Разговор с электрическим мозгом - Захарченко Василий

Многие конструкторские бюро заняты в настоящее время исследованием полета насекомых. Эти исследования очень важны и интересны, потому что именно насекомые являются самыми крупными рекордсменами скорости. Стоит задуматься, почему винт и реактивный двигатель - несущая сила современного самолета - в то же время мешают увеличению скорости. Полет насекомых более экономен и обеспечивает большую скорость.

Девайте сопоставим скорость полета насекомых, птиц и самолета.

Скорость полета шмеля-18 километров в час, слепня - до 55 километров в час, а вот скворец пролетает в час более 70 километров. Стрижи могут развить скорость до 100 километров в час. У самолетов как будто явное преимущество. Но это далеко не так.

Распределим призовые места по другому принципу, учитывая длину тела. Тогда мы увидим, что слепень за час покрывает расстояние, равное 30000 своей длины, шмель-10000, стриж будет уже на третьем месте - 8000. На последнем месте окажется самолет, летящий со скоростью 900 километров в час. За час он пролетает путь, равный 1500 своей длины, то есть в 15 раз меньше, чем слепень.

Где же источники этой поразительной скорости? Обыкновенная муха, которая весит 73 миллиграмма, имеет крылья площадью в 56 квадратных миллиметров. Таким образом, на один килограмм веса мухи приходится чуть больше половины квадратного метра площади крыльев. У комара же на один килограмм веса приходится площадь крыльев в 10 квадратных метров.

Все эти цифры очень важны для тех, кто занимается сегодня изучением новых средств полета в технике.

Полет - это общий принцип. Но любая "деталь" живого организма может представлять интерес для конструктора.

Какова связь между глазом пчелы и полетом спутников в межзвездном пространстве?

А ведь эта связь есть. Глаз пчелы имеет фасеточную конструкцию - он состоит из тысячи воспринимающих ячеек. Но пчела видит солнце только несколькими из этих элементов. Обладая "биологическими часами", как бы отсчитывающими время, пчела потрясающе ориентируется в пространстве по солнцу. Но ведь этот же принцип применим для ориентации спутников.

В одном из научных институтов Америки был создан аппарат, копирующий действия глаза лягушки.

Дело в том, что лягушка умеет абстрагироваться от неподвижного предмета, сосредоточив все свое внимание только на предмете движущемся. Это помогает ей охотиться за

насекомыми. Искусственный глаз лягушки занимает сегодня очень много места. Это 7 рам, размером 1х1 метр, состоящие из фотоэлементов искусственных нейронов и неоновых ламп. Число фотоэлементов огромно - свыше 1000 на каждой раме. Комбинация фотоэлементов устроена таким образом, что они взаимно погашают любое неподвижное изображение, попадающее в сферу обзора "лягушиного глаза". Но как только электрическое равновесие системы будет нарушено движущимся предметом, он будет тут же обнаружен.

Такой прибор представляется весьма интересным и полезным. Ведь ему ничего не стоит обнаружить самолет, отличив его от неподвижных сигналов отражения гор, мачт электропередачи, заводских труб и т. п. Подвижный предмет мгновенно привлечет внимание и будет зафиксирован аппаратом. Это важно для управления воздушным движением, для радиолокации и других целей.

Мы уже говорили о том, что создается модель живых нейронов. Существует уже около двух десятков таких моделей. Они отличаются друг от друга не только схемами, но и принципами действия. Существуют модели нейронов электронные, полупроводниковые, химические.

Хочется верить в то, что с помощью этих моделей мы подойдем к возможности создавать "умные" машины.

Но сумеем ли мы добиться когда-нибудь того замечательного качества, каким обладает живой мозг,- умения предвидеть будущую ситуацию, чтобы успеть подготовиться к ней?

Ведь ни один поступок, ни одно действие не совершаем мы без того, чтобы не предвидеть в довольно ясной форме тех результатов, которые мы получим. Не будь этого, мы бы не могли существовать, вся наша жизнь стала бы неуправляемой, бессистемной и хаотичной.

Создание "предвидения" результатов у электронных и кибернетических аппаратов - чрезвычайно важная проблема современной техники, стоящая рядом с проблемой надежности "мыслящей машины".

