5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Бионика Жерарден Л

~I I I

~а

-4-"--

1

+---

6

2

RT

о

Рис. 21. Три типа сосгаВIIЫХ элемептов нейристорных устройств

(по Х. КреЙну).

1 направо, де.1ИТСЯ в точке N на два идентичных им­

пульса, двигающихся по проводникаы 2 и 3. Эта фи­ гура совершенно симметрична, и любой из трех про­

водников соединения типа Т может служить ВХОДОi\I.

Нейронная сеть пропускает импул.ьс только в одном

направлении, так как синапсы имеют одностороннюю

проводимость. Эту особенность можно моделировать, совмещая соединения типа R и типа Т (рис. 21,в).

В соединении Тllпа RT возбуждение, поступающее в

80

o

г

б

Рис. 22. Схема «каче.lеИ» на псiiристорах (по Х. КреЙну).

1 - ОСНОВНОЙ вход; 2 -I{ОЛЬЦО С за:-,.tКНУТоЙ Цlfркуляцией; 3 - ycrpoi:CTBO, подобное «ка ЧС~1Яl\I».

проводник 1, проходит общую зону 11 разделяете"

в точке N. Оно не встречает преПЯТСТВIIй в продвиже­

нии направо (в направлеIIИИ 2), но не ~IOжет вернуть­ ся налево (В напраВЛСIIIШ З), так как общая зона IЗ

этот момент lIe ПРОВОД!IТ возБУiКдения.

Показать, как ЭТII элементы можно скомбшшро­

вать в вычислительной машине, слишком сложно, да

это и не входит В задачи данной главы. Но для заин­

тересовавшихся читате,1]ей одного при мера будет впол­

не достаточно. Это «качелн» (триггер) ,;. Ка!( по-

* Так называемые качели ЭКК,lе-)Курдана реа.1НЗУЮТСЯ путе~1 спаривания триодов таким образо", что напряжение на сетке одного управ.lяется анодным токо/.! другого, 11 наоборот. ПОЭТО~IУ

I\аждая такая пара имеет всего Д[jа устоiiЧIJВLIХ состояння. Cxe~la

работает по принципу «да» ИЛИ «нет», JI ток JIибо ПРОХОДIIТ,

.~l1бо не проходит.

81

казываст название, этот электронный прибор при

получении сигнала на входе «перескакивает» из исход­

ного состояния (А) в другое состояние (Б). Наиболее

распространенная l\fодель в счетных устройствах на­

зывается «бистейбл» (двоякоустойчивая), в ней состояния А и Б одинакова стабильны и отрегулиро~

ваны так, что если первый сигна.1J переводит модель

из состояния А в состояние Б, то следующий сигнал

заставляет ее возвращаться из состояния Б в состоя~

IIне А.

Итак, сигналы, поданные на вход качелей с опре­

деленной частотой, появляются на выходе А с часто­

той вдвое меньше исходной. Это позволяет произво­ дить арифметические действия.

сигнал, поданный на вход (1), приводит через соеди­

нение TR в возбуждение замкнутую петлю (2). Им­

пульс, поданный на эту петлю, циркулирует в ней He~

прерывно. Таким образом, петля действует как маят­

ник.

При каждом взмахе маятника импульс, не затухая,

раздваивается на Т1, а затем на Т2 по направлению к дву!\! проводникам а и б, которые имеют выходы В1 И В2. Однако эти выходы тормозят друг друга, так как

перед ними расположены реактивные пути в и г и

стыки R1 И R2.' Предположим, что возбуждение от

сигнала, введенного в прибор, достигло выхода В1• По

пути оно доходиг по проводнику г до стыка R2 , где сталкивается с возбуждением, которое прошло по ли­

нии б, и они гасят друг друга. Следовательно, при

наличии сигнала на выходе В1 на другом выходе В2

сигнал отсутствует. А то возбуждение, которое прошло на В1, возвращается по пути в к сть]]{у Rl, где сталки­

вается с возбуждением следующего цикла, которое

идет по пути а. Они оба угасают, и во втором цикле

на выходе В1 сигнала не будет. Возбуждение, которое циркулировало по б, приходит без помех на выход В2,

и процесс повторяется. Следует подбирать такую дли­ ну проводников нейристора, чтобы динамические

столкновения возникали в точно определенные момен­ ты времени.

