронов выделяют разные ориентации линий.

В коре обнаружены также колонки, избирательно реагирующие на на­правление движения или на цвет. Ширина цветочувствителъных колонок в стриарной коре около 100-250 мкм. Колонки, настроенные на разные длины волн, чередуются. Колонка с максимальной спектральной чувствительностью к 490-500 нм сменяется колонкой с максимумом цветовой чувствительности к 610 нм. Затем снова следует колонка с избирательной чувствительностью к 490-500 нм. Вертикальные колонки в трехмерной структуре коры образуют аппарат многомерного отражения внешней среды.

В зависимости от степени сложности обрабатываемой информации в зри­тельной коре выделено три типа колонок. Микроколонки реагируют на от­дельные градиенты выделяемого признака, например на ту или другую ориентацию стимула (горизонтальную, вертикальную или другую). Макроко­лонки объединяют микроколонки, выделяющие один общий признак (напри­мер, ориентацию), но реагирующие на разные значения его градиента (раз­ные наклоны - от 0 до 180°). Гиперколонка, или модуль, представляет со­бой локальный участок зрительного поля и отвечает на все стимулы, попа­дающие на него. Модуль - вертикально организованный участок коры, вы­полняющий обработку самых разнообразных характеристик стимула (ориен­тации, цвета, глазодоминантности и др.). Модуль собирается из мак­роколо­нок, каждая из которых реагирует на свой признак объекта в локаль­ном уча­стке зрительного поля. Членение коры на мелкие вертикальные подразделе­ния не ограничивается зрительной корой. Оно при­сутствует и в других областях коры (в теменной, префронтальной, моторной коре и др.).

В коре существует не только вертикальная (колончатая) упорядочен­ность размещения нейронов, но и горизонтальная (послойная). Нейроны в колонке объединяются по общему признаку. А слои объединяют нейроны, выделяю­щие разные признаки, но одинакового уровня сложности. Нейроны-детек­торы, реагирующие на более сложные признаки, локализованы в верх­них слоях.

Таким образом, колончатая и слоистая организации нейронов коры сви­де­тельствуют, что обработка информации о признаках объекта, таких, как форма, движение, цвет, протекает в параллельных нейронных каналах. Вме­сте с тем изучение детекторных свойств нейронов показывает, что принцип дивергенции путей обработки информации по многим параллельным каналам должен быть дополнен принципом конвергенции в виде иерархически орга­низованных нейронных сетей. Чем сложнее информация, тем более сложная структура иерархически организованной нейронной сети требуется для ее обработки.

2.2.Восприятие цвета с позиции векторной модели обработки информации

Анализатор цвета включает рецепторный и нейронный уровни сетчатки, ЛКТ таламуса и различные зоны коры. На уровне рецепторов падающие на сетчатку излучения видимого спектра у человека преобразуются в реакции трех типов колбочек, содержащих пигменты с максимумом поглощения кван­тов в коротковолновой, средневолновой и длинноволновой частях видимого спектра. Реакция колбочки пропорциональна логарифму интенсивности сти­мула. В сетчатке и ЛКТ существуют цветооппонентные нейроны, противопо­ложно реагирующие на пары цветовых стимулов (красный-зеленый и жел­тый-синий). Их часто обозначают первыми буквами от английских слов: +К-С; -К+С; +У-В; -У+В. Различные комбинации возбуждений колбочек вы­зы­вают разные реакции оппонентных нейронов. Сигналы от них достигают цве­точувствительных нейронов коры.

Восприятие цвета определяется не только хроматической (цветочувст­ви­тельной) системой зрительного анализатора, но и вкладом ахроматической системы. Ахроматические нейроны образуют локальный анализатор, детек­тирующий интенсивность стимулов. Первые сведения об этой системе можно найти в работах Р. Юнга, показавшего, что яркость и темнота в нервной сис­теме кодируются двумя независимо работающими каналами: нейронами В, измеряющими яркость, и нейронами В, оценивающими темноту. Существова­ние нейронов-детекторов интенсивности света было подтверждено позже, когда в зрительной коре кролика были найдены клетки, селективно реаги­рующие на очень узкий диапазон интенсивности света.

2.3.Векторная модель управления двигательными и

вегетативными реак­циями

Согласно представлению о векторном кодировании информации в ней­ронных сетях реализацию двигательного акта или ее фрагмента можно опи­сать следующим образом, обратившись к концептуальной рефлекторной дуге (см. Приложение 1, рис.2). Исполнительная ее часть представлена команд­ным нейроном или полем командных нейронов. Возбуждение командного нейрона воздейст­вует на ансамбль премоторных нейронов и порождает в них управляющий вектор возбуждения, которому соответствует определенный паттерн возбуж­денных мотонейронов, определяющий внешнюю реакцию. Поле командных нейронов обеспечивает сложный набор запрограммирован­ных реакций. Это достигается тем, что каждый из командных нейронов по­очередно может воз­действовать на ансамбль премоторных нейронов, создавая в них специфиче­ские управляющие векторы возбуждения, которые и определяют разные внешние реакции. Все разнообразие реакций, таким образом, можно пред­ставить в пространстве, размерность которого опреде­ляется числом премо­торных нейронов, возбуждение последних образуют управляющие векторы.

Структура концептуальной рефлекторной дуги включает блок рецепто­ров, выделяющих определенную категорию входных сигналов. Второй блок - предетекторы, трансформирующие сигналы рецепторов в форму, эффек­тив­ную для селективного возбуждения детекторов, образующих карту ото­бра­жения сигналов. Все нейроны-детекторы проецируются на командные нейроны параллельно. Имеется блок модулирующих нейронов, которые ха­рактеризуются тем, что они не включены непосредственно в цепочку пере­дачи информации от рецепторов на входе к эффекторам на выходе. Образуя «синапсы на синапсах», они модулируют прохождение информации. Модули­рующие нейроны можно разделить на локальные, оперирующие в пределах рефлекторной дуги одного рефлекса, и генерализованные, охватывающие своим влиянием рефлекторных дуг и тем самым определяющие общий уро­вень функционального состояния. Локальные модулирующие нейроны, уси­ливая или ослабляя синаптические входы на командных нейронах перерас­пределяют приоритеты реакций, за которые эти командные нейроны ответст­венны. Модулирующие нейроны действуя через гиппокамп, куда на нейроны «новизны» и «тождества» проецируются детекторные карты.

Реакция командного нейрона определяется скалярным произведением вектора возбуждения и вектора синаптических связей. Когда вектор синап­тических связей в результате обучения совпадает с вектором возбуждения по направлению, скалярное произведение достигает максимума и командный нейрон становится селективно настроенным на условный сигнал. Дифферен­цировочные раздражители вызывают векторы возбуждения, отличающиеся от того, который порождает условный раздражитель. Чем больше это разли­чие, тем меньше вероятность вызова возбуждения командного нейрона. Для выполнения произвольной двигательной реакции требуется участие нейро­нов памяти. На командных нейронах сходятся пути не только от детекторных сетей, но и от нейронов памяти.

Управление двигательными и вегетативными реакциями осуществляется комбинациями возбуждений, генерируемыми командными нейронами, кото­рые действуют независимо друг от друга, хотя, по-видимому, некоторые стандартные паттерны их возбуждений появляются более часто, чем другие.

3. Нейронные сети

Изучение структуры и функций ЦНС привело к появлению новой научной дисциплины – нейроинформатики. По сути, нейроинформатика есть способ решения всевозможных задач с помощью искусственных нейронных сетей, реализованных на компьютере.

Нейронные сети представляют собой новую и весьма перспективную вы­чис­лительную технологию, дающую новые подходы к исследованию дина­миче­ских задач в финансовой области. Первоначально нейронные сети открыли новые возможности в области распознавания образов, затем к этому приба­вились статистические и основанные на методах искусственного ин­теллекта средства поддержки принятия решений и решения задач в сфере финансов.

Способность к моделированию нелинейных процессов, работе с зашум­ленными данными и адаптивность дают возможности применять нейронные сети для решения широкого класса финансовых задач. В последние не­сколько лет на основе нейронные сетей было разработано много программ­ных систем для применения в таких вопросах, как операции на товарном рынке, оценка вероятности банкротства банка, оценка кредитоспособности, контроль за инвестициями, размещение займов.

