Станислав Лем - Диалоги

ФИЛОНУС. Нет, это не обязательно. Мы не должны воссоздавать мозг-чудовище, состоящий из такого количества единичных сетей, которое отражает число членов в обществе. Нам на помощь приходит явление, известное из других областей научного исследования, например, из физики или биологии. Я имею в виду статистические закономерности, а также статистические корреляции определенных параметров.

ГИЛАС. У меня вызывает легкое беспокойство тот факт, что уже в самом начале нашей беседы ты привлекаешь математические понятия. Не заведет ли это нас в глухую чащу абстрактных понятий, где мы затеряемся навсегда?

ФИЛОНУС. Математические методы, необходимые для создания теории общественных процессов, действительно достаточно сложны, но мы не станем в них углубляться, тем более что они пока еще во многом фрагментарны и несовершенны. Именно поэтому нам не удастся представить стройную систему общественной деятельности человека – в лучшем случае мы местами прольем свет на эту непомерно обширную проблему. Начнем с главного.

В основе своей организм обладает только так называемой отрицательной обратной связью. Мы потому ее так называем, что она обнаруживает постоянную тенденцию к уменьшению влияния, отклоняющего сеть от ее цели. Орудие противовоздушной обороны в последующих выстрелах корректирует точность попадания в цель. Автопилот постепенно уменьшает отклонение самолета от выбранного курса. Работа сети с отрицательной обратной связью, подверженной воздействию сил, смещающих ее с выбранного пути, характеризуется, следовательно, серией уменьшающихся осцилляций (колебаний) (ошибка в одну сторону – коррекция – ошибка в другую сторону – коррекция – попадание). Однако существует другой вид обратной связи, а именно – положительная. Эта обратная связь не уменьшает действие импульса, а наоборот, усиливает его. Чем активнее импульс, тем значительнее его усиливает такая обратная связь. Этот принцип используется в некоторых радиотехнических устройствах, например, в усилителях (так называемых реакционных). В организме положительная обратная связь происходит только в области патологии, поэтому действие этого вида обратной связи для сети (и организма) в принципе вредное.

ГИЛАС. Подожди-ка. Я пытаюсь вспомнить, что ты говорил о возможности «раскачки» электрических потенциалов коры мозга с помощью зрительных световых импульсов специально подобранной частоты. Это приводит к возрастающим колебаниям тока, заканчивающимся в итоге эпилептическим припадком. Значит, в этом случае в коре головного мозга действует положительная обратная связь?

ФИЛОНУС. К сожалению, все не так просто. Непонятно, имеем ли мы в этом случае дело с положительной обратной связью или же с отрицательной, побуждаемой к возрастанию осцилляций.

ГИЛАС. Что еще за осцилляции?

ФИЛОНУС. Обратная связь отвечает реакцией на импульс не сразу, а всегда с некоторым запаздыванием. Импульс должен поступить в сеть, должно произойти переключение, должен быть послан корректирующий импульс (ответ) – все это требует времени. Поэтому возьмем, к примеру, автопилот и управляемый им самолет. На отклонение от курса, вызванное порывом ветра, пилот отвечает тем, что отводит руль в противоположную сторону, но не мгновенно, а чуть запаздывая. Оба отклонения (вызванное ветром и реакцией пилота) накладываются друг на друга – и курс остается прежним. То есть практически он не меняется, но в действительности можно наблюдать отклонение от прямой линии: сначала колебание, вызванное ветром, а потом второе, в противоположную сторону, произведенное рулем. Если бы ветер не дул постоянно, а налетал ритмическими ударами с периодом, равным времени задержки реакции пилота, тогда эти колебания то влево, то вправо происходили бы постоянно, и вся система начала бы ритмично осциллировать. Это стремление к осцилляции – ахиллесова пята самоуправляемых систем с отрицательной обратной связью. В общем, мы говорим, что если импульс действует не постоянно, а с определенной частотой и эта частота приближается к времени задержки данной системы, то система впадает в осцилляцию. Когда обратная связь, стремясь ликвидировать отклонение, вызванное импульсом, увеличивает корректирующее отклонение, результат становится (если импульс ритмичный) обратным намерению: амплитуда осцилляции растет, а не уменьшается, и может привести к тому, что система перейдет порог прочности и сломается. Осцилляции подвержена любая система с обратной связью, если ее задержка реакции накладывается (при ритмичном импульсе) на половину периода осцилляции.

ГИЛАС. Признаюсь, мне это непонятно.

ФИЛОНУС. Правда? Ну представь себе наш самолет, который порывы ветра смещают с курса за те же самые промежутки времени, каких требует реакция пилота. Результатом будет серия постоянно чередующихся отклонений то в одну, то в другую сторону, так что линия полета превратится в синусоиду. Разумеется, разные системы имеют разное время задержки. В электрической сети оно равно тысячным долям секунды, в нейронной – десятым долям. Механизм всего явления нагляднее всего представляет простой график.

Импульс ___________

Реакция _ _ _ _ _ _ _ _

В этом случае излишняя коррекция, то есть когда корректирующее отклонение больше отклонений, вызванных импульсом, приводит к возрастанию осцилляции. Когда отклонения импульса и реакции равны, амплитуда осцилляции будет постоянной. С положительной обратной связью зависимость между импульсом и реакцией обратная, поскольку отклонение происходит в ту же самую сторону, то есть оно совпадает со знаком действия импульса:

Импульс ___________

Реакция _ _ _ _ _ _ _ _

Несмотря на то что при отрицательной обратной связи отклонения колебаний направлены в противоположную сторону от отклонений импульса, а при положительной – в ту же самую, как в том, так и в другом случае в результате произойдет сохранение осцилляции, а не ее уменьшение. Отрицательная обратная связь подавляет все импульсы за исключением тех, которые действуют в промежутках времени, равных его собственному времени задержки (или кратных ему), в свою очередь, положительная обратная связь импульсов не подавляет.

ГИЛАС. Кажется, теперь я уже более или менее понимаю, о чем идет речь, вот только не понимаю, почему ты так подробно анализируешь явление осцилляции, возникающей в системах с обратной связью?