Механизмы мозга - Дун

продавать билеты, бронировать места по предварительным заказам и доставлять пассажиров из одного пункта в другой. И все же, несмотря на почти полное тождество этих «чисто функциональных» моментов, никто из этого не заключит, что и технические решения здесь настолько сходны, что конструкторы пароходов и реактивных самолетов могли бы извлечь для себя большую пользу, заглядывая друг другу через плечо. Не так ли обстоит дело с вычислительными машинами и мозгом? Быть может, сходные функциональные результаты достигаются здесь с помощью столь различных механизмов, что нельзя ожидать сколько-нибудь существенной пользы от «перекрестного оплодотворения» этих двух областей?

Что различия велики — это очевидно. Сравнивая внешний вид мозга и современной вычислительной машины, мы вряд ли усмотрим большое «фамильное сходство» между ними. Но мы не должны придавать слишком большого значения не только сходству функциональных результатов, быть может поверхностному, но и структурным различиям, которые тоже могут оказаться чисто внешними. Нам следует осознать, что физические особенности существующих электронных цифровых машин в большой степени определяются экономическими соображениями, связанными с рядом отнюдь не принципиальных ограничений, зависящих от нынешнего состояния техники. В современных вычислительных устройствах, например, часто применяются магнитные барабаны, приводимые в действие мотором, сложные механизмы для протяжки и перемотки лент, двумерные системы из магнитных сердечников и т. п. Однако только соображения стоимости и габаритов не позволяют заменить все эти механические устройства большим числом электронных переключателей, по существу сходных со схемами совпадений и триггерами, используемыми для выполнения счетных и логических опера ний. Действительно, можно показать, что электронная цифровая машина общего назначения могла бы всецело состоять из надлежащим образом соединенных между собой двухпозиционных электронных переключателей. В такой машине одни переключатели служили бы элементами памяти, а другие — логическими элементами для осуществления операций по обработке информации; определенные сочетания переключателей обеспечивали бы надлежащую последовательность многочисленных элементарных операций, предусмотренных программой для выполнения поставленных задач. Но в результате получилась бы сеть, обладающая всеми вычислительными и логическими возможностями самых сложных современных машин, — и все это на основе одних лишь двухпозиционных переключателей. Не нужно большого воображения, чтобы увидеть сходство между системой из множества миниатюрных переключателей, соединенных проводниками, и скоплением множества нейронов, связанных нервными волокнами.

Таким образом, в поисках действительно фундаментальных различий между вычислительными машинами и мозгом мы должны обратиться к более глубокому уровню организации. Рассмотрим одно очевидное различие: сравним принципы устройства нейрона и электронного переключателя на транзисторах. Сложные химические процессы, протекающие в первом, явно не имеют близкой аналогии во втором. Однако и это отличие при ближайшем рассмотрении не оказывается столь важным. Специалисту по вычислительным машинам, в сущности, безразличны детали конструкции отдельных элементов машины; его прежде всего интересуют функциональные характеристики этих элементов как целостных единиц. В настоящее время осуществляется по крайней мере одна программа исследований в области «электронных цифровых машин», где элементами служат чисто гидравлические устройства. Тем не менее эта работа основывается на тех же общих принципах конструирования, анализа и сборки, которые применимы во всякой другой работе в области «электронных» цифровых машин. Правда, в большинстве машин используются электронные элементы, но только потому, что

никто еще не изобрел такие неэлектронные устройства, которые могли бы конкурировать с ними по величине, весу, надежности, стоимости и быстродействию. Если бы кто-нибудь придумал способ изготовления органического нейронного материала, общие функциональные свойства которого отвечали бы требованиям теории цифровых машин, такой материал сразу нашел бы спрос. В понятии «электронная цифровая вычислительная машина» прилагательное «электронная» по существу отражает лишь некое приходящее обстоятельство.

Если мы не можем найти таких различий между вычислительными машинами и мозгом, которые оказались бы существенными при сравнении общей структуры этих систем или принципов устройства их элементов, то мы должны перенести наши поиски с анатомического уровня на физиологический. Имеется ли близкое сходство между функциями нейронов в мозгу и функциями отдельных переключателей в машине?

Этот вопрос более сложен, чем проблемы, рассмотренные выше. Мы знаем, что нейрон обладает не только свойствами двухпозиционного переключателя, но и рядом других особенностей. Как говорилось в гл. 1, реакция типа «все или ничего» свойственна только его аксону. Тело нейрона, выражаясь языком электроники, больше похоже на сумматор, который суммирует воздействия на нескольких входах и, сравнивая их сумму с величиной порога, определяет, должен ли нейрон посылать импульсы и какова должна быть чистота его выходной импульсации. При этом величина порога обычно регулируется химическими или электрическими изменениями в окружающей ткани.

Это гораздо более сложное и хитроумное устройство по сравнению с простым двухпозиционным переключателем, применяемым в вычислительных машинах. Конструктор вычислительных машин, располагая такими компонентами для построения управляющей

системы, должен был бы сделать выбор. Конструируя, например, механизм зрачкового рефлекса, он

мог бы строить свои цепи в расчете на работу нейронов как простых двухпозиционных переключателей, соединенных в схему, эквивалентную вычислительной машине общего назначения, с надлежащими преобразующими цепями для подключения афферентных и эфферентных нервов. Но он мог бы обойтись гораздо меньшим числом компонентов, копируя природу и используя некоторые другие свойства нейронов. Как мы уже знаем, ему достаточно было бы направить поток импульсов, отражающий измеренный уровень освещенности сетчатки, на вход двигательного нейрона, который непосредственно посылает через свой аксон другой поток импульсов, вызывающий сокращение зрачка. Подбирая должным образом порог возбуждения этого нейрона, можно было бы заставить его подавать сигнал сокращения зрачка только тогда, когда количество падающего на сетчатку света превышает заданную величину, причем интенсивность этого сигнала, т. е. частота посылаемых эффекторных импульсов, возрастала бы с увеличением освещенности по желанию конструктора.

Если бы речь шла о более сложном интеллектуальном процессе, разница в количестве необходимых нейронов при том п другом подходе была бы меньше, но существо дела не изменилось бы. Маловероятно, чтобы природа выработала у нейронов свойства, обеспечивающие функциональную гибкость и упрощающие систему в целом, если бы не было потребности широко использовать их. Не только логические соображения, но и данные, полученные с помощью поверхностных и вживленных в мозг электродов, указывают на то, что в головном мозгу, по всей вероятности, нет чисто «цифровых» вычислительных схем, т. е. схем, элементы которых используются только как простые двухпозиционные переключатели.

Наконец-то мы, кажется, нашли существенное различие между вычислительными машинами и мозгом. Но не будем чересчур поспешно заключать, что это различие настолько глубоко, что область взаимного соприкосновения науки о мозге и науки о вычислительных машинах Можно считать весьма ограниченной. Ради полноты анализа мы должны выяснить, нельзя ли показать, что в понятии «цифровая электронная машина» прилагательное «цифровая» не более существенно, чем «электронная». Эта точка зрения может показаться неправдоподобной, но она действительно