И. Артоболевский - Знакомьтесь - роботы!
Если сигналы, приходящие из органов чувств, настолько просты, что нужная, например защитная, реакция организма не требует прямого участия мозга, то система управления срабатывает по варианту, обеспечивающему максимальное быстродействие: тревожный сигнал проходит по минимально необходимому пути (только до спинного мозга, а ведь он конструктивно расположен ниже головного, то есть ближе к "периферии", к мышцам, к двигательной системе), а главное, не тратится драгоценное время на обработку информации, принятие решения. Ведь в данном случае не ставится задача отдернуть руку на такое-то расстояние, с такой-то скоростью, в точно таком-то направлении и т. д. Единственно, что требуется сделать, причем самым срочным образом, это отдернуть руку — подальше и побыстрей.
Такие реактивные движения, совершающиеся без непосредственного участия головного мозга, выполняемые автоматически, называются рефлекторными.
Рефлекторные движения далеко не единственные, в процессе которых система управления действует автоматически. Дело в том, что работой многих мышц нашего тела мы вообще не можем распоряжаться по собственному произволу, они сокращаются и расслабляются автоматически, причем ими управляет специальная нервная система. Эти мышцы, образующие так называемую гладкую мускулатуру, обслуживают многие органы тела, а также кровеносные сосуды. Они периодически сужают и расширяют артерии, помогая сердцу проталкивать кровь, обеспечивают действие пищеварительного тракта, в общем, выполняют всю работу, требующую автоматических движений, управление которыми совершается по значительно более сложной схеме по сравнению с рефлекторными движениями.
Рассматривая устройство глаза, мы мельком упомянули, что происходит, когда меняется освещенность и в глаз поступает то много, то мало света. При этом меняется размер зрачка: много света — зрачок сужается, мало света — зрачок расширяется. Глаз приспосабливается, как говорят, адаптируется, к различным условиям освещенности. Как?
В радужную оболочку глаза "встроены" две мышцы, расширяющие и сужающие зрачок, который выполняет роль диафрагмы оптической системы. Система управления этими мышцами тоже действует автоматически, и это тоже не простые рефлекторные движения. Сужение и расширение зрачка точно согласовываются с освещенностью рассматриваемого объекта. Сигналом управления в этой системе служит разность между количеством света, поступающего в глаз, и тем его количеством, при котором изображение на сетчатке получается "самым хорошим" для его перекодирования и посылки в мозг. Конечно, выражение "самым хорошим" не очень четко определяет характеристики управляющего сигнала. Но здесь мы не будем пытаться вникать во все тонкие вопросы работы живых механизмов. Иначе мы не скоро доберемся до того, что нас непосредственно интересует, до механизмов управления произвольными движениями.
Мы живем и работаем в динамичном мире, в котором непрерывно происходят самые разнообразные изменения. Свет сменяет тьму, тепло сменяет холод. Люди взбираются на горные вершины, летят в космос, опускаются в глубины океана, оказываются в самых различных условиях; а если они живут на одном месте, то и там часто меняются влажность воздуха, температура, атмосферное давление. Все эти изменения влияют на состояние и функционирование живого организма.
Конечно, цивилизация, обувь, одежда и зонтики, различные технические средства уменьшают эффект этих влияний, но не могут их устранить. И живой организм вынужден приспосабливаться, адаптироваться. Он буквально насыщен самыми различными адаптивными системами, реагирующими на изменения освещенности, температуры, атмосферного давления, на самые разные изменения, происходящие вне и внутри тела. Забота всех этих систем нацелена на одно — не допустить конфликта между организмом и окружающей средой, помочь организму приспособиться, адаптироваться к изменчивым внешним условиям, сохраняя на некотором постоянном уровне функционирование всех органов тела.
Любая адаптивная система, в том числе система, диафрагмирующая зрачок, работает по замкнутой схеме. Взаимодействие частей этой системы носит двусторонний характер: сокращение или расслабление мышцы изменяет величину потока света, поступающего в глаз, а изменение потока света, в свою очередь, воздействует на уровень возбуждения мышцы. Это известная в теории автоматического управления система с обратной связью, нашедшая широкое применение в самых разных технических устройствах, системах автоматизации, автоматах, роботах.