82

ГЛАВА 5

МИРЫ ЧУВСТВ

ВЛИЯНИЕ ЧУВСТI3 НА ПОВЕДЕНИЕ

На одно живое существо нельзя считать совершен­

но аПТОIIОМНОЙ системой, зам-кнутой в самой себе.

Напротив, 0110 находится в постоянном и активном

.взаимодействии с окру)кающеI"r средой. Оно непрерыв­

но подвергается воздействию внешней среды, прини­

мап ежеминутно сотни внешних раздражений. Вне­

заПJюе прекращение потока ощущений, который про­

ШIК(lСТ Б живое существо через органы чувств, может

Иi\1еть самые серьезные ПОС.IJСДСТВИЯ. Новейшие иссле­

доваШIЯ показывают, что у человека, полностью изо­

лированного от внешнсй среды, появляются признаки ПСIIХllческого расстройства: он теряет представление

о врс~!ени, eAIY начинает казаться, например, что его

ГО,10ва распухает ию! У:\lеНЬШ(lется, а то и вовсе от­

J\СЛЯСТСЯ от ТС.'1а, З(lтем начинаются галлюцинации.

И еС.1!! э!{спеРИi\IСIIТ ПРОДО,1жать, то не иск.гlючена ве­

РОЯТlIOСТЬ, что он приведет к безумию.

Ощущения - это не просто роскошь, без которой

1I1ОЖНО обойтись, они составляют существенную и не­ отъеЛlлемую часть живого существа. Если мы считаем, что необходимо питаться, чтобы снабжать наши клет­

IШ энергией, то еще бо/!ее важно обеспечить постоян­ ный приток ощущений для нашей нервной системы.

Каждое животное среди неисчерпаемого разнообра­ зип пищи находит наиболее приемлемую для себя:

овца не ест l\!яса, а хищник недолго протянет, если

его I\ОРМИТЬ травой. То же самое наблюдается и в

мирс чувств: органы чувств животных обладают вы­

сокой избирательностью, они ПРИI-Iимают только ту

ИНфОР;'lацию, которая существенна для жизни 11

сохранения данного вида. В общем можно без преуве­

личеНIIЯ сказать, что органы чувств каждого существа

создают его собственны!'"! 1IIИр внутри обитаемой Все­

ленной.

NIожно подумать, что ,v!Ир вокруг нас одинаков д;rя всех населяющих его живых существ. Это далеко

84

не так ~. Конечно, неI30ЗМОЖНО поменяться ыестаl\Ш

с ЖИI30ТНЫЫ И точно узнать, как выглядит его мир.

Но есть ВОЗМОЖНОСТЬ при близиться к пониыанию этого мира, вниыательно наблюдая поведение животных и

подвергая его тщательному физиологичеСl\ОМУ ана­

лизу.

ПеренесеЛ1СЯ мысленно на цветущий летний луг. Вселенная муравья очень мала: всего lIесколько тро­

ПИНОI<, проложенных от муравейника к местам добы­

вания пищн. ПО ЭТИl\i тропинкаы муравьи постоянно

бегают туда и обратно, и мы замечаеы, что иногда

они как бы ощупывают или пробуют зеШ1l0 усиками.

Муравьи практически !!ичt:го не видят, и это понятно:

к чему им зрение в вечной тьме подземных галерей?

Но природа нашла другое чувство, одинаКОI30 эффек­ тивное и днеы и ночью. Это чувство - обоняние. Му­

равьиные тропы представляют собой прежде все! о

пахучие дороги, поэтому муравьи !l «ощупывают»

путь перед собой. Человеку трудно вообразить себе

мир, состоящий из запахов, потому что lIаше обоняние развито очень слабо. Но один из верных спутникоI3

человека, собака, тоже живет в мире запахов. Человек узнает своих друзей по чертам лица, а собака узнает хозяев по комплексу запахов. Надо сказать, это этоr КО~IПJlеl<С столь же индивидуален и облад,§!ет таКИМlI

же ТОНlшми раЗЛИЧИЯЫI!, как для нас - черты лица.

