Разговор с электрическим мозгом
Шрифт:
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,-
– 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?
Но и это еще не все. Нервная система человека как бы двухэтажна. Верхний этаж - это кора полушарий, нижний - система саморегулировки отдельных органов. Как надежно работает последняя система, видно из такого наглядного примера. Сердце, отделенное от живого организма, может длительное время работать самостоятельно, если через него пропускать физиологический раствор.
Исключительная надежность работы мозга и заключается в том, что существует двухэтажное строение нервной системы, своеобразное двойное подчинение органов.
Могут ли все эти поразительные качества быть превнесены в машину? Конечно, могут.
Сегодня малейшая поломка в кибернетической машине делает машину беспомощной. Почему бы не воспользоваться биологическими резервами мозга его способностью к ремонту и перестройке на ходу. Вот почему конструкторы задумываются о создании кибернетических машин, построенных из элементов трех типов.
Первая группа элементов обеспечивает быструю и точную работу машины, вторая группа способна при выходе из строя заменять один элемент другим, и, наконец, третья группа элементов может работать не так быстро и точно, но она обеспечивает машину от перебоев, пока аварийная команда заменяет поврежденные основные элементы. Такая организация кибернетической машины будет в какой-то степени приближаться по своей надежности к работе мозга.
Возможен еще один путь к надежности машины, копирующей живую нервную систему. Машина должна быть построена так, чтобы отдельные узлы ее были достаточно самостоятельными, и в то же время они должны подчиняться общему регулированию. Если из строя выйдет общий регулятор, нижестоящий узел все равно будет работать самостоятельно, как сердце при питании его физиологическим раствором. Таким образом, надежность кибернетической машины увеличится.
Однако машина должна приспособляться к окружающим условиям, чтобы не терять своей надежности.
Как известно, в химической, угольной, нефтяной промышленности, в промышленности, связанной с возможностью неожиданных взрывов, нельзя применять электронику. Достаточно искры от размыкания реле - и происходит взрыв. Так неужели мы должны в этих областях отказываться от применения электроники? Или нужно так усилить надежность защиты электронных устройств, что они превратятся в громоздкие, тяжелые блоки. Советские конструкторы пошли по другому пути - они создали не электрический, а пневматический мозг. Они создали машину, работающую на сжатом воздухе.
По тончайшим трубкам воздух подходит к различным частям пневматического мозга, состоящего из отдельных элементов, по функциям своим подобных электронной лампе. Размеры этих воздушных элементов незначительны - не превышают спичечной коробки. Однако пневматический мозг, состоящий из многих сотен таких коробок, может управлять рядом химических производств. По его приказу добавляется и сокращается поступление химикатов, регулируется температура и давление при том или ином процессе. За свое удивительное изобретение конструкторы получили звание лауреатов Ленинской премии.