Приложения нейронные сетей охватывают самые разнообразные об­ласти: распознавание образов, обработка зашумленные данных, дополнение образов, ассоциативный поиск, классификация, оптимизация, прогноз, ди­агностика, обработка сигналов, абстрагирование, управление процессами, сегментация данных, сжатие информации, сложные отображе­ния, моделиро­вание сложных процессов, машинное зрение, распознавание речи.

Несмотря на большое разнообразие вариантов нейронных сетей, все они имеют общие черты. Так, все они, так же как и мозг человека, состоят из большого числа однотипных элементов – нейронов, которые имитируют ней­роны головного мозга, связанных между собой. На рисунке 4 (см. Приложе­ние 1) показана схема нейрона.

Из рисунка видно, что искусственный нейрон, так же как и живой, состоит из синапсов, связывающих входы нейрона с ядром, ядра нейрона, которое осу­ществляет обработку входных сигналов и аксона, который связывает ней­рон с нейронами следующего слоя. Каждый синапс имеет вес, который опре­де­ляет, насколько соответствующий вход нейрона влияет на его состояние.

Со­стояние нейрона определяется по формуле

где

– число входов нейрона;

– значение i-го входа нейрона;

– вес i-го синапса.

Затем определяется значение аксона нейрона по формуле

Г
де - некоторая функция, которая называется активационной. Наиболее часто в качестве активационной функции используется так называемый сиг­моид, который имеет следующий вид:

4. Настоящий компьютер внутри человека

В предыдущих разделах о компьютере внутри человека говорилось в пере­носном смысле; однако достижения науки дают основания перейти от мета­форы к прямому значению слов.

Израильские ученые создали молекулярный компьютер, который использует ферменты для произведения подсчетов.

Итамар Виллнер, сконструировавший молекулярный калькулятор со своими коллегами в Еврейском университете Иерусалима, считает, что ком­пьютеры, работающие на ферментах, когда-нибудь можно будет вживлять в человече­ский организм и использовать, например, для регулирования вы­броса ле­карств в систему метаболизма.

Ученые создали свой компьютер, используя два фермента - глюкозу де­гидро­геназу (glucose dehydrogenase, GDH) и пероксидаз из хрена (horseradish peroxidase, HRP) - для запуска двух взаимосвязанных химиче­ских реакций. Два химических компонента - перекись водорода и глюкоза - использовались как вводимые значения (А и В). Присутствие каждого из хи­мических веществ соответствовало 1 в двоичном коде, а отсутствие - 0 в двоичном коде. Хими­ческий результат ферментной реакции определялся оп­тически.

Ферментный компьютер использовали для проведения двух фундаменталь­ных логических вычислений, известных как AND (где A и B должны быть равными единице) и XOR (где A и B должны иметь разные зна­чения). Добав­ление еще двух ферментов - глюкозооксидазы (glucose oxidase) и каталазы (catalase) - связало две логические операции, дав воз­можность сложить дво­ичные числа, используя логические функции.

Ферменты уже используют при вычислениях, применяя специально закоди­рованную ДНК. Такие ДНК-компьютеры потенциально способны пре­взойти по скорости и мощности кремниевые компьютеры, поскольку могут осуществ­лять множество параллельных вычислений и помещать огромное количество компонентов в крошечное пространство.

Заключение

Работая над рефератом, я узнала много нового об устройстве центральной нервной системы человека и обнаружила тесную связь между процессами, происходящими внутри человека и внутри машины. Несомненно, изучение устройства ЦНС и мозга открывает перед человечеством огромные перспек­тивы. Нейронные сети уже сейчас решают задачи, непосильные для искусст­венного интеллекта. Нейрокомпьютеры особенно эффективны там, где нужен аналог человеческой интуиции для распознавания образов (узнавания лиц, чтения рукописных текстов), подготовки аналитических прогнозов, перевода с одного естественного языка на другой и т.п. Именно для таких задач обычно трудно сочинить явный алгоритм. В ближайшем будущем возможно создание электронных носителей, сопоставимых по ёмкости с человеческим мозгом. Но для того, чтобы осуществить все смелые замыслы ученых, необ­ходима прочная теоретическая база. А обеспечить её поможет молодая, стремительно развивающаяся наука, своеобразный союз биологии и инфор­матики – биоинформатика.

Список литературы

Энциклопедия для детей. Том 22. Информатика. М.: Аванта+, 2003.

Энциклопедия для детей. Том 18. Человек. Ч. 1.Происхождение и природа че­ловека. Как работает тело. Искусство быть здоровым. М.: Аванта+, 2001.

Энциклопедия для детей. Том 18. Человек. Ч. 2. Архитектура души. Психоло­гия личности. Мир взаимоотношений. Психотерапия. М.: Аванта+, 2002.

Данилова Н.Н. Психофизиология: Учебник для вузов.- М.: Аспект Пресс, 2001

Марцинковская Т. Д. История психологии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений.- М.: Издательский центр "Академия", 2001

NewScientist.com news service; Angewandte Chemie International Edition (vol. 45, p. 1572)

Приложение 1

рис.1. Нервная система человека – центральная, вегетативная и перифери­ческая

рис.2. Образование рефлекторной дуги

рис.3. Нейрон с множеством дендритов, получающий информацию через синаптический контакт с другим нейроном.

рис.4. Строение искусственного нейрона

Приложение 2

Краткий словарь терминов и понятий

Аксон - отросток нервной клетки (нейрона), проводящий нервные импульсы от тела клетки к иннервируемым органам или др. нервным клеткам. Пучки аксонов образуют нервы.

Гиппокамп - структура, расположенная в глубинных слоях доли височной го­ловного мозга.

Градиент - вектор, показывающий направление наискорейшего изменения некото­рой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой.

Дендрит - ветвящийся цитоплазматический отросток нервной клетки, проводящий нервные импульсы к телу клетки.

Кортиевый орган - рецепторный аппарат слухового анализатора.

ЛКТ – латеральное коленчатое тело.

Локус - конкретный участок ДНК, отличающийся каким-либо свойством.

Нейрон - нервная клетка, состоящая из тела и отходящих от него отростков - отно­сительно коротких дендритов и длинного аксона.

Паттерн - пространственно-временная картина развития какого-то процесса.

Рецептивное поле - периферическая область, раздражение которой оказывает влияние на разряд данного нейрона.

Рецепторы - окончания чувствительных нервных волокон или специализированные клетки (сетчатки глаза, внутреннего уха и др.), преобразующие раздражения, вос­принимаемые извне (экстерорецепторы) или из внутренней среды организма (инте­рорецепторы) в нервное возбуждение, передаваемое в центральную нервную систему.

Синапс - структура, которая передает сигналы от нейрона к соседнему (или к дру­гой клетке).

Сома - 1) тело, туловище; 2) совокупность всех клеток организма, за исключением репродуктивных клеток.

Соматосенсорная кора - область коры больших полушарий мозга, где представ­лены афферентные проекции частей тела.

Таламус - основная часть промежуточного мозга. Главный подкорковый центр, на­правляющий импульсы всех видов чувствительности (температурный, болевой и др.) к стволу мозга, подкорковым узлам и коре больших полушарий.

Министерство здравоохранения Саратовской области

государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Саратовской области «Балаковский медицинский колледж»

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

Тохтияровой Алины

«Компьютер и здоровье»

Презентация

Специальность 34.02.01 Сестринское дело

Учебная дисциплина «Информатика»

Оглавление

Цель данной работы: 3

Актуальность проекта: 4

Основная часть 4

Рассмотрим основные аспекты длительной работы за компьютером 6

Комплексы упражнений для глаз и тела 7

Организация рабочего места 8

Сколько можно сидеть за компьютером? 10

Заключение 11

Список использованной литературы 12

Введение

Компьютер- это то, без чего не может обойтись современный человек. «Примите некоторые меры предосторожности, иначе вам придется расплачиваться. Наш организм - не компьютер. В нас есть детали, которые нельзя заменить» (Рик Пирсол).

Любой прогресс в науке или технике, наряду с ярко выраженными безусловно положительными явлениями, неизбежно влечет за собой и отрицательные стороны. Вопросы компьютеризации общества сейчас стоят в ряду множества факторов, влияющих на здоровье людей. Именно поэтому так важно оценить степень влияния информационных технологий на здоровье человека. В наши дни мало кто сомневается, что работа на персональном компьютере влияет на здоровье человека не самым лучшим образом. В то же время, мало у кого возникает мысль отказаться от работы с ПК ради спасения здоровья. Людям случалось не отказываться и от более вредных занятий, к тому же, пользы от ПК заметно больше чем вреда. Всё больше становится людей, проводящих за компьютером по несколько часов ежедневно. Поэтому, всё важнее становится разобраться, как может пользователь снизить, а то и вовсе устранить, вред, причиняемый компьютером.

