Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Недавно ученые обнаружили, что глаза мечехвоста обладают уникальной способностью усиливать контраст между краем видимого объекта и фоном картины. Сигнал зрительного нерва, создаваемый относительно ярким светом, блокирует сигналы, порождаемые относительно слабым светом. В настоящее время ученые пытаются создать электронное устройство, которое могло бы имитировать механизм глаза мечехвоста. Они рассчитывают использовать это устройство в телевизионной установке, которая "просматривала" бы рентгеновские снимки, пленку, заснятую с воздуха, или, возможно, снимки Луны. Поскольку такое устройство должно усиливать контраст на краях объектов на снимках, телевизионное изображение будет легче изучать и анализировать.

Специалисты другой американской фирмы работают над следующей проблемой бионики. Они изучают "третий глаз" рака — некий светочувствительный орган, находящийся на хвосте животного; этот орган позволяет раку "видеть" то, что происходит позади него, и находить темные места для укрытия.

Природа чрезвычайно изобретательна. Настолько изобретательна, что "принцип действия" многих из созданных ею систем до сих пор не вполне ясен специалистам. Одна из проблем — зрение высших животных и, в частности, цветовое зрение.

Известен такой древний рассказ. Александр Македонский, хмурясь, рассматривал некую картину, на которой он был изображен верхом на своем знаменитом коне Буцефале. Свой портрет полководец весьма одобрял, но вот конь... Александр выразил свое неудовольствие художнику. Последний оскорбился и потребовал, чтобы к картине подвели коня. Историки утверждают, что, увидев свое изображение, Буцефал обрадовался и стал бить копытами, взволнованный своей импозантностью.

Достоверность этой истории весьма сомнительна. Однако здесь интересно другое: видят ли животные формы и краски так же (или почти так же), как люди?

Выяснением этого вопроса занялся немецкий зоолог Б. Гримек. И вот что оказалось. Кони принимают чучело лошади за живое существо, за своего сородича. Этот факт кажется совершенно непонятным, если учесть, что у лошадей высоко развито чувство обоняния.

Результат другого эксперимента еще более удивителен. Нарисовав на большом листе бумаги лошадь в натуральную величину, Гримек прибил эту картину к деревянному щиту и поставил его у стенки. Лошади реагировали на портрет своего сородича очень живо. Они толпились вокруг, старались коснуться мордой головы "лошади" — заводили знакомство. Казалось, их совсем не беспокоило, что от рисунка пахнет лишь бумагой и масляной краской. Эти опыты были проделаны в манеже. А на открытом пространстве лошади просто не замечали портретов.

Львы нападали на чучело зебры и, только принявшись рвать его, обнаруживали ошибку. Когда гепарду показывали фильм об антилопах, он бросался на экран с такой яростью, что если бы он не был привязан, то наверняка изорвал бы экран в клочья.

А как обстоит у животных дело с цветоощущением? Исследования показали, что цветную картину мира, подобную той, которую видим мы, "созерцают" далеко не все живые организмы. Наш глаз можно назвать первоклассной "лейкой", заряженной чрезвычайно чувствительной цветной пленкой; по сравнению с ним, например, глаз кальмара или осьминога — это простая фотокамера с малочувствительной черно-белой пленкой. Собаки и кошки, как показали опыты немецкого ученого Дуэккера, почти не различают цветов, совершенно нечувствительны к ним крысы, хомяки, мыши и кролики. Зрительное восприятие дождевого червя ограничивается в лучшем случае определением направления на светящееся тело. Не только цветного, но и черно-белого изображения для червя не существует. А вот олени отличают серый цвет от других. Кони, овцы, свиньи, серны, белки и куницы различают цвета, но только в некоторых областях спектра. Большинство обезьян различает множество цветов. Особенно велика чувствительность к цвету у шимпанзе. Восприятие цвета зависит от числа и спектральной характеристики приемников, имеющихся в светочувствительных клетках зрительного анализатора того или иного животного. Так, светочувствительные клетки морской свинки обладают одним приемником, поэтому перед ней окружающий мир предстает в виде черно-белой фотографии. У черепахи два приемника, и она смотрит на мир как бы сквозь зеленые очки. Зрение пчел, так же как и человека, трехцветно. Иначе говоря, у них есть приемники, "настроенные" на три разных цвета, и все богатство красок воспринимается как определенная комбинация трех основных цветов. Но если для человека основными являются красный, синий и зеленый, то для пчелы это сине-фиолетовый, желто-зелено-оранжевый и... ультрафиолетовый. Да, именно так. Пчела, как мы уже знаем, "видит" незримые для нас ультрафиолетовые лучи, и это помогает ей различать цвета, неразличимые для человека. Так же, как и у человека, зрительный аппарат пчелы снабжен сложнейшим автоматическим регулятором, обеспечивающим независимость окраски от условий освещения. Именно поэтому пчеле, так же как и нам, желтый предмет кажется желтым даже тогда, когда под действием изменившегося солнечного освещения он будет в основном отражать зеленые лучи. Цветовым зрением обладают жуки, мухи и даже древнейшие насекомые — стрекозы. Огромные ячеистые глаза последних, как это удалось недавно установить, обладают интересными особенностями. Оказывается, нижняя их часть ощущает цвета, а верхняя видит все однотонным, причем с наибольшей чувствительностью в голубой области спектра. Это еще раз свидетельствует о том, что природа формировала зрительные анализаторы живых существ не только весьма "продуманно", но и очень рационально, экономно. Действительно, верхняя часть глаза стрекозы всегда смотрит вверх и ей нужно заметить лишь черную мошку на фоне голубого неба. Поэтому цветовое зрение в верхней части глаза было бы для стрекозы уже излишеством!

Как мы видим, за многие годы кропотливых исследований ученые собрали немало ценных сведений о цветовом зрении живых существ. Но большая часть добытых данных имеет чисто описательный характер. Для того же, чтобы создать модель органа зрения, которая могла бы различать цвета или опознавать образы, необходимо знать, как работает зрительный анализатор. Как удается, например, человеку отличить красный цвет от зеленого или различные оттенки одного цвета? Почему смесь основных цветов воспринимается как белый цвет? Каким образом человек опознает образы — отличает, например, стакан от чашки или узнает своих знакомых?

Исследование этой проблемы имеет первостепенное значение прежде всего для понимания работы мозга. Ведь все наше существование протекает в непрерывном контакте с окружающим миром, и, следовательно, наше поведение определяется им все время, без каких-либо исключений. С другой стороны, поскольку количество информации, доставляемой нам зрительно, по крайней мере в 1000 раз превосходит количество информации, получаемой остальными органами чувств, следовало бы использовать принцип организации зрительной системы человека для построения "видящих" автоматов. В отличие от обычной телевизионной системы, передающей только изображения, такие автоматы должны были бы обнаруживать и опознавать те или иные объекты, выполняя до известной степени те же функции, что и зрительная система. Наши глаза всегда готовы воспринять любую частоту из видимого спектра. Они обладают поистине фантастической способностью различать оттенки цвета независимо от того, к какой области видимого света он относится. Специалисты установили, что глаз человека различает около 17 000 оттенков. Вполне возможно, что даже эта цифра преуменьшена и зрение человека еще чувствительнее. А если учесть, что число различимых оттенков может доходить до... 100 миллионов (одних оттенков красного — почти 8 миллионов!), то не подлежит сомнению, что создание автоматов по образу и подобию нашего зрительного анализатора беспредельно расширило бы возможности современной измерительной техники.