Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Этот случай на первый взгляд может показаться анекдотичным, но за ненадежность электронной аппаратуры в наше время нередко приходится расплачиваться не только отсутствием крова на ночь или потерей вечернего развлечения (в случае выхода телевизора из строя), но и более дорогой ценой — колоссальными экономическими потерями вследствие простоев автоматических линий и цехов, нарушения производственных процессов целых предприятий, где "командиром" является электрон, а иногда и человеческими жизнями. И еще надо иметь в виду следующее. Надежность электронной аппаратуры — это не только обеспечение бесперебойной работы, но еще и гарантия высокой точности ее работы. Например, кремний для полупроводниковых фотоэлементов должен обладать неслыханной чистотой: допустимо не более одного атома посторонней примеси на каждые 10 миллиардов атомов полупроводника. Аппаратура, которая контролирует чистоту кремния, должна, естественно, отличаться необыкновенной точностью работы, а значит, и исключительной надежностью. Надежность, т. е. вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени в определенных эксплуатационных условиях, — важнейшая характеристика современной сложной электронной аппаратуры. Надежность электронной системы равна произведению надежностей всех входящих в нее элементов. Поэтому, если предположить, что вероятность безотказной работы искусственного нейрона в течение 1000 час составляет 0,999, то надежность гипотетического искусственного мозга, состоящего из 1010 таких нейронов, составит 0,99910 — ничтожно малое число, которое следует интерпретировать таким образом, что машина не проработает и секунды после первого включения.

Еще пример. Если в системе управления ракетой имеется тысяча электронных компонент и надежность каждой равняется 0,95, то общая надежность системы выразится десятичной дробью, в которой перед первой значащей цифрой после запятой будет стоять 21 нуль! Такая надежность соответствует следующей ситуации: если ежесекундно запускается миллион ракет, то в течение 300 миллионов лет лишь один запуск окажется вполне удачным. В остальных случаях на той или иной стадии полета в ракете возникнет неисправность.

Между тем современные ракеты насчитывают гораздо большее число деталей, чем мы предположили в нашем примере. В частности, система управления американского межконтинентального снаряда "Атлас" состоит более чем из 300 000 элементов. Если принять, что в среднем при каждом запуске ракеты выходит из строя 1 деталь из 100 000, а это, по американским данным, близко к действительному положению дел, то из 100 запусков лишь около 5 окажутся удачными. В остальных случаях в газетах появятся сообщения: "Вчера на мысе Кеннеди произведен очередной запуск ракеты... Из-за неисправностей в системе управления... по команде с Земли ракета была взорвана в воздухе".

Причин к выходу из строя той или иной детали в современной электронной аппаратуре довольно много: здесь и широкий интервал изменения температур и давления, недолговечность многих компонент, удары, вибрации, пыль, влажность, грибки, радиация и т. д. Другое дело — человеческий мозг. Хотя его отдельные элементы, по-видимому, не более надежны, чем элементы любого электронного устройства, мозг человека способен функционировать непрерывно и бесперебойно в течение длительного времени — на протяжении всей жизни человека в самых разнообразных условиях: в жару и в стужу, в кромешной тьме и при ослепительном сиянии Солнца, в полном одиночестве и в контакте с тысячью умов. Его подвергают наркозу, но человек не погибает от расстройства дыхания. Большие дозы алкоголя опьяняют мозг, но и в таком состоянии он помогает своему "хозяину" найти дорогу домой. Нередко мозг претерпевает механические, термические, биологические, лучевые травмы, кровоизлияния, инфекционные процессы разрушают те или иные участки центральной нервной системы, гибнут тысячи нейронов, а мозг продолжает жить и творить. Так, например, в недавно изданной у нас книге Д. Вулдриджа "Механизмы мозга" описан поразительный случай, происшедший в сентябре 1848 г. со старшим мастером бригады дорожников-строителей Финеасом Гейджем.

"По-видимому, — пишет Вулдридж, — Гейдж заложил пороховой заряд в отверстие, пробитое в скале, подготовляя очередной взрыв. После этого его помощник должен был, как обычно, засыпать порох сверху песком.

По какой-то причине это не было сделано, а Финеас Гейдж пренебрег проверкой выполнения этой операции. Вместо этого, полагая, что порох прикрыт песком, он опустил в отверстие тяжелую железную трамбовку, не придерживая ее. Результат был катастрофическим: железная палка, ударившись о скалу, высекла искру, воспламенила порох и устремилась к небесам. На своем пути эта палка длиной больше метра и толщиной 3 сантиметра насквозь пронзила головной мозг Гейджа, войдя через его левую щеку и выйдя около темени.

В течение часа Гейдж находился в оглушенном состоянии, после чего он смог с помощью сопровождавших его людей пойти к хирургу и по дороге спокойно и невозмутимо рассуждал о дырке в своей голове. В конце концов он оправился от инфекции, развившейся в ране, и прожил еще 12 лет. Гейдж кончил свою жизнь в Сан-Франциско, где он умер при обстоятельствах, потребовавших вскрытия тела. Несомненно, что только благодаря этому случайному обстоятельству ученые-медики смогли проверить эту историю путем прямого исследования поврежденного мозга. Выяснилось, что не только левая лобная доля подверглась тяжелому повреждению, но травма распространилась и на правую лобную долю...

Как ни поразителен был счастливый исход столь внушительной травмы, не менее поразительными оказались ее последствия. Поражало в них именно отсутствие резких изменений психики. Гейдж по-прежнему оставался дееспособной личностью: у него не обнаруживалось никакой потери памяти, и он был в состоянии заниматься своим делом".

Череп Гейджа и железная палка ныне экспонируются в Гарвардском университете как символ исключительной надежности человеческого мозга.

Возможно, описанный случай, происшедший с Фине-асом Гейджем, является в истории медицины беспрецедентным. Но если вы поговорите с любым нейрохирургом, то он расскажет вам о десятках и сотнях других самых невероятных, порой фантастических случаях, когда больным вместе с опухолями, осколками мин и снарядов удаляли значительную часть мозга и они по выздоровлении продолжали плодотворно работать, причем в сфере интеллектуального труда. И в этом нет ничего удивительного. Надежность — ключевая, острейшая проблема современной радиоэлектроники и кибернетики — блестяще разрешена живой природой в устройстве головного мозга и нервной системы человека. И не только человека, но и животных. Высочайшая надежность биологических систем возникла в результате длительного эволюционного процесса в условиях изменчивой внешней среды. В жестокой конкурентной борьбе за существование, длившейся сотни и тысячи миллионов лет, живые организмы и, в частности, мозг обрели ту надежность, которой мы не перестаем сегодня восхищаться.