Цель данной работы:

показать влияние работы с компьютером на здоровье человека

Узнать, какие существуют вредные факторы, воздействующие на человека за компьютером

Познакомиться с несколькими практическими советами, как научиться расслабляться и снимать напряжение

Узнать, как правильно нужно организовывать своё рабочее место за компьютером

Узнать, какой должна быть правильная поза оператора компьютера.

Проблемные вопросы проекта

1. Как влияет компьютер на здоровье человека?

Актуальность проекта :

Жизнь современного человека невозможно представить без компьютера. Наша страна занимает передовые позиции в области использования информационных технологий в научной и учебной деятельности. Однако, общеизвестно, что электромагнитные излучения имеют свойство - накапливаться в биологическом организме и постепенно вызывать необратимые процессы. Компьютер влияет на все биологические характеристики организма человека, и в первую очередь, на его физическое и психическое здоровье, может вызвать серьезную зависимость. И особенно уязвимы в этом плане дети и подростки, которые еще не сформировались как личности и легко поддаются пагубному влиянию. Компьютер влияет на все биологические характеристики организма человека, и в первую очередь, на его физическое и психическое здоровье, может вызвать серьезную зависимость. Погружаясь в виртуальный мир, человек как бы отгораживается от реальности, перестает интересоваться окружающим. И особенно уязвимы в этом плане дети и подростки, которые еще не сформировались как личности и легко поддаются пагубному влиянию.

Основная часть

Компьютер столь же безопасен, как и любой другой бытовой прибор. Но, как и в случае с другими бытовыми приборами, существуют потенциальные угрозы для здоровья. Влияние компьютера на здоровье человека- одна из спорных тем, горячо обсуждаемых современными врачами. До сих пор не доказано его прямое вредное воздействие на человеческий организм. Существуют лишь определенные факторы, располагающие к возникновению проблем со здоровьем у людей, являющихся активными пользователями компьютеров. Впрочем, при соблюдении правильного режима работы их вредоносное воздействие можно свести к минимуму.

Влияние компьютера на здоровье человека характеризуется:

постоянным сидячим положением,

большим зрительным напряжением,

а также нервно-эмоциональным напряжением, связанным с влиянием компьютера на психику человека.

Опасность компьютера для здоровья проявляется в том, что воздействие перечисленных проблем на здоровье человека проявляется далеко не сразу, а лишь спустя какое-то время. Основные факторы, оказывающие влияние на здоровье человека при работе за компьютером:

мерцание монитора (влияет на глаза),

электромагнитное излучение,

шум (раздражает),

воздействие на психику,

стесненная поза (действует на позвоночник),

микроклимат помещения (влажность, пыльность),

режим работы (необходимые перерывы на отдых).

Психологические симптомы, которые испытывает интернет - зависимый человек :

хорошее самочувствие или эйфория за компьютером

невозможность остановиться

увеличение количества времени проводимого за компьютером

Пренебрежение семьей и друзьями

ощущения пустоты, депрессии, раздражения не за компьютером

ложь работодателям или членам семьи о своей деятельности

проблемы с работой или учебой.

Также опасные сигналы:

навязчивое стремление постоянно проверять электронную почту

предвкушение следующего сеанса он-лайн

увеличение времени, проводимого он-лайн

увеличение количества денег, расходуемых он- лайн

Компьютер может стать другом или заклятым врагом, может помочь в беде, а может добавить кучу проблем, может помочь найти единомышленников, а может привести к одиночеству.

Длительная работа за компьютером

По сути дела только длительная работа за компьютером может оказать существенное влияние на здоровье человека. В наше время использование компьютеров во всех сферах жизни становится все шире и потому все больше людей вынуждены проводить целые дни у мониторов компьютеров.

Рассмотрим основные аспекты длительной работы за компьютером

Болезни от компьютера:

Сколиоз, ожирение, туннельный синдром, угроза выкидыша у беременных, остеохондроз, аллергия, простатит, геморрой, ухудшение зрения.

Проблемы опорно-двигательного аппарата

Рост среднего человека утром на два-три сантиметра больше, чем вечером, так как позвоночник за целый день стояче- сидячей жизни заметно сжимается. Если к тому же имеет место хоть незначительное искривление позвоночника, то неизбежно защемление основания нерва. Характерные для людей, много проводящих время за компьютером, боли в пояснице и в основании шеи запросто могут привести к болезням вен и суставов конечностей. "Синдром программиста" (боли между лопатками) представляет опасность для сердца и лёгких. Он обычно сопровождается спазмом трапециевидных мышц, которые в попытках спасти позвоночник пережимают артерии, идущие к мозгу (давящие боли затылке). Чуть выше может защемиться нерв, идущий к лицу и среди прочего контролирующий глаза. Боли в середине спины, на стыке грудного и поясничного отделов, обещают пользователю гастрит, а то и язву желудка, но задолго до этого обеспечивают беспричинным "общим утомлением".

Воздействие компьютера на зрение

Глаза регистрируют самую мелкую вибрацию текста или картинки, а тем более мерцание экрана. Перегрузка глаз приводит к потере остроты зрения. Плохо сказываются на зрении неудачный подбор цвета, шрифтов, компоновки окон в используемых Вами программах, неправильное расположение экрана.

Зрительные» жалобы людей, проводящих большую часть рабочего времени за экраном монитора

затуманивание зрения (снижение остроты зрения);

замедленная перефокусировка с ближних предметов на дальние и обратно (нарушение аккомодации);

двоение предметов;

быстрое утомление при чтении;

Комплексы упражнений для глаз и тела

Раз в час нужно отрываться от работы в сидячем положении: просто походить по комнате, сделать несколько упражнений для разминки суставов, предотвращения застоя крови (очень хороши приседания, наклоны туловища). Не стоит забывать о соблюдении режима питания и сна. Прогулки на свежем воздухе, отказ от вредных привычек также не повредят.

Чтобы избежать усталости позвоночника, нужно соблюдать правильную осанку. Не секрет, что правильно подобранные стул и высота стола - залог комфорта во время работы за компьютером. Чтобы предупредить возникновение проблем со зрением, рекомендуется выполнять следующие несложные упражнения для глаз:

расслабьтесь, закройте глаза и посидите так несколько минут;

сделайте вращения глазами сначала по часовой стрелке, а затем в

обратном направлении;

найдите удаленный предмет, посмотрите сначала на него, а затем переведите взгляд на предмет, расположенный вблизи

Организация рабочего места

Освещение при работе с компьютером должно быть не слишком ярким, но и не отсутствовать совсем, идеальный вариант - приглушенный рассеянный свет. Поставьте стол так, чтобы окно не оказалось перед вами. Если это неизбежно, купите плотные шторы или жалюзи, которые отсекут свет. Если окно сбоку, решение то же - шторы, жалюзи Экран монитора должен быть абсолютно чистым; если вы работаете в очках, они тоже должны быть абсолютно чистыми. Протирайте экран монитора (лучше специальными салфетками и/или жидкостью для протирки мониторов) минимум раз в неделю, следите за кристальной прозрачностью очков каждый день. Располагайте монитор и клавиатуру на рабочем столе прямо, ни в коем случае не наискосок. Центр экрана должен быть примерно на уровне ваших глаз или чуть ниже. Держите голову прямо, без наклона вперед. Периодически на несколько секунд закрывайте веки, дайте мышцам глаз отдохнуть и расслабиться Экран монитора должен быть удален от глаз минимум на 50-60 сантиметров. Если на таком расстоянии вы плохо видите изображение, выберите для работы шрифт большего размера. Если близорукость превышает 2-4 единицы, необходимо иметь две пары очков для работы "вблизи" и "для дали".

Правильная поза оператора компьютера

Следует работать на расстоянии 60-70 см от экрана монитора, допустимо не менее 50 см, соблюдая правильную посадку, не сутулясь, не наклоняясь.

Учащимся, имеющим очки для постоянного ношения, следует работать в очках.

Освещение должно быть достаточным.

