Кибернетика или управление и связь в животном и машине - Норберт Винер

           (5.08)

Следовательно, умножение есть просто способ определения множества новых цифр по данным исходным цифрам.

С логической стороны, если О — отрицательное, а I — положительное решение, то всякий оператор может быть получен из трех операторов: отрицания, переводящего I в О и О в I; логического сложения, описываемого таблицей: [c.190]

           (5.09)

и логического умножения, описываемого такой же таблицей, что и умножение чисел в системе (1, 0), а именно:

           (5.10)

Таким образом, любая ситуация, возникающая при работе машины, требует лишь новых выборов между альтернативами I и О согласно фиксированной системе правил, связывающих их с ранее принятыми решениями. Иными словами, машина строится как комплект реле, имеющих каждое два состояния, скажем: «включено» и «выключено», причем на каждом этапе работы каждое реле принимает положение, определяемое положениями некоторых или всех реле данного комплекта на предыдущем этапе. Эти этапы работы можно «синхронизировать» с помощью центрального импульсного устройства или нескольких импульсных устройств; или же действие каждого реле может быть задержано, пока все реле, которым нужно было действовать раньше, не совершат все необходимые операции.

В вычислительной машине могут применяться весьма разнообразные реле. Они могут быть чисто механическими или могут быть электромеханическими, как в случае соленоидного реле, где якорь остается в одном из двух возможных положений равновесия, пока соответствующий импульс не перебросит его в другое положение. Они могут быть чисто электрическими системами с двумя противоположными положениями равновесия; таковы газонаполненные и вакуумные лампы (последние являются гораздо более быстродействующими). Оба возможных состояния релейной системы могут быть устойчивы при отсутствии внешнего возмущения, или же одно может быть устойчивое, а другое — переходное. Во втором случае всегда, а в первом случае большей частью желательно иметь специальное устройство для хранения импульсов, которые должны [c.191] действовать через некоторое время в будущем, и избегать застопоривания системы, наступающего, когда одно из реле повторяет свои импульсы бесконечно. Но о проблеме памяти мы еще будем говорить дальше.

Достойно внимания, что нервные системы человека и животных, способные, как известно, совершать такие же действия, как и вычислительная система, содержат элементы, идеально приспособленные для работы в качестве реле. Речь идет о так называемых нейронах, или нервных клетках. Хотя под влиянием электрических токов они обнаруживают довольно сложные свойства, обычное их физиологическое действие очень близко к принципу «все или ничего», т. е. они либо находятся в покое, либо, будучи возбуждены, проходят через ряд изменений, природа и интенсивность которых почти не зависят от раздражителя. Сначала наступает активная фаза, передаваемая от данного конца нейрона до другого с определенной скоростью; затем следует рефракторный период, когда нейрон не способен приходить в возбуждение, по крайней мере под действием нормального физиологического процесса. По окончании этого эффективного рефракторного периода нерв остается бездеятельным, но может быть снова приведен в возбуждение.

Таким образом, нерв можно уподобить реле с двумя существенными состояниями активности: возбуждением и покоем. За исключением тех нейронов, к которым сообщения поступают от свободных нервных окончаний или чувствительных концевых органов, каждый нейрон получает сообщения от других нейронов через точки контакта, называемые синапсами. Число синапсов у отдельных нейронов может изменяться от нескольких единиц до нескольких сотен. Состояние входных импульсов в различных синапсах в сочетании с предшествующим состоянием самого нейрона определяет, будет ли он возбуждаться или нет. Если он не находится в состоянии возбуждения или рефрактерности и число входных синапсов, пришедших в возбуждение в течение определенного, весьма короткого промежутка времени, превосходит определенный порог, то нейрон придет в возбуждение после некоторой, почти постоянной синаптической задержки.