Собака, все время принюхиваясь, видит при этом до­

вольно плохо, 'Не больше, чем нужно, чтобы раЗГJlядетr~ ЗСI\lЛЮ, по которой она бежит. При этом она даже не различает цвета (из всех 1\1лекопитающих эта приви­

.1Jегия дарована только человеку и обезьяне). ВIIд!lМЫЙ мир собаки очень беден и похож на черно-белый фильм, но 011 играет всего-навсего второстепенную роль. Главное в ее мире - запахи.

Картина переменится, если мы обратим вrшмаНlIс не на муравья, а на .'Iягушку, живущую на берегу ручья. J\'lир лягушки - зримый, как и 1\IИР человека.

Но между этими мирами нет ничего общего. Лягушка

не видит пестрых цветов, покрывающих СlУГ. Однако

* Речь идет трлько о раз.1НЧIlОМ ВОСПРИЯ11111 Вllешнего

мира.

85

по' образу жизни, теы более непохож мир чувств одно­

го на мир чувств другого. Многие птицы - превосхоД~

ные летуны; значит, ИМ нужно видеть как можно даль­ ше, а ес.'IИ так, то они ДОJIЖНЫ И:l!еть очень острое

зрение.

lIзвестный ПРИl\lер - хищные птицы, KOTopble кру­

жат в небе, выискивая добычу на земле и, заметиq

мышь или кролика, ПИКИРУlOт с высоты и без промаХq

настигают жертву. Птицы хорошо различают цветаi

цвет, очевидно, помогает им ВОСПРИНИ:llать рельеФI Пробле1\!а восприятия рельефа вызывала много спо­

ров: можно ли объяснить это явление ТОЛЬКО биноку;

лярным зрением? Ведь известно, что человек разли~

чает рельеф на цветном изображении гораздо лучше, чем на черно-беЛОl\'1. Каждый глаз птицы в отличие

от глаза человека имеет свое отдельное поле зрения-;

у птиц глаза расположены по бокам головы. Самая

поразительная в этом смысле птица - бекас, у кото­

рого каждый глаз видит больше половины горизонта.

Поэтому одним бинокулярным зрением нельзя объяс­

нить, как происходит восприятие рельефа. Должно быть, цвет играет главную роль в ЭТОМ вое...

приятии.

Мир зрения, мир запаха,.. А нет ли других ВОЗl\IOЖ~

ностей чувственного анализа мира? Разумеется, eCTbi разнообразие чувств почти безгранично. Представим себе тот же луг поздним вечером; все затихает. Но ле· тучие мыши, преследующие в темноте комаров и ба~ бочек, живут в ыире резких криков, недоступных на·

шему слуху.

На этом можно было бы остановиться, Нам уже

ясно, что даже на маленьком участке земли, в одина­

ковых условиях мы встречаем различные миры чувств.

Каждый вид получает свою, специфическую ИНфОР1\!а­

цию, жизненно ему необходимую. Этих различных миров столько же, сколько видов, обитающих на

Земле.

Чем выше развитие данной формы жизни, те1\! раз­

нообразнее ее жизненные потребности и тем более

развиты должны быть ее чувства. Но совершенствова­

лись ли чувства по мере развития определенной формы

жизни, или эта форма жизни достигла высокого совер­

шенства потому, что ей были присущи высокоразви-

87

тые чувства? На этот вопрос, ПО-ВИДИl\IOl\!У. очень

трудно ответить: слишком переплелись эти понятия

за два миллиарда лет существования жизни на

ЗСl\lле.

ИСКУССТВЕННОЕ ДОПОЛНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ

ЧУВСТВ

Оставляя другим решение этой проблеыы, бионИI<

обратит внимание только на вывод: чувства, присущие

данному виду, выделяют тот мир, в котором он живет.