Нельзя работать при плохом самочувствии.

Положение при работе должно быть таким, чтобы линия взора приходилась в центр экрана. Не следует наклоняться и сутулиться при пользовании клавиатурой и чтении с экрана монитора.

Время непрерывной работы за компьютером не должно превышать 30 минут.

Время работы за компьютером.

Данные по гимназии № 1 г. Балаково.

Сколько можно сидеть за компьютером?

Для каждого возраста существуют свои временные ограничения:

взрослым, чья работа связана с постоянным пребыванием у компью-тера, рекомендуется находиться рядом с монитором не более восьми часов в день, делая короткие перерывы на отдых каждый час (в это время лучше всего сделать разминку для глаз и спины);

подросткам в возрасте от двенадцати до шестнадцати лет следует проводить у компьютера не более двух часов в день;

детям в возрасте от семи до двенадцати лет - не более одного часа в

детям в возрасте от пяти до семи лет - максимум полчаса в день.

Данные о студентах колледжа за 2016-2017 уч. год в гр. 621.

Заключение

Любой прогресс в науке или технике, наряду с ярко выраженными безусловно положительными явлениями, неизбежно влечет за собой и отрицательные стороны. Вопросы компьютеризации общества сейчас стоят в ряду множества факторов, влияющих на здоровье людей. Именно поэтому так важно оценить степень влияния информационных технологий на здоровье человека. Интерес детей к компьютеру огромен, и нужно направить его в полезное русло. Компьютер должен стать для ребёнка равноправным партнёром, способным очень тонко реагировать на все его действия и запросы. Он, с одной стороны, - терпеливый учитель и мудрый наставник, помощник в учёбе, а в дальнейшем и в работе, а с другой стороны - творец сказочных миров и отважных героев, друг, с которым нескучно. Соблюдение несложных правил работы на компьютере позволит сохранить здоровье и одновременно открыть ребёнку мир огромных возможностей.

Можно заменить или починить пришедший в негодность компьютер, но с человеческим организмом такое не проходит. Поэтому, покупая компьютер, нужно задуматься, что дороже и помимо производительности своего электронного помощника, нужно позаботиться и о себе. Можно успешно пользоваться компьютером и при этом оставаться здоровым, соблюдая несложные рекомендации врачей. Здоровье – величайший дар природы и каждый человек должен решить для себя вопрос: Может ли компьютер нанести вред его здоровью или нет?

Список использованной литературы

Демирчоглян Г.Г. Компьютер и здоровье. – М.: Издательство Лукоморье, Темп МБ, Новый Центр, 2007. – 256 с.

Степанова М. Как обеспечить безопасное общение с компьютером.– 2007, № 2. – С.145-151.

Морозов А.А. Экология человека, компьютерные технологии и безопасность оператора.– 2006, № 1. – С. 13-17.

Жураковская А.Л. Влияние компьютерных технологий на здоровье пользователя.– 2006, № 2. – С.169-173.

Ушаков И.Б. и др. Оценка физических характеристик мониторов современных персональных компьютеров с позиций стандартов

безопасности и характера деятельности.//

6. www.comp-doctor.ru, разделы «Компьютер и здоровье», «Рабочее место».

7.www.iamok.ru, раздел «Компьютер и здоровье».

8.http://www.compgramotnost.ru/computer-i-zdorovye/vliyanie-kompyutera-na-

zdorove-cheloveka

9.http://vse-sekrety.ru/15-kompyuter-i-zdorove.html

10.http://www.bestreferat.ru/referat-176891.html

1.Компьютер, созданный в 1981 году, обладал весом в 12 килограмм. При этом, размер экрана монитора был всего 5 дюймов (как сейчас на сотовых телефонах). 2. Самая распространенная причина поломки компьютеров – это пролитая жидкость на клавиатуру. Второе место занимают проблемы с перебоями электричества.

3. Невозможно создать папку на компьютере с именем con, так как такое обозначение придумано для устройств ввода и вывода (попробуйте). 4. Разработчик игр GameStation решил проверить, читают ли пользовательское соглашение люди при установке его продуктов и для этого внес в него пункт «Вы отдаете свою душу магазину». Несколько тысяч пользователей этого даже не заметили

5. Только в России и некоторых странах бывшего СССР называют собакой. Иностранцы называют его улиткой или обезьянкой. 6.70% всех отправляемых писем через интернет – это спам.

7. Размер CD дисков в 720 Мб. был придуман не просто так. Разработчики приняли это значение, исходя из продолжительности девятой симфонии Бетховена (72 минуты). 8. В 1982 году журнал Time назвал компьютер "человеком года".

1 Компьютер изнутри © К.Ю. Поляков, Основные принципыОсновные принципы 2.Персональный компьютерПерсональный компьютер 3.Хранение целых чиселХранение целых чисел 4.Битовые операцииБитовые операции 5.Вещественные числаВещественные числа

3 Определения Компьютер (computer) – это программируемое электронное устройство для обработки числовых и символьных данных. аналоговые компьютеры – складывают и умножают аналоговые (непрерывные) сигналы цифровые компьютеры – работают с цифровыми (дискретными) данными. Hardware – аппаратное обеспечение, «железо». Software – программное обеспечение, «софт»

4 Определения Программа – это последовательность команд, которые должен выполнить компьютер. Команда – это описание операции (1…4 байта): код команды операнды – исходные данные (числа) или их адреса результат (куда записать). Типы команд: безадресные (1 байт) – увеличить регистр AX на 1 регистр – ячейка быстродействующей памяти, расположенная в процессоре одноадресные (2 байта) AX AX + 2 двухадресные (3 байта) X X + 2 трехадресные (4 байта) Y X + 2 inc AX add AX, 2 add ax,2 addX2 X2Y

5 Структура памяти Память состоит из нумерованных ячеек. Линейная структура (адрес ячейки – одно число). Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая собственный адрес (4, 6, 7, 8, 12 бит). На современных компьютерах 1 байт = 8 бит. 0123… Слово = 2 байта Двойное слово = 4 байта

6 Архитектура компьютера Архитектура – принципы действия и взаимосвязи основных устройств компьютера (процессора, ОЗУ, внешних устройств). Принстонская архитектура (фон Неймана): процессор ОЗУ (программа и данные) устройства вывода устройства ввода данные управление прямой доступ к памяти Гарвардская архитектура – программы и данные хранятся в разных областях памяти. прямой доступ к памяти скорость (одновременно читаем команду и данные) нужно больше контактов у процессора

7 Принципы фон Неймана «Предварительный доклад о машине EDVAC» (1945) 1.Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде. 2.Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 3.Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. 4.Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

8 Выполнение программы Счетчик команд (IP = Instruction Pointer) – регистр, в котором хранится адрес следующей команды. IP 1.Команда, расположенная по этому адресу, передается в УУ. Если это не команда перехода, регистр IP увеличивается на длину команды. 2.УУ расшифровывает адреса операндов. 3.Операнды загружаются в АЛУ. 4.УУ дает команду АЛУ на выполнение операции. 5.Результат записывается по нужному адресу. 6.Шаги 1-5 повторяются до получения команды «стоп». AB3D 16 по адресу AB3D 16

9 Архитектуры компьютеров фон Неймана многомашинная (независимые задачи) ОЗУ АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ многопроцессорная (части одной задачи, по разным программам) АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ АЛУ УУ АЛУ ОЗУ АЛУ УУ АЛУ параллельные процессоры (части одной задачи, по одной программе)

11 Персональный компьютер (ПК) ПК – это компьютер, предназначенный для личного использования (доступная цена, размеры, характеристики) Apple-II 1981 IBM PC (personal computer) ЕС-1841 iMac (1999) PowerMac G4 Cube (2000)

12 Принцип открытой архитектуры на материнской плате расположены только узлы, которые обрабатывают информацию (процессор и вспомогательные микросхемы, память) схемы, управляющие другими устройствами (монитором и т.д.) – это отдельные платы, которые вставляются в слоты расширения схема стыковки новых устройств с компьютером общедоступна (стандарт) конкуренция, удешевление устройств производители могут изготавливать новые совместимые устройства пользователь может собирать ПК «из кубиков»

13 Взаимосвязь блоков ПК процессор память шины адреса, данных, управления порты клавиатура, мышь, модем, принтер, сканер видеокарта сетевая карта контроллеры дисководов Шина – многожильная линия связи, доступ к которой имеют несколько устройств. Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по сигналам процессора. контроллеры

15 Целые беззнаковые числа Беззнаковые данные – не могут быть отрицательными. Байт (символ) память: 1 байт = 8 бит диапазон значений 0…255, 0…FF 16 = Си: unsigned charПаскаль: byte биты младший старший старший полубайт старшая цифра младший полубайт младшая цифра 4 16 E = 4E 16 = N

17 Целые беззнаковые числа Целое без знака память: 2 байта = 16 бит диапазон значений 0…65535, 0…FFFF 16 = Си: unsigned intПаскаль: word биты старший байтмладший байт 4D 16 7A = 4D7A 16 Длинное целое без знака память: 4 байта = 32 бита диапазон значений 0…FFFFFFFF 16 = Си: unsigned long intПаскаль: dword

18 «-1» – это такое число, которое при сложении с 1 даст 0. 1 байт: FF = байта:FFFF = байта:FFFFFFFF = Целые числа со знаком Сколько места требуется для хранения знака? ? Старший (знаковый) бит числа определяет его знак. Если он равен 0, число положительное, если 1, то отрицательное. не помещается в 1 байт!

