О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Начало такой перемены во взглядах можно связать с публикацией в 1949, г. книги Норберта Винера (1894-1964), математика из Массачусетского технологического института, под названием “Кибернетика, или управление и связь в животном и машине”. Определенный тип целенаправленной деятельности, по Винеру, обеспечивается контролируемым использованием и переработкой информации, и в этом отношении между машиной и живым существом может быть очень много общего. Винер показал, что все эти процессы можно описать абстрактным математическим способом, и они оказались весьма сходны независимо от частных деталей устройств, в которых они происходят. С этой точки зрения не так важно, образованы ли эти устройства протоплазмой или медными проводниками: их поведение в основе своей будет одинаковым.
Существует множество технических систем, способных к целенаправленному поведению, и в качестве типичного примера чаще всего приводят зенитное орудие, управляемое радаром. Такие зенитки всесторонне изучались во время второй мировой войны, и результаты этих исследований сыграли важную роль в выработке теоретических положений, породивших новую науку — кибернетику. Здесь мы, конечно, не будем рассматривать все детали подобных устройств, для нас важна только логика их работы. Для упрощения представим себе, что цель движется прямолинейно с постоянной скоростью, как и снаряд, в нее выпущенный.
Рассматривая эту систему, мы сразу же замечаем большое сходство в поведении зенитного орудия и некой живой системы. Если цель появляется в радиусе действия орудия, то оно наводится на
нее и выпускает снаряд, который имеет большие шансы поразить мишень. Точно так же лягушка поворачивается в сторону летящей мухи, выбрасывает язык и ловит ее. Другие примеры: собака вскакивает и кидается за брошенной палкой, теннисист бьет по мячу. Все эти системы “приспособлены” к конкретной цели в том смысле, что они ее поражают независимо от ее положения и скорости, которые могут варьировать (разумеется, в разумных пределах).
Сходство между машиной и животным окажется еще больше, если мы рассмотрим механизмы, ведущие к попаданию (рис. 2-2). В этом процессе можно выделить четыре главных элемента:
1. Мишень. Она неподвижна или каким-то образом движется.
2. Воспринимающее устройство. В случае зенитного орудия это радар, у лягушки — глаза. Это устройство определяет положение мишени и компоненты ее движения в трехмерном пространстве в момент времени Можно сказать и иначе: мишень передает информацию о себе через воспринимающее устройство.
3. Система обработки информации, или вычислительное устройство. Оно предсказывает положение мишени в последующие моменты. У лягушки для этого служит мозг. Эти устройства вычисляют направление ствола орудия (или движение языка у лягушки), обеспечивающее поражение мишени. Расчеты при этом, конечно, основываются на информации, поступающей от сенсорного органа — радара или глаз.
4. Орган-эффектор, который непосредственно осуществляет действие. В первом случае это будет ствол орудия со снарядом. Если выстрелить в момент ti, снаряд пересечет траекторию мишени в момент <2- У лягушки эффектором служит язык, который ‘Выбрасывается изо рта и хватает муху.
Сердцем этой сложной системы служит вычислительное устройство, обрабатывающее информацию. В случае управления зенитным огнем мы во всех деталях знаем, как это устройство работает, Что касается механизмов обработки информации в мозгу лягушки, то здесь еще много неясного. Для наших целей не так важно знать механизмы работы мозга или вычислительного устройства зенитки. Условно эти системы можно назвать “черными ящиками”; так часто называют механизмы, преобразующие входные сигналы в выходные, когда нет надобности уточнять, как они это делают. В нашем случае входными сигналами служат данные о скорости и положении мишени, а выходными — о направлении ствола или движении языка, обеспечивающем попадание в цель.
По существу, здесь решается задача поиска цели. Не обязательно, чтобы при этом один физический объект осуществлял пре-
Мишень во время f j
Мишень во время fо ^
/\
Эффекторный & Уз Сенсорный
орган - °РУД^_ я орган-радар1
Вычислительное устройство
Эффекторный
орган—язык Вычислительное
Рис. 2-2. Четыре элемента устройства для преследования мишени. Здесь показаны зенитное орудие, стреляющее в самолет, и лягушка, которая ловит насекомое. Мишень во время to доставляет через сенсорную систему информацию о своем положении и о скорости движения. Эта информация поступает в устройство, которое вычисляет будущее поло-: жение мишени во время U и направление ствола орудия или движения языка у лягупнси, необходимое для поражения цели.
следование другого (как это бывает, когда снаряд нацеливается на самолет, а язык лягушки — на муху). Задачу можно рассматривать более абстрактно, как поиск некоего состояния, приводящего к какому-то другому состоянию. Например, работу системы кровообращения нужно приспособить к активности всего организма; чем больше потребность в кислороде, тем энергичнее должно ра-