Опять аналогии, опять сходство между человеком и автоматом, теперь уже касающееся не того, как организованы потоки информации, а того, как они действуют вместе, в единой системе управления. Это сходство глубже, оно относится к более сложным механизмам интеллекта, и понятно, что к этим интересным, важным и полезным аналогиям надо относиться еще более серьезно и вдумчиво.
По подобной же схеме с обратной связью действует система управления произвольными движениями, теми движениями, программы которых мы намечаем в соответствии с нашими намерениями, желаниями, трудовыми обязанностями. Именно она нас интересует в первую очередь.
Водитель такси непрерывно следит за ситуацией, что складывается в пути, в соответствии с ней намечает наилучшую траекторию и скорость движения и управляет машиной так, чтобы ее фактические траектория и скорость минимально отклонялись от намеченных. Мозг человека — руки — машина глаза — мозг — вот действующая в этом случае система управления, замкнутая в кольцо.
Половину этого кольца составляют мозг — руки — машина. Если вам кажется, что этой половины достаточно, чтобы успешно справиться с задачей управления, то попробуйте предложить самому опытному водителю проехать 200–300 метров по пустынному и прямому как стрела шоссе с завязанными глазами. Скорее всего он откажется. Каждый водитель знает, что даже при движении прямо всегда приходится непрерывно поворачивать руль то в одну, то в другую сторону, пусть на самую малую величину, чтобы компенсировать влияние на движение машины неровностей шоссе, неравномерности нагружения колес, колебаний машины и многих других, подчас совершенно случайных обстоятельств, которые непрерывно возникают при движении машины
И водитель непрерывно сравнивает желаемое с действительным и непрерывно вносит соответствующие поправки, устраняя непрерывно возникающие рассогласования. Нет, без второй половины кольца управления, которую образуют машина — глаз — мозг, обойтись нельзя!
Тайм-аут
Мы опасаемся, что некоторые читатели будут несколько разочарованы содержанием этой главы.
"Ну вот, — скажут они, — назвали ее "Механизмы интеллекта", а о самом главном, самом интересном ничего так и не сказали. Нет, конечно, кое-что есть о механизмах интеллекта. Мы это понимаем! Органы чувств — это приборы нашего интеллекта; механизмы их действия — это, конечно, механизмы интеллекта.
И дискретный биоэлектрический код, в котором передаются все сообщения из органов чувств в мозг, код, в котором работает центральная нервная система, в котором она формирует программы работы мышц и желез нашего тела, в котором эти программы направляются во все исполнительные органы, в котором исполнительные органы по обратным связям информируют мозг о выполнении программ, — это тоже очень важный механизм интеллекта. И системы управления: разомкнутые и замкнутые обратными связями, адаптивные и произвольные, подчиняющиеся нашим желаниям и намерениям, — это тоже механизмы интеллекта. Это понятно, но не об этом речь! Речь, извините, идет совсем о другом. Ведь в этой главе вы, авторы, до человека фактически не дошли или почти не дошли!
Если говорить об органах чувств, то ими оснащено любое животное! Причем по техническим характеристикам органы чувств животных подчас даже превосходят органы чувств людей. Например, не каждый человек обладает хорошим, музыкальным слухом, а почти каждая дворняга им обладает в совершенстве, да еще умеет превосходно ориентировать свой слуховой аппарат. Найдите-ка человека, который умел бы так шевелить ушами, как это умеет любой щенок. Острота зрения птиц намного превосходит остроту человеческого зрения. И так далее. Тут царю природы нечем похвалиться или отличиться, тут не проявляются его особые человеческие качества.
Биоэлектрический код? В нем тоже нет ничего оригинального. Что любая живая ткань электрически активна, способна генерировать биоэлектричество, известно еще со времен Луиджи Гальвани, итальянского ученого, проживавшего без малого двести лет назад. Причем это свое известное открытие он сделал на основании изучения не человека, а простой лягушки. В биоэлектрическом коде действуют все системы любого животного! Так чем здесь может похвастаться человек?