19 Двоичный дополнительный код Задача: представить отрицательное число (–a) в двоичном дополнительном коде. Решение: 1.Перевести число a–1 в двоичную систему. 2.Записать результат в разрядную сетку с нужным числом разрядов. 3.Заменить все «0» на «1» и наоборот (инверсия). Пример: (– a) = – 78, сетка 8 бит 1. a – 1 = 77 = = – 78 знаковый бит

20 Двоичный дополнительный код Проверка: 78 + (– 78) = ? – 78 = 78 = +

22 Целые числа со знаком Байт (символ) со знаком память: 1 байт = 8 бит диапазон значений: max min – 128 = – 2 7 … 127 = 2 8 – 1 Си: charПаскаль: – можно работать с отрицательными числами уменьшился диапазон положительных чисел 127 – 128

23 Целые числа со знаком Слово со знаком память: 2 байта = 16 бит диапазон значений – … Си: intПаскаль: integer Двойное слово со знаком память – 4 байта диапазон значений – 2 31 … Си: long intПаскаль: longint

24 Ошибки Переполнение разрядной сетки: в результате сложения больших положительных чисел получается отрицательное (перенос в знаковый бит) – 128

25 Ошибки Перенос: при сложении больших (по модулю) отрицательных чисел получается положительное (перенос за границы разрядной сетки) – в специальный бит переноса

27 Инверсия (операция НЕ) Инверсия – это замена всех «0» на «1» и наоборот Си:Паскаль: int n; n = ~n; int n; n = ~n; var n: integer; n:= not n; var n: integer; n:= not n;

28 Операция И Обозначения: И, & (Си), and (Паскаль) & маска 5B 16 & CC 16 = ABA & B x & 0 = x & 1 = x & 0 = x & 1 = 0 x

29 Операция И – обнуление битов Маска: обнуляются все биты, которые в маске равны «0». Задача: обнулить 1, 3 и 5 биты числа, оставив остальные без изменения маска D Си:Паскаль: int n; n = n & 0xD5; int n; n = n & 0xD5; var n: integer; n:= n and $D5; var n: integer; n:= n and $D5;

30 Операция И – проверка битов Задача: проверить, верно ли, что все биты 2…5 – нулевые маска С 16 Си: Паскаль: if (n & 0x3C == 0) printf (Биты 2-5 нулевые.); else printf (В битах 2-5 есть ненулевые.); if (n & 0x3C == 0) printf (Биты 2-5 нулевые.); else printf (В битах 2-5 есть ненулевые.); if (n and $3C) = 1 writeln (Биты 2-5 нулевые.) else writeln (В битах 2-5 есть ненулевые.); if (n and $3C) = 1 writeln (Биты 2-5 нулевые.) else writeln (В битах 2-5 есть ненулевые.);

31 Операция ИЛИ Обозначения: ИЛИ, | (Си), or (Паскаль) ИЛИ маска 5B 16 | CC 16 = DF 16 ABA или B x ИЛИ 0 = x ИЛИ 1 = x ИЛИ 0 = x ИЛИ 1 = 1 x

32 Операция ИЛИ – установка битов в 1 Задача: установить все биты 2…5 равными 1, не меняя остальные маска С 16 Си: Паскаль: n = n | 0x3C; n:= n or $3C;

33 Операция «исключающее ИЛИ» ABA xor B Обозначения:, ^ (Си), xor (Паскаль) XOR маска 5B 16 ^ CC 16 = x XOR 0 = x XOR 1 = x XOR 0 = x XOR 1 = НЕ x x

34 «Исключающее ИЛИ» – инверсия битов Задача: выполнить инверсию для битов 2…5, не меняя остальные маска С 16 Си: Паскаль: n = n ^ 0x3C; n:= n xor $3C;

35 «Исключающее ИЛИ» – шифровка (0 xor 0) xor 0 = (1 xor 0) xor 0 = 0 1 (0 xor 1) xor 1 = (1 xor 1) xor 1 = 0 1 (X xor Y) xor Y = X код (шифр) «Исключающее ИЛИ» – обратимая операция. ? Шифровка: выполнить для каждого байта текста операцию XOR с байтом-шифром. Расшифровка: сделать то же самое с тем же шифром.

1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left " title="36 Логический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево: 0 0 0 11011011 01101101 1 1 Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left " class="link_thumb"> 36 36 Логический сдвиг Влево: Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left shift right 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left "> 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left shift right"> 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left " title="36 Логический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево: 0 0 0 11011011 01101101 1 1 Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left "> title="36 Логический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево: 0 0 0 11011011 01101101 1 1 Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left ">

37 Логический сдвиг Какой арифметической операции равносилен логический сдвиг влево (вправо)? При каком условии? ? Логический сдвиг влево (вправо) – это быстрый способ умножения (деления без остатка) на сдвиг влево сдвиг вправо 4590

38 Циклический сдвиг Влево: Вправо: Си, Паскаль: – только через Ассемблер

39 Арифметический сдвиг Влево (= логическому): Вправо (знаковый бит не меняется!): Си: Паскаль: – n = -6; n = n >> 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3 > 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3"> > 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3"> > 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3" title="39 Арифметический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево (= логическому): 0 0 0 11111010 11111101 0 0 Вправо (знаковый бит не меняется!): Си: Паскаль: – n = -6; n = n >> 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3"> title="39 Арифметический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево (= логическому): 0 0 0 11111010 11111101 0 0 Вправо (знаковый бит не меняется!): Си: Паскаль: – n = -6; n = n >> 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3">

40 Пример Задача: в целой переменной n (32 бита) закодирована информация о цвете пикселя в RGB: Выделить в переменные R, G, B составляющие цвета. Вариант 1: 1.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 0000FF Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 0RGB Си: G = (n & 0xFF00) >> 8; Паскаль: G:= (n and $FF00) shr 8; А надо ли обнулять? ? > 8; Паскаль: G:= (n and $FF00) shr 8; А надо ли обнулять? ?">

> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;" title="41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF 16 0RGB 31 2423 1615 87 0 Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;" class="link_thumb"> 41 41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: FF 16 0RGB Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF; > 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> > 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> > 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;" title="41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF 16 0RGB 31 2423 1615 87 0 Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> title="41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF 16 0RGB 31 2423 1615 87 0 Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> 45 Нормализованные числа в памяти IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic (IEEE 754) 15,625 = 1 1, s = 1 e = 3 M = 1, pm Знаковый бит: 0, если s = 1 1, если s = – 1 Знаковый бит: 0, если s = 1 1, если s = – 1 Порядок со сдвигом: p = e + E (сдвиг) Порядок со сдвигом: p = e + E (сдвиг) Дробная часть мантиссы: m = M – 1 Дробная часть мантиссы: m = M – 1 Целая часть M всегда 1, поэтому не хранится в памяти! ?

