Лев Ительсон - Лекции по общей психологии

Таким образом, и на уровне специфической раздражимости происходит фильтрация, отбор тех видов раздражителей, на которые откликается рецептор.

Механизм следующих за раздражением процессов нам уже знаком. Потенциалы, возникающие в рецептивных клетках, вызывают электрические импульсы в начале сопряженного с ним центростремительного аксона. Частота и ритм этих импульсов определяются уровнем потенциала, возникшего в рецептивной клетке. Наведенные им импульсы бегут по аксону, передаваемые, как эстафета, от участка к участку (через перехваты Ранвье) с помощью уже известных нам ионных механизмов переразрядки. Достигая тела сенсорного нейрона, они создают в нем потенциал возбуждения. Через дендриты окружающих нейронов этот потенциал оказывает влияние на их состояния, на химизм меж-синаптических щелей и глии и т.д.

Как видим, наше первоначальное сравнение рецепторов с окнами, через которые мозг заглядывает в окружающий мир, по-существу, неверно. Рецептивные элементы скорее похожи на датчики, вроде микрофона, иконоскопа, термопары. Так же, как эти приборы, они переводят звуковую, световую, тепловую и другие виды энергии в колебания электрических потенциалов, а последние — в серии электрических импульсов, структура которых соответствует структуре энергетических воздействий на соответствующие рецептивные элементы.

Каким же образом кодируются в этих импульсах различия между энергетическими свойствами раздражителей?

Первая идея, как будто самая естественная, это зависимость между величиной энергетического воздействия раздражителя и величиной импульса, который им порождается. Например, чем ярче свет, тем больше потенциал импульса в зрительном нерве, чем громче звук, тем сильнее порождаемый им импульс, и обратно. Такой принцип формирования сигналов о состояниях определенного источника энергии называют в технике амплитудной модуляцией. Он используется в микрофонах, иконоскопах, обычных радиопередатчиках, многих измерительных устройствах (например, термометрах, манометрах и т.п.).

Фактически, однако, дело обстоит не так просто. В рецептивных клетках принцип амплитудной модуляции действительно обычно используется: чем интенсивнее разраздражитель, тем выше потенциал раздражения.

Но уже в центростремительных аксонах циркулируют, как мы знаем, только стандартные импульсы одинаковой величины и формы.

Соответственно, и уровень энергии раздражителя на входе рецепторов, и ее распределение, и ее колебания кодируются только частотой и ритмом следования электрохимических импульсов в центростремительных аксонах. В технике такой принцип формирования сигналов

о состояниях определенного источника энергии называют частотной модуляцией. Он используется, например, в ультракоротковолновых радиопередатчиках и некоторых других устройствах. По сравнению с другими способами модуляции (например, обычной амплитудной) этот способ имеет то преимущество, что он является наиболее помехоустойчивым.

Нетрудно заметить, что описанный механизм действительно решает задачу превращения в сигналы тех событий, которые происходят в нервной системе под влиянием внешних воздействий. Поскольку любой вид энергии кодируется в рецепторах одинаково — электрическими импульсами с напряжением около +40 милливольт и длительностью около 2 миллисекунд — физические свойства самого импульса не несут никакой информации. Все свойства раздражителя отражаются лишь частотой и ритмом этих импульсов, т.е. их расположением в пространстве и времени. Но ведь это и означает, что информация кодируется не физико-хими-ческими свойствами событий, происходящих в нервных клетках, а только структурой этих событий, т.е. их соотношениями в пространстве и времени.

Описанная особенность является свойством любого кода с конечным алфавитом знаков. Так, например, код письменной речи в русском языке содержит 33 знака (включая пробел, т.е. конец слова). Сама по себе буква (или соответствующий ей знак) ничего не обозначает. Сигнал возникает как комбинация букв. Причем все зависит от его структуры. Так, например, сочетания «кот» и «ток» несут совершенно разную информацию, хотя состоят из тех же знаков.

Самым простым из всех возможных кодов является двоичный, т.е. состоящий из двух знаков, например, 0 и 1.

Несмотря на такую его простоту, в этом коде можно выразить любую информацию. Так, число можно будет записывать в двоичной системе счисления, как сумму степеней двойки. (В принятой десятичной системе они записываются, как сумма степеней десятки).

Например, число 125 означает

Ь10* + 2. ИР + б* 10°

В двоичной системе то же самое число запишется как: 1111101, что означает

(64) (32) (16) (8) (4) (0) (1)

А как выразить слова? Очень просто. Пронумеруем все буквы алфавита. Тогда «к» получит номер 10, «о» — И, «т» — 18. Слово «кот» запишется:

1010—1110—10010 к—10) (о—14) (т—18)

10010—1110—1010

Нетрудно заметить, что при переходе от тридцатидвухзначного кода к двухзначному информация сохранилась. Изменилось только количество знаков, которые потребовались для передачи того же сообщения. (В двузначном — 13, а в 32-значном — 3.)

Существует формула, которая определяет число букв в коде, достаточное для передачи определенного количества сведений, сообщений:

/ = log an

где /— число знаков, достаточное, чтобы передать п различных сообщений в коде, имеющем алфавит из а разных букв.

Например, в двоичном коде, чтобы описать 64 разных состояния действительности понадобятся слова длиною до

I = log a64 = 6

т.е. до шести букв.

Если состояния неравновероятны, т.е. одни сообщения будут поступать чаще, а другие реже, применяется более общая формула

(=п

где Pi — вероятность состояния (т.е. сообщения),

2 — знак суммирования по всем возможным состояниям.

В кибернетике величину Н называют энтропией, а величину (—Н) информацией.

Как и в примере с буквами, знаки 1 и 0 сами по себе ничего не означают. Информацию несет только определенное их сочетание, т.е. структура сигнала, образованного из них.

Нетрудно заметить, что переработка энергии раздражителя в события внутри рецепторного аппарата по своему характеру вполне аналогична процессу двоичного кодирования информации о свойствах этого раздражителя.

Попробуем применить формулу (1) для вычисления «длины слов» в этом алфавите. Предположим, что рецептор в состоянии передать 100 тысяч различных сообщений. (Примерно таковы, по-видимому, информационные возможности зрительного рецептора.) Тогда для отражения ста тысяч различающихся состояний раздражителя понадобятся слова длиною до

/ = log, 10 5^ 17