Я вспоминаю свой разговор с "отцом отечественной кибернетики" академиком Акселем Ивановичем Бергом. Человек темпераментный и энергичный, он сконцентрировал мое внимание на основной теме, с которой сталкивается любой кибернетик,- на надежности.

- Нет аппарата надежнее и экономичнее живого мозга,- говорил Аксель Иванович.- Исследователи доказали: можно удалить половину массы мозга у животного, и оно будет продолжать жить и действовать. И не потому, что эта половина не работала,- горячился академик. Нет, дело в том, что оставшаяся часть мозга немедленно перестраивается и начинает работать за обе половины.

- Вот бы такую кибернетическую машину...- заметил я.- Утром выбросил половину шкафов, и ничего не изменилось - работает, как прежде.

- Увы, здесь дело обстоит сложнее,- поясняет Аксель Иванович.- Как бы быстро ни работала машина, как бы ни был велик объем ее памяти, малейшая неисправность вызывает грубейшие ошибки. Если бы один-единственный раз только одна электронная лампа не передала импульс другим лампам, то, проделав более 10 миллионов арифметических действий, решив 10 миллиардов уравнений, машина заведомо даст неправильный ответ. Она должна работать с такой надежностью, чтобы ошибка не превышала 1/1000000000. Как же этого добиться? Ведь такой ошибки не может быть в нормальном, здоровом человеческом мозге.

Выдающийся ученый прав. Здесь кибернетика должна вступить в соревнование с мозгом.

На протяжении многих лет член-корреспондент Академии наук Э. А. Асратян занимается проблемой: как центральная нервная система восстанавливает любое нарушение?

"Способность мозга, в особенности его высших отделов,- говорит он,- к восстановлению нарушенных функций поражает самое пылкое воображение".

Действительно, мозг - один из самых сложных агрегатов, какие когда-либо создавала природа. Но он и самый надежный аппарат. Он работает в любых условиях, десятками лет, не давая осечки, не реагируя на температурные изменения, на положение в пространстве, на влияние внешней среды. Это сверхнадежный, сверхточный прибор. В чем же его сила и в чем секрет его фантастической надежности?

Миллиарды нейронов - крошечных сложных устройств - составляют мозаику мозга. У каждой нервной клетки сотни и тысячи связей, или, как говорят кибернетики, "выходов", с другими клетками. А сколько выходов имеет электронная лампа? 4-6, не больше.

Мозг состоит из двух полушарий, которые как бы дублируют друг друга, создавая исключительную надежность. Постараемся цифрами показать, в чем достоинство такого дублирования. Представьте себе, что в двух каналах происходят два события, не зависящие друг от друга. Возможность их совпадения почти исключена. И если в этом случае ошибка одного из вычислений составляет 0,01 процента, то два параллельных вычисления могут дать неверный результат в размере 0,01х0,01 = 0,0001 процента. Это значит, что ошибка может быть допущена в одном случае из 10000. Не поэтому ли чудотворец Природа разделила мозг на две параллельно работающие группы? Но есть и другие условия надежности мозга. Чтобы предохранить человеческий мозг от повреждений, чтобы дать ему возможность работать неистощимо, после возбужденного состояния клетки наступает так называемое торможение. Член-корреспондент Асратян установил, что период тормозного состояния клетки немедленно используется для ее профилактического ремонта на ходу. Но, кроме того, ежесуточно клетка ремонтируется и более основательно: сон человека позволяет полностью отдыхать мозгу.

От перегрузки клетка тоже защищена. Это - открытое академиком Козловым так называемое "запредельное торможение". Если усилить воздействие на клетку, она будет реагировать энергично, но при очень большом уровне воздействия нервная система автоматически отключается, с тем чтобы при снятии воздействия вновь приступить к нормальной работе. Замечательное качество нервных центров-это способность перестраиваться. В лаборатории Асратяна был проделан необычный опыт. Собаке под наркозом пришили сухожилия мышц сгибателей к разгибателям и наоборот, сухожилия разгибателей - к сгибателям. Когда бедняга проснулась от наркоза, конечности ее начали действовать в обратном направлении: когда она хотела согнуть лапу, она ее разгибала. Однако это продолжалось недолго: через некоторое время произошла полная перестройка нервных центров, и животное научилось правильно владеть своими конечностями. Хочется спросить: как можно достигнуть такого совершенства в любой кибернетической машине?