46 Нормализованные числа в памяти Тип данных Размер, байт Мантисса, бит Порядок, бит Сдвиг порядка, E Диапазон модулей Точность, десятичн. цифр float single ,4· … 3,4· double ,7· … 1,7· long double extended ,4· … 3,4· Типы данных для языков: Си Паскаль
48 Арифметические операции сложение 1.Порядок выравнивается до большего 5,5 = 1, = 1, = 0, Мантиссы складываются 1, Результат нормализуется (с учетом порядка) 10, = 1, = 1000,1 2 = 8,5 5,5 + 3 = 101, = 8,5 = 1000,1 2

49 Арифметические операции вычитание 1.Порядок выравнивается до большего 10,75 = 1,25 = 1, = 0, Мантиссы вычитаются 1, – 0, Результат нормализуется (с учетом порядка) 0, = 1, = 101,1 2 = 5,5 10,75 – 5,25 = 1010,11 2 – 101,01 2 = 101,1 2 = 5,5

50 Арифметические операции умножение 1.Мантиссы умножаются 7 = 1, = 1, Порядки складываются: = 3 3.Результат нормализуется (с учетом порядка) 10, = 1, = = = = = 21 =

51 Арифметические операции деление 1.Мантиссы делятся 17,25 = 1, = 1, : 1,1 2 = 0, Порядки вычитаются: 4 – 1 = 3 3.Результат нормализуется (с учетом порядка) 0, = 1, = 101,11 2 = 5,75 17,25: 3 = 10001,01 2: 11 2 = 5,75 = 101,11 2

Муниципальное образовательное учреждение

сош №3

Межпредметный проект

на тему:

Компьютер внутри нас.

Реальность или преувеличение?

Директор школы: Чиженькова Светлана Анатольевна.

Почтовый адрес школы: Саратовская область, г. Красный Кут, ул. Московская, д.50, МОУ сош №3.

Телефон школы: 88456052686

Руководитель работы: Литвинова Наталья Викторовна.

г. Красный Кут

1. Цель проекта 3

2. Задачи проекта 3

3. Гипотеза 3

4. Введение 4

5. Информационные процессы в природе, обществе, технике.

Информационная деятельность человека 4-7

6. Что такое компьютер? 7-8

7. Человек 8

1. 
   Органы чувств и их значение 8-9
2. 
   Закономерности работы головного мозга 9
3. 
   Высшая нервная деятельность человека 9
4. 
   Безусловные и условные рефлексы 9-11
5. 
   Познавательные процессы 11-12
6. 
   Наследственность 12

8. Мои выводы из изученного материала 12-14

9. Тандем человека и компьютера: что будет дальше? 15-18

10. Выводы 19

10. Литература 20

Компьютер внутри нас.

Цель проекта: выяснить: может ли компьютер заменить человека в ближайшем будущем.

Гипотеза: информационные процессы в компьютере и в организме человека протекают одинаково.

^ Задачи проекта:

1. 
   Используя учебную и научно-популярную литературу, журналы, ресурсы интернета изучить вопросы:

по информатике

Понятие о процессе;

Информационные процессы в обществе;

Информационные процессы в живой природе;

Информационные процессы в технике;

Информационные технологии;

ПК – основное устройство ИТ.

по биологии

Органы чувств и их значение;

Закономерности работы головного мозга;

Высшая нервная деятельность человека;

Познавательные процессы;

Наследственность.

2. Получить представление об информационных процессах и особенностях их протекания в природе, компьютере, организме человека.

3. Проанализировать и сравнить протекание информационных процессов в организме человека и в окружающей его действительности.

4. Сделать выводы.

Введение

Жизнь прекрасна! Жизнь в ее многообразии – это радость и наслаждение. И никто в настоящее время не сможет убедить человечество в обратном. Научившись по своему усмотрению и потребностям управлять своими мыслями, эмоциями, желаниями и действиями в любых жизненных ситуациях, включая стрессовые и экстремальные человек приобрел бесценное чувство внутренней свободы, избавился от зависимостей, страхов, предрассудков. Он ощутил каждой клеточкой организма полноту и красоту своей собственной жизни.

Что делает человека человеком? Чего не достает машинам: чувств, абстракции, интуиции? Может ли компьютер когда-нибудь заменить человека?

В этом проекте мы попытаемся найти ответ на этот вопрос.

^ Информационные процессы в природе, обществе, технике.

Информационная деятельность человека.

К концу XX в. стала складываться, сначала в рамках кибернетики, а затем информатики, информационная картина мира. Информационная картина мира рассматривает окружающий мир под особым, информационным, углом зрения, при этом она не противопоставляется вещественно-энергетической картине мира, но дополняет ее. Строение и функционирование сложных систем различной природы (биологических, социальных, технических) оказалось невозможным объяснить, не рассматривая общих закономерностей информационных процессов.

Но что такое процесс вообще?

Если заглянуть в социологический словарь, то там можно найти следующее определение:

Процесс (лат. processus - прохождение, продвижение) - это последовательная смена состояний, тесная связь закономерно следующих друг за другом стадий развития, представляющих непрерывное единое движение, например, процесс работы и т.д.

В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал любой страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства - автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем - ученые и т. д.

Однако число людей, которые могли воспользоваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.

Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, созданному И. Гутенбергом в 1440 году, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов - библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах - обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы - каждые пять лет.

Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей « увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы - энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику - создавать новые картины, а композитору - музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере. Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.

^ Что такое компьютер?

Компьютер, или электронно-вычислительная машина, - это одно из самых умных изобретений человека. Сейчас нет ни одной отрасли знания, где бы не использовались компьютеры.

Сердце компьютера - особая электронная схема, которая называется процессором. Именно она производит обработку всей информации, которая поступает в компьютер.

Руководит работой процессора программа. Она написана на специальном языке, который понимает машина, и выполняет ту же функцию, что ноты для музыканта.

Если бы не было программ, то даже самый совершенный компьютер не смог бы решить простейшей арифметической задачи.

В настоящее время создано огромное количество различных программ, благодаря которым компьютеры умеют создавать книги, переводить с одного языка на другой, выполнять сложнейшие математические расчеты и даже рисовать мультфильмы.

Таким образом – это машина, созданная человеком, работающая под руководством человека и на человека.

Человек

Человек - общественное существо, представляющее собой высшую ступень развития жизни на Земле, способное производить орудия труда и с их помощью воздействовать на окружающий мир, обладающее сложно организованным мозгом, сознанием и членораздельной речью.

Тело человека, как и всех животных, состоит из отдельных маленьких клеточек. Они образуют различные ткани (мышечную, нервную, костную и др.), выполняющие каждая свою функцию. Из тканей составляются органы и системы - пищеварения, кровообращения, дыхания и т. д.

Человеческий организм - единое целое, и работа всех его органов тесно связана. Связь между тканями, органами и всего организма с внешней средой осуществляется нервной системой.

^ Органы чувств и их значение

Все живые организмы, в том числе и человек, нуждаются в информации об окружающей среде. Организм человека связан с внешним миром с помощью органов чувств. С помощью анализаторов человек познает окружающий мир. Органы чувств: слух, зрение, вкус, обоняние, осязание, орган равновесия, костно-мышечное чувство. Так же в мозг поступают сигналы о химическом составе внутренней среды организма, о давлении крови, о степени наполнения мочевого пузыря и т. д.

Каково же значение органов чувств? Шесть органов чувств дают человеку многообразную информацию об окружающем мире, которая отражается в его сознании в виде ощущений, восприятий и представлений памяти . Органы чувств играют большую роль в приспособлении человека к условиям существования.

Еще Фридрих Энгельс называл органы чувств «орудиями мозга». Да потому что от органов чувств организм получает информацию о состоянии и изменении внешней и внутренней среды, перерабатывает эту информацию, составляет на её основе программу деятельности организма. Уже здесь мы видим, что в организме человека так же как и в компьютере есть программа для действий.

^ Закономерности работы головного мозга

Основными принципами деятельности головного мозга человека являются формирование ассоциативных связей при выработке условных рефлексов, закономерности закрепления и угасания условнорефлекторной деятельности, явление торможения нервных процессов, открытие законов иррадиации (распространения) и концентрации (т.е. сужение сферы деятельности) возбуждения и торможения.

^ Высшая нервная деятельность человека

Высшая нервная деятельность (ВНД) - это деятельность коры больших полушарий головного мозга и ближайших к ней подкорковых образований, обеспечивающая наиболее совершенное приспособление (поведение) высокоорганизованных животных и человека к окружающей среде. В работе русского физиолога И. М. Сеченова «Рефлексы головного мозга» (1863) впервые была высказана мысль о связи сознания и мышления человека с рефлекторной деятельностью головного мозга. Эта идея была экспериментально подтверждена и развита академиком И. П. Павловым, который по праву является создателем учения о высшей нервной деятельности. Ее основой являются условные рефлексы.

