Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— А в чем различие между цифровыми и аналоговыми компьютерами? — спросил мистер Томпкинс.

— В цифровом компьютере, — пояснил специалист по электронике, — дискретные импульсы, которые могут либо быть, либо не быть, представляют числа или логические операции. Так действует, например, Маниак. В аналоговом компьютере числа представлены какой-нибудь физической величиной, скажем, напряжением. Если число 20 представлено напряжением в 20 вольт, а число 40 — напряжением в 40 вольт, то для того, чтобы сложить числа 20 и 40, вам необходимо сложить эти два напряжения. Если вы правильно спроектировали и построили свою электрическую схему, то получите 60 вольт. С помощью различных приемов можно также производить вычитание, умножение, деление и проделывать более сложные операции. В общем и целом при решении многих конкретных задач, в особенности задач очень сложных, аналоговые компьютеры уступают цифровым в точности, но превосходят их в быстродействии. С одним простым аналоговым компьютером вы, несомненно, знакомы, хотя и не догадываетесь об этом Я имею в виду логарифмическую линейку, в которой числа представлены не напряжениями, а длинами отрезков.

— Но из того, что я успел узнать, — перебил собеседника мистер Томпкинс, — вроде следует, что нейрон может находиться либо в возбужденном, либо в невозбужденном состоянии. Никакого промежуточного состояния не существует, между тем, как напряжение на проводнике может принимать любые значения из некоторого диапазона. В человеческом мозге каждый импульс неотличим от другого. Если мы слышим более громкий звук или захотим сильнее напрячь мышцу, то напряжение в нерве не повысится, а увеличится число импульсов проходящих по нервному волокну за одну секунду. Именно поэтому я и считаю наш мозг цифровым устройством.

— Не обязательно, — возразил специалист по электронике. —Представьте себе, что у вас есть труба, по которой течет вода. Вы могли бы сказать, что расход воды — величина, изменяющаяся непрерывно. Но на самом деле вода состоит из отдельных молекул, и поэтому поток воды дискретен! Даже на грубом уровне поток песчинок в песочных часах может показаться непрерывным. Ощущение непрерывности у нас возникает из-за большого числа частиц.

Поэтому если в головном мозгу возбуждается очень большое число частиц (а именно так и происходит), то средняя плотность импульсов может казаться непрерывно изменяющейся величиной. Вполне возможно также, что в каких-то своих областях головной мозг действует как цифровой компьютер, а в каких-то других — как аналоговый компьютер. Но, в чем нет никаких сомнений, так это в том, что мозг представляет собой природное устройство для переработки сигналов.

— Полагаю, все согласятся, — продолжал невролог, — что наш мозг занимается обработкой сигналов, поступающих извне. Мозг упорядочивает эти сигналы и использует, когда решает, что необходимо делать организму. Наша большая проблема состоит в том, чтобы выяснить, как именно это делается. Проектируя и изучая компьютеры, мы можем кое-что понять и почувствовать на интуитивном уровне, но, разумеется, в конечном счете окончательное решение проблемы может быть получено только на основе изучения мозга. Недавно нам удалось узнать кое-что интересное, исследуя весьма необычный мозг — мозг осьминога.

— А чем он так необычен? — спросил мистер Томпкинс. — Тем, что проще человеческого мозга?

— Нет, дело вовсе не в размерах. Разумеется, мозг осьминога меньше человеческого мозга. В нем лишь несколько сотен миллионов нейронов, тогда как у нас их более десяти тысячи миллионов. Истинная причина успеха проведенного нами исследования заключается в другом.

В ходе эволюции мозг осьминога развивался так, что ныне состоит из отдельных долей, разумеется, соединенных между собой. Такая структура позволяет нам иссекать хирургическим путем любую из долей и затем наблюдать за тем, что происходит в уме осьминога после операции.

Как разговаривать с осьминогом, чтобы узнать, о чем он думает?

— Уж не хотите ли вы сказать, что умеете разговаривать с осьминогом и тот сообщает вам о том, что у него на уме? — удивился мистер Томпкинс.

— Разумеется, нет. Но зато мы умеем задавать осьминогу правильные вопросы, а на правильно поставленный вопрос осьминог не преминет дать ответ. Своими вопросами мы пытаемся выяснить, чему осьминог учится и что он забывает.

Как и многие люди, осьминог любит лакомиться крабами. Стоит осьминогу завидеть краба, как он тут же пытается схватить желанную добычу. Один экспериментатор решил воспользоваться этой реакцией осьминога. Он подсоединил к крабу проводок от батареи, поэтому осьминог всякий раз, когда пытался схватить краба, получал легкий удар электрическим током, что осьминогу, разумеется, не нравилось. Когда краб был подключен к батарее, экспериментатор показывал осьминогу белый кружок, а когда краб не был подключен, кружок убирали.

После нескольких попыток осьминог схватил краба. Вы, конечно же, догадались, каким образом можно было бы продолжить эксперимент.

Например, можно было бы использовать кружок, чтобы предупреждать осьминога об опасности, а треугольник — о том, что опасности нет. Такой эксперимент позволил бы выяснить, какие формы может различать осьминог, как скоро он забывает то, чему учится и т. д. Эксперименты такого рода можно сочетать с хирургическими операциями на мозге осьминога. После удаления той или иной доли, можно протестировать способность осьминога к обучению, его память, способность распознавать изображения и многое другое. При виде маленьких осьминогов многие люди передергивают от отвращения плечами, но в действительности осьминожки и забавны, и очень милы.

— А что стало известно в результате опытов с осьминогами? — полюбопытствовал мистер Томпкинс.

— Нам удалось узнать кое-что новое о нашем собственном невежестве. Даже у осьминога мозг устроен очень сложно и совсем не на принципах, как мы их называем, прямого действия. Не существует отдельной группы нейронов, которая порождала бы сигнал «Ага, это круг!» или команду «Хватай краба!» Различные группы клеток, занятые выработкой команды о нападении на краба или связанные с любым другим видом деятельности, образуют систему взаимосвязанных центров, которые стимулируют и тормозят друг друга. Система в целом, так сказать, балансирует на острие ножа. Некоторые центры, обработав всю имеющуюся информацию, весьма сложным образом смещают равновесие. Например, одна из долей мозга осьминога ведает различием между «последовательным» и «одновременным». Нормальный осьминог, научившийся распознавать различие между двумя фигурами, предъявляемыми ему одновременно, сумеет распознать их, если показывать их ему последовательно, одну за другой. Но стоит лишь удалить эту долю мозга, как он утрачивает такую способность. Другие доли мозга ведают принятием решения относительно того, стоит ли вводить некую информацию в память или обрабатывать, приятен некоторый раздражитель или вызывает болевые ощущения и т. д.