Это, пожалуй, слишком упрощенная картина: «порог» [c.192] может зависеть не только от числа синапсов, но также от их «веса» и от их геометрической конфигурации относительно нейрона, для которого они служат входами; с другой стороны, мы располагаем весьма убедительными доказательствами существования синапсов другой природы — так называемых «тормозящих синапсов», которые совершенно не допускают возбуждения нейрона или, во всяком случае, повышают порог его возбуждения по сравнению с обычными синапсами. Ясно одно: некоторые комбинации импульсов от нейронов, синаптически соединенных с данным нейроном, будут вызывать его возбуждение, а другие — нет. Отсюда, конечно, не следует, что не может быть других, не нейронных, влияний, например гуморальной природы, порождающих медленные, вековые изменения в комбинациях входных импульсов, способных вызывать возбуждение.

Чрезвычайно важной функцией нервной системы и, как мы уже отмечали, столь же необходимой функцией вычислительных машин является память, т. е. способность сохранять результаты прежних действий для использования в будущем. Понятно, что память используется весьма разнообразно, и потому кажется маловероятным, чтобы какой-либо один механизм мог удовлетворить всем требованиям. Существует, с одной стороны, память, необходимая для выполнения текущего процесса, скажем умножения; в этом случае промежуточные результаты не имеют ценности после того, как процесс завершен, и рабочий аппарат должен освобождаться для дальнейшего использования. Такая память должна допускать быструю запись, быстрое считывание и быстрое стирание. С другой стороны, существует память, предназначенная служить архивом, или постоянными записями, машины или мозга и составлять основу всего будущего поведения, но крайней мере при выполнении данной программы.

Заметим, между прочим, что между способами применения мозга и машины имеется существенное различие: машина предназначена для многих последовательных программ, не связанных одна с другой или имеющих минимальную, ограниченную связь, и может быть очищена при переходе от одной программы к другой, тогда как мозг при естественном ходе вещей никогда не [c.193] очищается от своих прошлых записей. Поэтому мозг при нормальных условиях не является полным подобием вычислительной машины. Его деятельность можно скорее сравнить с выполнением вычислительной машиной одной заданной программы. Мы увидим дальше, что это обстоятельство имеет глубокое значение для психопатологии и психиатрии.

Возвращаясь к проблеме памяти, заметим, что хороший способ построить кратковременную память — это заставить последовательность импульсов циркулировать по замкнутой цепи до тех пор. пока последняя не будет очищена вмешательством извне. Весьма правдоподобно, что это и происходит в нашем мозгу при удержании импульсов, относящихся к так называемому «кажущемуся настоящему»[156]. Подобный метод осуществлен в некоторых вычислительных машинах или, по крайней мере, предложен для них. Желательно, чтобы такое запоминающее устройство удовлетворяло двум условиям: 1) импульс должен передаваться в среде, в которой не слишком трудно достичь значительного запаздывания; 2) импульс должен восстанавливаться возможно точнее, прежде чем присущие устройству погрешности размоют его слишком сильно. Первое условие исключает применение световой передачи или даже во многих случаях электрических цепей и благоприятствует той или иной форме упругих колебаний; такие колебания действительно использовались для создания задержек в вычислительных машинах. Если же применять электрические цепи, то на каждой ступени возможна лишь сравнительно короткая задержка; иначе, как всегда в линейной аппаратуре, искажения накапливаются и очень скоро становятся недопустимыми. Бороться с искажениями помогает другой прием: включаем где-нибудь в цикл реле, служащее не для повторения формы приходящего сообщения, а для передачи нового сообщения заданной формы. Это очень легко достигается в нервной системе, где, по существу, всякая передача связана в большей или меньшей степени с триггерным механизмом. В электротехнике давно известны приборы для этой цели, [c.194] применяемые в телеграфных схемах. Они получили название телеграфных повторителей. Применение их в качестве долговременной памяти весьма затрудняется тем, что они должны действовать безошибочно в течение огромного числа последовательных рабочих циклов. Тем замечательнее их успешное применение в приборе, сконструированном г-ном Вильямсом в Манчестерском университете. В этом приборе устройство такого рода с единичной задержкой порядка одной сотой доли секунды продолжало успешно работать в течение нескольких часов. Еще более замечательно то, что этот прибор предназначен для хранения не одного-единственного решения «да — нет», а сразу тысяч таких решений.