^ Безусловные и условные рефлексы.

Все рефлекторные реакции организма на различные раздражители И. П. Павлов подразделил на две группы: безусловные и условные.

Безусловные рефлексы -это врожденные рефлексы, передаваемые по наследству от родителей. Они являются видовыми, относительно постоянными и осуществляются низшими отделами ЦНС - спинным мозгом, стволом н подкорковыми ядрами головного мозга. Безусловные рефлексы (например, сосательный, глотательный, зрачковый рефлексы, кашель, чихание и др.) сохраняются у животных, лишенных больших полушарий. Они образуются в ответ на действие определенных раздражителей. Так, рефлекс слюноотделения возникает при раздражении пищей вкусовых сосочков языка. Возникшее возбуждение в виде нервного импульса проводится по чувствительным нервам в продолговатый мозг, где находится центр слюноотделения, откуда оно по двигательным нервам передается слюнным железам, вызывая слюноотделение. На основе безусловных рефлексов осуществляются регуляция и согласованная деятельность разных органов и их систем, поддерживается само существование организма.

В изменчивых условиях окружающей среды сохранение жизнедеятельности организма и приспособительное поведение осуществляется благодаря образованию условных рефлексов с обязательным участием коры больших полушарий головного мозга. Они не являются врожденными, а образуются в течение жизни на базе безусловных рефлексов под воздействием определенных факторов внешней среды. Условные рефлексы строго индивидуальны, т. е. у одних особей вида тот или иной рефлекс может присутствовать, у других - отсутствовать.

Образование и биологическое значение условных рефлексов.

Условные рефлексы образуются в результате сочетания безусловного рефлекса с действием условного раздражителя. Для этого необходимо соблюдение двух условий: 1) действие условного раздражителя должно обязательно несколько предшествовать действию безусловного раздражителя (для образования у собаки условного слюноотделительного рефлекса на звонок нужно, чтобы он начал звонить за 5-30 с до подачи корма и некоторое время сопровождал процесс еды); 2) условный раздражитель должен неоднократно подкрепляться действием безусловного раздражителя. Так, после нескольких сочетаний звонка с приемом пищи у собаки будет наблюдаться слюноотделение при одном звуке звонка без пищевого подкрепления.

Механизм образования условного рефлекса состоит в установлении временной связи (замыкания) между двумя очагами возбуждения в мэре головного мозга. Для рассмотренного примера такими очагами являются центры слюноотделения и слуха. Дуга условного рефлекса в отличие от таковой безусловного значительно усложнена и включает рецепторы, воспринимающие условное раздражение, чувствительный нерв, проводящий возбуждение в головной мозг, участок коры, связанный с центром безусловного рефлекса, двигательный нерв и рабочий орган.

Биологическое значение условных рефлексов в жизни человека и животных огромно, так как они обеспечивают их приспособительное поведение - позволяют точно ориентироваться в пространстве и времени, находить пищу (по виду, запаху), избегать опасности, устранять вредные для организма воздействия. С возрастом число условных рефлексов возрастает, приобретается опыт поведения, благодаря которому взрослый организм оказывается лучше приспособленным к окружающей среде, чем детский. Выработка условных рефлексов лежит в основе дрессировки животных, когда тот или иной условный рефлекс образуется в результате сочетания с безусловным (дача лакомства и др.).

^ Познавательные процессы.

Уильям Джеймс, американский психолог и философ, писал: «Наша наука – это капля, наше неведение - море».

Эти слова можно отнести и к познанию мира, и к познанию человека. Но и в том, и в другом познании участвуют познавательные процессы. Познавая мир, человек познает и себя. К познавательным процессам человека относятся:

1. 
   Ощущение – отражение свойств реальности, возникающее в результате воздействия их на органы чувств и возбуждения нервных центров головного мозга.

Восприятие – сложный процесс приема и преобразования информации, обеспечивающий отражение объективной реальности и ориентировку в окружающем мире.

1. 
   Мышление:

• 
  это высший познавательный процесс.
• 
  это движение идей, раскрывающее суть вещей. Его итогом является не образ, а некоторая мысль, идея, (понятие - обобщенное отражение класса предметов в их наиболее общих и существенных особенностях)
• 
  это особого рода теоретическая и практическая деятельность, предполагающая систему включенных в нее действий и операций ориентировочно - исследовательского, преобразовательного и познавательного характера.

Мышление - высшая ступень человеческого познания.

1. 
   Внимание – это способность человека сконцентрировать свои «познавательные процессы» да одном объекте с целью его изучения (познания).
2. 
   Память - это способность к воспроизведению прошлого опыта, одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.
3. 
   Воображение – это особая форма человеческой психики, стоящая отдельно от остальных психических процессов и вместе с тем занимающая промежуточное положение между восприятием, мышлением и памятью
4. 
   Речь – это совокупность произносимых или воспринимаемых звуков, имеющих тот же смысл, и то же значение, что и соответствующая им система письменных знаков.

Через познавательные процессы человек приобретает не только знания, но и умение жить, работать, строить свою личную жизнь, участвовать в общественной жизни.

Познавательные процессы являются основой познания человеком мира.

Наследственность

Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

Вывод

Человек - один из видов животного царства с высокоразвитым мозгом, сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, формирующими сознание и делающими малозаметными биологические первоосновы организма.

Человек - субъект общественно-исторического процесса, развития материальной и духовной культуры на Земле, биосоциальное существо, генетически связанное с другими формами жизни, но выделившееся из них благодаря способности производить орудия труда, обладающее членораздельной речью и сознанием, творческой активностью и нравственным самосознанием.

^ Мои выводы из изученного материала

Итак, что же получается?

Определение

(человек и компьютер)

^ Получение информации

Человек

Компьютер

Каждый день человек узнаёт что-то новое, получает информацию. Информация – это знания, получаемые человеком из окружающего его мира. Причём первичную информацию об окружающем мире (о температуре, цвете, запахе, вкусовых качествах, физических свойствах предметов) люди получают через органы зрения, слуха, вкуса, осязания, обоняния, через вестибулярный аппарат и нервную систему. Полученную информацию человек может представить в виде записей, изображений, звуков и т.д. Это гигантский объём информации с которым человеку с каждым годом справляться становится всё труднее и труднее.

Компьютер – это обычное явление сейчас, которое облегчает труд человека, усиливает его интеллектуальные способности, помогает справляться с гигантским объёмом информации. Он хранит, обрабатывает и передаёт информацию. Всё это делается с помощью человека и под руководством человека. Получить информацию самостоятельно он не может.

^ Хранение информации

Память делят на внутреннюю (оперативную) и внешнюю. Это можно отнести как к человеку, так и к компьютеру.

Человек

Компьютер

Каждый человек хранит определённую информацию в собственной памяти – «в уме». Память человека можно назвать оперативной, потому что содержащаяся в ней иформация воспроизводится достаточно быстро. Но так уж устроен человек, что он не может долго хранить большие объёмы информации в собственной памяти: если не закреплять знания постоянными упражнениями, информация очень быстро забывается. Чтобы этого избежать человек использует записные книжки, справочники, энциклопедии и другие внешние хранилища информации – внешнюю память. Эту память назувают долговременной.

В компьютерах так же различают два вида памяти: оперативную и внешнюю. Однако в отличии от человека, информация в оперативной памяти компьютера хранится до тех пор пока работает компьютер, т.е компьютеру нес свойственно забывать. Внешние носители необходимы для того, чтобы переносить информацию. Хотя в настоящее время с развитием сети интернета в этом необходимость отпадает. Это существенный плюс для компьютеров.

^ Передача информации

Любой процесс передачи информации можно представить с помощью схемы:

Источник информации →информационный канал →приёмник информации. В передачи информации всегда участвуют две стороны: тот, кто передаёт информацию (источник информации) и тот, кто её получает (приёмник информации).

^ Обработка информации

Компьютер и человек выполняют одни и те же действия с информацией. Но есть существенная разница. Человек это делает сам добровольно или принудительно, а компьютер только с помощью программ, сделанных человеком.

Таким образом, информационные процессы в организме человека и в окружающей его действительности, а так же в компьютере протекают абсолютно одинаково. А каково мнение учёных? А что происходит в науке? Сможет ли тогда компьютер заменить человека, его память, интеллект, душу?

