Тайны, догадки, прозрения (Из истории физиологии) - Яновская Минионна Исламовна (книга бесплатный формат txt) 📗
Давным-давно человек уже создавал автоматические устройства по подобию деятельности живых организмов, начиная от парового котла или часового механизма, хотя, вероятно, большинство их создателей и не подозревало об этом.
А Винер стал сравнивать функции автоматических устройств с функциями живых существ, потому что ничто на Земле не «работает» так безупречно и слаженно, как живой организм.
Это и есть тот неповторимый «стык», без которого немыслимой была бы новая наука: материальность всех функций живых существ, в том числе человека, а раз так — возможность воспроизведения подобных функций — в машинах. Никакой души, создаваемой «высшими силами», — уникально сложная работа уникально сложного, но познаваемого мозга.
То, к чему силой своей гениальной логики пришел в прошлом веке русский физиолог Иван Михайлович Сеченов, американский математик Винер применил к машинам.
Поскольку и животное и машина получают информацию из окружающей среды; поскольку и животное и машина должны, используя эту информацию, выбирать для себя правильное поведение, постольку и животные и машины должны жить в соответствии с внешней средой. Человек не является исключением: все сигналы он получает из окружающей среды, перерабатывает их и соответственно ведет себя в жизни и в обществе.
Винер в своем стремлении навести «порядок» в «хаосе» искал путей для универсального управления. Общий язык и общая методика — вот что нужно для универсального управления человеческим обществом, межпланетной станцией, компьютером — сиделкой у постели больного…
Общий язык для представителей всех разнообразнейших отраслей науки — не более разнообразных, чем «отрасли», функционирующие в мозгу человека.
Для того чтобы создавать машины, по своим характеристикам близкие к мозгу, надо, как минимум, знать эти характеристики.
В 1943 году вокруг Розенблюта собралась уже компания физиологов, хорошо знакомых с математикой и математической логикой. На полном ходу началось взаимное проникновение наук — в поисках «общего языка». Изучались синапсы — места соединений нервных волокон головного мозга; изучались вакуумные лампы в качестве необходимой детали для моделирования нейронных систем. В 1946 году в Мексике в Национальном институте кардиологии, где работал Розенблют, стали изучать рефлекторную реакцию в разных условиях и состояниях. Изучали двигательную мышцу — у кошки.
Кибернетики начали с животного.
Постепенно стало ясным, что сверхбыстрая вычислительная машина может стать идеальной моделью для решения задач, связанных с изучением нервной системы. И мозг и такая машина получают информацию по одним каналам, а передают ее по другим. Ее входные и выходные сигналы могут быть не только числами и графиками, но и показаниями искусственных органов чувств: фотоэлементов (глаз) или термометров (терморегулирующая система в организме). Другие приборы, аналогичные органам и системам животных, смогут наблюдать за работой двигательных органов машины и, замыкая обратную связь, передавать наблюдения в центральную управляющую систему, подобно искусственным двигательным ощущениям. С помощью этих средств можно построить машины со сколь угодно сложным поведением.
Сверхбыстрая вычислительная машина в принципе — та же нервная система.
«Обратные связи» сработали энергично: сперва, чтобы создать электронно-вычислительную машину, потребовалось изучение процессов в головном мозге человека; затем, чтобы изучить процессы в головном мозге человека, понадобилось создание вычислительной машины как модели деятельности мозга.
Нервная сеть в живом организме — автомат, имеющий некоторое число входов — рецепторных нейронов. Среда каким-то образом на них воздействует. Деятельность организма можно себе представить как ответы на соответствующие возбуждения. Для того чтобы ответ был возможен, любой вид возбуждения (или любое событие), вызывающий ответ, должен изменять состояние организма или автомата после того, как событие произошло. Событие, вызывающее ответ, должно быть представимо в автомате.
Автоматы, по Винеру, должны рассматриваться как системы, эффективно связанные с внешним миром потоком энергии, потоком впечатлений (приходящие сообщения) и действий (исходящие сообщения).
В живом организме впечатления объединяются, анализируются и синтезируются в центральной нервной системе; в автоматах — в центральной системе управления. Уравновешивание автомата со средой так же необходимо, как уравновешивание с ней же организмов животных и человека. В организме существует целая батарея «приборов»: «термометры», регуляторы кровяного давления, регуляторы насыщенности крови кислородом, обмена веществ и множество других. Множество разнообразных регуляторов существует и в автоматических устройствах. В организмах животных и человека, способных совершать такие же действия, как и вычислительная система, существуют идеальные реле — нейроны. Под влиянием электрических токов они обнаруживают довольно сложные свойства, но обычно ведут себя по принципу «все или ничего» — либо находятся в покое, либо возбуждены. Активная фаза, передаваемая от возбужденного нейрона к другому с определенной скоростью, как бы «исчерпывает его силы» и наступает период, когда нейрон неспособен приходить в возбуждение. Его можно уподобить реле с двумя состояниями активности: возбуждением и покоем, из которого и нейрон, и реле снова могут прийти в возбуждение.
И дальше Винер делает логическое предположение.
Он говорит: кажется вполне установленным, что после рождения ребенка в мозгу человека не образуется новых нейронов; возможно, хотя и не доказано, что не образуется и новых синапсов; правдоподобна догадка, что основные изменения порогов в процессе запоминания — суть их повышения. Если это так, то наша жизнь построена по принципу «шагреневой кожи» Бальзака. Процесс обучения и запоминания истощает наши способности обучаться и запоминать, пока жизнь не расточит основной капитал жизнеспособности.
Возможно, этим объясняются некоторые процессы старения.
Модель нейрона была создана силами первых ученых-кибернетиков. Они, естественно, встали перед такой необходимостью, коль скоро намерены были «копировать» работу своих машин с человека и прежде всего его высшей нервной деятельности. А нейрон — основа головного мозга, а человек — наилучший образец функционирующей саморегулирующейся системы. Машины, по замыслу кибернетиков, следовало создавать, по возможности, такими же совершенными и такими же способными к обучению. Винеру просто необходимо было «влезть» в самое потаенное — в головной мозг человека.
И напрасно его противопоставляли Павлову — в своих трудах Винер и сам пользовался учением великого русского физиолога: писал, что в природе вычислительных машин нет ничего несовместимого с условными рефлексами и что вполне возможно построить машину, в которой информация будет «записываться» таким же образом, как у человека.
Чтобы построить модель нейрона, надо было определить его характеристики. Но все параметры нейрона неведомы ни одному ученому в мире; те же, которые известны, чрезвычайно сложны и многообразны. Оставалось воспользоваться только некоторыми свойствами и способностями нервных элементов. Иными словами, создать модель только по основным принципам деятельности нейрона, разложив сложное на простое.
В дальнейшем создание радиоэлектронных моделей неопровержимо доказало, что программа простых правил может лежать в основе сложных форм деятельности мозга.
Те, кто моделировал нейрон, вынуждены были пренебречь многим из жизни реальных нейронов: биохимическими и биофизическими процессами, структурой белковых молекул, характером обмена веществ и многим другим. У истинного нейрона были позаимствованы главные признаки — алгоритмы, — и на основании абстрактных представлений создана теория нервной сети. Подобно геометрии, заимствующей у природы основные понятия и опирающейся на создание абстрактных представлений — треугольник, трапеция и т. д., — а затем применяющейся для решения конкретных практических задач, теория нервной сети принесла неоценимую пользу для изучения головного мозга.
