Лекции по общей психологии - Лев Ительсон

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:

/ = logan

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 = loga64 = 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, 105 ^ 17

Если принять, что длительность каждого импульса

0,002 сек, а «скважина» между импульсами — до 0,01 сек, то длительность самого длинного слова будет

17-[(0,002 + 0,01):2] ^0,102

Т.е. около 0,1 сек хватит для передачи любого из 100000 возможных сообщений. Если же эти сообщения не равновероятны, то вступает в действие формула (2), и тогда для передачи любого из сообщений понадобится еще меньше времени.

Таким образом, нервная система использует, по-видимому, самый простой из всех возможных кодов. В нем практически совершенно не имеют значения физикохимические свойства используемых знаков и достаточно лишь различать два полярных (т.е. противоположных) состояния нервной клетки.

Что такими состояниями являются потенциалы клеток, а средствами их переноса — электрические импульсы, факт в общем случайный, обусловленный устройством и происхождением нервной системы. В принципе та же функция формирования сигналов о свойствах раздражителя могли бы осуществляться и по-другому.

Например, вполне возможно, что наблюдаемые нами электрические процессы являются лишь побочными или промежуточными эффектами, а основными механизмами кодирования воздействий являются химические реакции и переносчиками информации — определенные молекулы.

Для этого нужно лишь выполнение в них главного требования: чтобы набор химических реакций или молекул оставался тем же для всех видов сигналов, а информация выражалась лишь различием их структуры, т.е. сочетания и расположения этих реакций и молекул в пространстве и времени.

Сегодня мы знаем, что такой механизм кодирования информации действительно используется природой. Во всяком случае, установлено, что генетическая информация, т.е. врожденные программы развития организма, кодируется именно так — различными комбинациями четырех типов атомных групп в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

До сих пор мы говорили об отдельной рецептивной клетке и единственном центростремительном аксоне. Фактически в реакции на каждый раздражитель участвуют обычно множество рецептивных клеток. Такая совокупность рецептивных клеток, вовлеченных в одновременное реагирование на определенный раздражитель, называется рецептивным полем.

Естественно, что рецептивное поле возбуждает уже не один центростремительный аксон, а целую группу таких аксонов. Соответственно, в ответ на действие каждого раздражителя по афферентным нервам одновременно выстреливается целый пучок параллельно бегущих импульсаций.

Иными словами, каждое сообщение о свойствах раздражителя кодируется не только чередованием импульсов во времени, но и мозаикой их распределения в пространстве в каждый момент времени, т.е. рецептивный сигнал имеет четырехмерную структуру.

Следует также учесть, что как показывают исследования, клетки рецептивных полей обычно взаимодействуют не только с раздражителем, но и друг с другом. Параллельные связи и взаимодействия наблюдаются также и между синаптическими окончаниями центростремительных аксонов.

Таким образом, четырехмерный сигнал, идущий по афферентному нерву, является уже не простой трансляцией точечных реакций отдельных рецептивных клеток на раздражитель, а продуктом определенной периферической переработки этих реакций — их суммирований, дифференцировки и т.д. Что дает эта переработка, мы увидим позже, когда займемся отдельными конкретными рецепторами. Итак, четырехмерный, структурированный в пространстве и времени сигнал поступает по центростремительным аксонам в сенсорные клетки центральной нервной системы. Совокупность клеток, аксоны которых идут от рецептивных полей, именуются первичными сенсорными полями.

Первичные сенсорные поля имеют двойственную структуру. Они включают ядро и элементы, рассеянные по коре головного мозга. В ядрах сосредоточены основные массы сенсорных нейронов, к ним идут проводящие пути от рецепторов. Рассеянные элементы находятся за пределами ядра. Они разбросаны в областях по соседству с ядрами других сенсорных полей.

Именно здесь, в сенсорных полях, происходит самый таинственный процесс — превращения этих афферентных сигналов в ощущения.

Ощущения дают уже информацию о свойствах самого раздражителя, а не о свойствах порожденного им сигнала. Действительно, ощущение, например, красного цвета не содержит в себе информации о том, какая структура нервных импульсов его породила. Но зато оно содержит информацию о том, что раздражитель, породивший эту структуру импульсов, излучает электромагнитные волны длиной 0,7—0,8 микрон.

С этой точки зрения, возникновение ощущений можно рассматривать как процесс декодирования (расшифровки) информации, содержащейся в афферентных сигналах.