^ Тандем человека и компьютера: что будет дальше?

Все учёны однозначно отвечают, что нет, компьютер не может пока заменить человека. Они рассматривают только тандем (совместная с кем-либо деятельность) человека и компьютера.

За свое, относительно не долгое существование компьютер уже успел занять место во многих областях жизнедеятельности человека, он уже не заменим на работе, помогает детям в учёбе, и конечно же является одним из самых любимых развлечений для них. С появлением интернет он ещё и стал лучшим способом поиска информации, делового общения, отдыха и т.д. в общем, некоторым людям уже трудно представить жизнь без компьютера.

Компьютерные инновации и человеческий мозг – пожалуй, самый эффективный тандем для создания когнитивной революции. Чтение мыслей на расстоянии, управление техникой разумом, протезы, действующие по импульсу – когда-то подобные изобретения считались выдумкой фантастов. Но сейчас это уже не абстрактные представления, а конкретная наука, которая постепенно входит в повседневную жизнь. Что ждет нас в ближайшем будущем?

Когнитивный – дословно с латыни обозначает «познавательный». На практике когнитивная наука изучает восприятие мира человеком, его мысли, память и т.д. А значит, появляются устройства, учитывающие наше состояние и даже следящие за работой нашего мозга.

Искусственные органы чувств

Технологии способны заменить глаза, уши, носы и прочие органы. В лабораториях мира идет разработка зрительных протезов, которые сделают зрячими даже абсолютно слепых людей. При этом не нужно задействовать глаз и зрительный нерв - сигнал с миниатюрной камеры идет напрямую в кору головного мозга, куда вживляется специальный чип. На теоретическом уровне вся технология уже понятна и опробована на крысах и кошках. Сейчас речь идет уже о технических деталях.

Уже через несколько лет начнется массовое излечение слепых и глухих. А через несколько десятилетий вживленная электроника сможет стать чувствительнее, чем живые органы. А видеть можно будет не только впереди себя, но и сзади, сбоку и сверху.

Когнитивные ассистенты

На смену секретаршам уже идет электроника. Всевозможные системы начинают помогать человеку следить за своей деятельностью. Небольшая компания «Нейроком» выпускает датчики бодрствования машиниста. Состояние, предшествующее засыпанию, можно определить по ритмам мозга, движениям глаз, особенностям речи или электропроводимости кожи. Человек еще не успел погрузиться в сон, а прибор уже пищит и мигает. Приборы уже стоят в кабинах нескольких тысяч российских локомотивов. Скоро должно начаться серийное производство подобных устройств для водителей автомобилей.

Подобное изобретение может войти в массовый оборот в ближайшие годы. Такая система будет помогать во всем - бодрствовать, вести машину, учить иностранные языки, справляться с приступами гнева.

Мозго-машинные интерфейсы

Системы, позволяющие напрямую передавать сигналы от мозга к компьютеру, сегодня разрабатываются и на биофаке МГУ, и в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, и в ростовском НИИ нейрокибернетики. Разрабатываются системы и методы управления биообъектами (биороботами), в качестве которых выступают черепахи, кролики, дельфины. Несколько лет назад черепахе вживили электроды, установили ей на панцирь процессор, в итоге движениями животного можно было управлять с помощью джойстика.

Через два-три года в компьютерном супермаркете можно будут купить устройство, позволяющее играть в стрелялку-бродилку с помощью силы мысли. А рано или поздно станет доступно мысленное управление любыми устройствами, и такая мелочь, как компьютеры и мобильные телефоны, перекочуют из наших карманов прямиком в мозг, подсоединенный к Великой сети.

Интеллектуальные роботы

Ученые и инженеры стараются сделать механические устройства все более и более похожими на человека не только внешне, но и интеллектуально. Создание роботов, которые бы умели шутить, сопереживать человеку, “понимать” и поддерживать его, - это исключительно привлекательная идея для современной цивилизации: именно такими роботы показаны в фантастических романах и кинофильмах. За основу берется эмоциональное поведение живых людей - их речь, интонации, мимика, поведение. Получившаяся модель алгоритмизируется и превращается в программный код. В результате на экране компьютера уже общаются рисованные человечки, способные и пошутить, и разозлиться.

По прогнозу компании TechCast, к 2022 году интеллектуальные роботы, чувствующие среду окружения, принимающие решения, обучаемые, будут использоваться в 30% домашних хозяйств и организаций.

Аналитики будут не нужны

Миром правит уже не тот, кто владеет информацией, а тот, кто умеет ее фильтровать и обрабатывать. Компьютерные системы не только умеют раскладывать документы по полочкам, но и пытаются понять их содержание. Ученые создали новую форму описания документа, основными элементами которой являются так называемые смысловые единицы. Фактически этот подход является не чем иным, как попыткой реализации механизма абстрактного мышления в системах искусственного интеллекта.

Лет через десять аналитикам, журналистам, переводчикам и многим другим профессионалам придется конкурировать с машинами. Системы будут сами сопоставлять тексты и цифры, после чего делать выводы. И велик риск, что человек эту борьбу проиграет. Уже сейчас компьютер способен переваривать тысячи страниц в секунду, а когда он научится еще и анализировать эту информацию, людям придется туго.

Умные гаджеты

Удивительную систему создали компьютерные специалисты из Дартмутского колледжа (Dartmouth College). Называется новинка "Нейрофон" (NeuroPhone, PDF-документ). Она считывает мозговую деятельность, чтобы управлять приложениями телефона.

Фотографии абонентов попеременно подсвечиваются или выделяются каким-то иным способом. В этот момент человек смотрит на экран телефона и думает о том, кому хочет позвонить. Тут следует сделать оговорку: сначала данные со считывателя попадают на ноутбук, который проводит предварительную обработку сырого сигнала, выделяя из всего потока ту часть информации, которая потребуется именно в данном приложении. Лэптоп через Wi-Fi передаёт этот "промежуточный результат" на iPhone, а тот уже завершает цикл обработки. Использование одного только телефона было бы затруднительным: переваривание всего массива сигналов с сенсоров ЭЭГ – это довольно ресурсоёмкая задача.

Авторы "Нейрофона" признают, что другие технологии управления приложениями мобильника (вроде программ распознавания речи) могут в ряде случаев оказаться удобнее, но зато мысленное управление пригодится там, где нужно подать несколько команд телефону беззвучно и по-прежнему в режиме hands-free.

Вывод

В ходе работы над проектом, изучив и проанализировав все вопросы, я пришёл к выводу о том, что компьютер не может иметь сознания, сколько-нибудь адекватного человеческому. Человеческое мышление, разум, интеллект - продукты биологической и социальной эволюции. Несмотря на утверждения ученых о возможности адекватной компьютерной эволюции, ее реализация невозможна, так как такой эволюцией в конечном счете будет управлять человек.

Сегодня у компьютера недостаточная емкость памяти и быстродействие при синтезе и поиске образов. Мы не знаем, как преобразуется информация в мозгу человека. Мы не знаем, возможно ли математическое описание операций, проводимых мозгом, и насколько оно универсально? Главная проблема, стоящая ныне перед учеными всего мира, состоит в решении сложных вопросов моделирования, а возможно, и воспроизведения нервных процессов, протекающих в человеческом мозге. Она равнозначна задаче получения живого вещества, необязательно белковой природы, искусственным путем. Именно при реализации такого подхода станет возможно, например, моделирование ощущений. Решение этой сложнейшей проблемы имеет, в первую очередь, огромное медицинское значение и чрезвычайно важно для восстановления функций мозга путем трансплантации необходимых частей, Необходимо создать именно биологическое вещество, идентичное по свойствам веществу мозга. По сути, речь идет о создании искусственного мозга. Если такие компьютеры появятся, они, по сути, станут живыми существами. Это пока обсуждается лишь фантастами. В реальности же мы столкнемся с такими моральными проблемами, решить которые еще не готовы. Считать ли такую машину живым существом? Как к ней относиться? Должна ли она обладать правами - и какими? Означает ли прекращение деятельности такой "машины" убийство? Ответов на эти вопросы пока нет и появятся не скоро.

Человечество к этому не готово.

Литература

• 
  Интернет-ресурсы
• 
  Учебник по биологии 8 класс – авт.

А.Г. Драгомилов

• 
  Учебник по информатике 10-11 класс «Информатика и ИКТ» – авт. Н.Д. Угринович