Каждое новое приобретение в процессе ЭВОЛЮЦИI1бо­

лее совершенные органы чувств или совсем новые чув­

ства - расширяет этот мир. Особенно это верно по от­

ношению к человеку - разум позволяет ему быстро

добиться того, что очень медленно появляется в про­ цессе эволюции и естественного отбора. Расширение мира чувств человека происходит взрывообразно, на­

поминая цепную реакцию, потоыу что каждое дости­

жение в этом мире порождает новые идеи, которые со­

здают плацдарм для новых завоеваний. С давних вре­

мен человек старался только расширить поле действия своих природных чувств, как бы наращивая их. Это

легло в основу современных завоеваний науки, начало

ЕОТОРЫМ положило изобретение подзорной трубы и микроскопа: метафизические рассуждения о строении

l\lИра и его законах уступили место исследованию

иного, незнакомого мира. Но человек не остановился

на усовершенствовании своих природных чувств - 011

овладел новыми чувствами. Он открыл чудесный мир электрона и электромагнитных волн. Несомненно, са­

мое важное последствие этого ОТКРЫТИЯ - появление

усилителя, сначала лампового, а в наше время­

транзисторного. Усилитель буквально совершил пере­ ворот в современной науке. Любое физическое явле­

ние - звук, ультразвук, свет, тепловое излучение, Te~­

пера туру, давление, движение, скорость, ускорение,

плотность тела, движение частиц атома - стало воз­

можно преобразовать в электрические сигналы усили­

теля и прие·мника.

Приведеl\l несколько примеров. Каждый знает ми­

крофон в телефонной трубке, который трансформи-

88

рует звуки речи в низкочастотные сигна.гIЫ; пьезоэлек­

ТРllческий КРl!ста"~л !шарца чувствителен !( давлению

11 преобразует его в элеКТРlIческие сигналы, пропор­

цнональные по Сllле; по I1Зl\lеllеншо электрического

сопротивления ыетал.гшчеСi{оii НlПIf измеряют темпе­

ратуру; скорость 1\I3ШИНЫ может быть измерена при

ПОl\lОЩИ связанного с колеСQ;\1 динамо, в котором воз­

J]lшает электрическое напряжеНllе, пропорциональное

скорости машины. Иногда сигнал в преобразователе очень слаб, но как бы слаб он ни БЫJ!, его всегда мо­

жно УСIlЛИТЬ, cpaBHIITb с другими сигналами, подверг­

нуть обработке на· вычислительных машинах и окон­

чательно оформить в виде выводов !I законов, кото­ рые расширяют пределы наших знаний. Но во I\IНОГИХ

областях уже достигнута граНllца чувствительности­

та самая граница, за которой ШУI\I мешает ВОСПРIIНИ-

1\laTb сигналы. Ее можно персшагнуть; единственны!! путь к этому - глубокое охлаждение приеМlIlIка II входа связанного с ним УСllлителя. Именно ПОЭТ01llУ

уснлители радиотелескопов - I игантских антенн, y.~aB­

Лllвающих сигналы отдаленных галактик, - представ­

ляют собой l\Iазеры, пзвешеНllые в ЖИДI{ОМ гелии, те1\!­

пература которого 6/lI1зка [{ аБСОЛЮТНОI\lУ нулю. Самое удивительное то, что в природных орга­

нах чувств мы не находим никаких уси.rIИтелеЙ. Разно: образие клеток на входах рецепторов почти бесконеч­ но, и на первый взгляд оно обескураживает, потому что, казалось бы, ДОЮIШО повлечь за собой бес­ численные варианты структур и организации. Но lIЗу­

чение передачи сигналов в нервной системе показало, что в действительности за этим видимым разнообра­

зием скрыто принципиалыюе еДIlНСТВО, так как в нер­

вной систеые функционируют только сиrналы опреде­

ленного рода, и это касается всех живых существ, на

каком бы уровне развития они ни находились. Так же

как современная наука старается преобразовать псе

физические явления в электрические сигналы, которые

.1егко поддаются обработке, все чувствительные клет­ IШ любого рода преобразуют п~)Лученное раздраже­

ние - независимо от его характера - в серию нерв­

ных импульсов.

Форма импульса не может нест!! информацию, по­

тому что, как мы уже знае~l, она зависит только от

89