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

В предыдущей главе, в числе прочего, мы обсуждали, можно ли связать какой-либо нервный механизм с локковской теорией ассоциации идей. Согласно Локку, ассоциация идей основана на трех принципах: принципе смежности, принципе сходства и принципе причины и следствия. Третий принцип Локк и еще решительнее Юм сводят просто к постоянному сосуществованию, и, таким образом, он подпадает под первый принцип — смежности. Второй принцип — принцип сходства — заслуживает более детального рассмотрения.

Как мы узнаем индивидуальные черты человеческого лица в разных его положениях: в профиль, в три четверти или в анфас? Как мы узнаем в круге круг, большой ли он или маленький, далекий или близкий, расположен ли он перпендикулярно лучу зрения к своему центру и кажется нам действительно кругом или ориентирован иначе, выглядя эллипсом? Как мы видим лица животных и географические карты в облаках или в кляксах тестов Роршаха[165]? Все эти примеры относятся к зрению, но аналогичные вопросы можно поставить и для других чувств; некоторые из них касаются связей между различными чувствами. Как мы перекладываем в слова крик птицы или стрекотание насекомого? Как узнаем осязанием, что монета круглая?

Ограничимся пока чувством зрения. Существенным фактором при сравнении форм различных предметов является, конечно, взаимодействие глаза и мышц: мышц, находящихся внутри глазного яблока; мышц, [c.209] двигающих глазное яблоко; мышц, двигающих голову; мышц, двигающих все тело в целом. И эта система зрительно-мышечной обратной связи существует в какой-то форме уже на такой низкой ступени животного царства, как плоские черви. У плоских червей отрицательный фототропизм — стремление избегать свет — регулируется, как полагают, балансом импульсов от двух глазных пятен. Соотношение этих импульсов действует на мышцы туловища, поворачивающие тело прочь от света, и в сочетании с общим импульсом поступательного движения приводит животное в наиболее темную область, ему доступную. Любопытно отметить, что пара фотоэлементов с соответствующими усилителями, мостик Уитстона для сравнения их выходных напряжений и еще одна пара усилителей, управляющих питанием двух электродвигателей двухвинтового механизма, обеспечивают нам весьма приличное отрицательное фототропическое управление для небольшой лодки. Было бы трудно или даже невозможно вместить этот механизм в такие габариты, чтобы его мог нести плоский червь; но здесь мы встречаем еще один пример истины, уже известной читателю: живые механизмы, как правило, имеют значительно меньшие размеры, чем механизмы, наиболее удобные для изготовления человеком, хотя, с другой стороны, применение электричества дает искусственному механизму громадное преимущество перед живым организмом в отношении скорости.

Пропуская все промежуточные стадии, переходим сразу к обратным связям между зрением и мышцами у человека. Некоторые из этих обратных связей имеют чисто гомеостатическую природу; так, зрачок расширяется в темноте и сокращается на свету, стремясь держать проникающий в глаз световой поток в более узких границах, чем было бы возможно без этого. Другие обусловлены тем, что человеческий глаз экономично ограничил свою способность наилучшего различения формы и цвета сравнительно небольшим желтым пятном сетчатки. Когда периферическим зрением уловлен какой-нибудь предмет, заметный своей яркостью, или световым контрастом, или цветом, или — и прежде всего — движением, рефлекторная обратная связь переводит его на желтое пятно. Эта обратная связь сопровождается сложной системой взаимозависимых [c.210] подчиненных обратных связей, которые стремятся свести направления обоих глаз в одну точку, чтобы предмет, привлекший внимание, находился в одной и той же части поля зрения того и другого глаза, и фокусировать хрусталики, чтобы очертания предмета были возможно более четкими. Эти действия дополняются движениями тела и головы, при помощи которых мы переводим предмет в центр поля зрения, если этого трудно достичь движениями одних глаз, или переводим в поле зрения предмет, лежащий вне его и воспринятый другим чувством. Если перед нами предметы, которые мы привыкли наблюдать в определенной угловой ориентации, — письмо, человеческие лица, пейзажи и т. п., — то посредством особого механизма мы стремимся также привести их в надлежащую ориентацию.

Все эти процессы можно резюмировать одной фразой: мы стремимся привести привлекший наше внимание предмет в нормальное положение и в нормальную ориентацию, чтобы создаваемый нами зрительный образ предмета менялся в возможно меньшем диапазоне. Это не исчерпывает процессов, связанных с восприятием формы и значения предмета, но, бесспорно, облегчает все дальнейшие процессы, служащие названной цели. Эти последние развертываются в глазу и в зрительной области коры головного мозга. Имеется немало данных, свидетельствующих о том, что на многих стадиях число нейронных каналов, участвующих в передаче зрительной информации, падает с каждым шагом процесса, а информация становится на один шаг ближе к той форме, в которой она используется и хранится в памяти.

Первый шаг в концентрации зрительной информации совершается при переходе от сетчатки к зрительному нерву. Заметим, что в желтом пятне сетчатки существует почти взаимно однозначное соответствие между палочками и колбочками, с одной стороны, и волокнами зрительного нерва, с другой, тогда как на периферии одно волокно зрительного нерва соответствует десяти и более концевым органам. Это вполне понятно, поскольку основное назначение периферических волокон состоит не столько в самом зрительном восприятии, сколько в уловлении предмета для центрирующего, фокусирующего и направляющего механизма глаза. [c.211]

Одним из самых замечательных явлений в зрении следует считать нашу способность узнавать контурный рисунок. Несомненно, контур человеческого лица имеет очень малое сходство с самим лицом в отношении цвета и распределения светотени, и тем не менее в нем очень легко узнать портрет данного человека. Наиболее правдоподобно объясняется это тем, что где-то в зрительном процессе подчеркиваются контуры, а значение других сторон образа уменьшается. Указанные процессы начинаются в самом глазу. Подобно всем органам чувств, сетчатка подвержена аккомодации; иначе говоря, действие постоянного раздражения уменьшает ее способность воспринимать и передавать раздражение. Аккомодация заметнее всего для рецепторов, воспринимающих внутреннюю часть большого скопления образов постоянного цвета и постоянной освещенности, так как даже неизбежные небольшие флюктуации фокуса и точки фиксации не меняют характера воспринимаемого изображения. Совершенно иначе обстоит дело на границе двух контрастирующих областей. В этом случае флюктуации вызывают смену одного раздражения другим, и эта смена, как мы видим в явлении остаточных образов, не только не приводит к истощению зрительного механизма из-за аккомодации, но вызывает повышение его чувствительности. Сказанное относится к контрасту между двумя соседними областями как по освещенности, так и по цвету. В объяснение этих фактов заметим, что три четверти волокон зрительного нерва реагируют только на «вспышку» освещения. Мы видим, таким образом, что глаз воспринимает наиболее сильные впечатления на границах и что всякий зрительный образ в некоторой мере является контурным.

Вероятно, этот эффект обусловлен не только периферическим восприятием. Известно, что в фотографии некоторые способы обработки пластинки увеличивают ее контрастность, и, конечно, такие явления, по существу нелинейные, могут иметь место и в нервной системе. Они сходны с процессами в телеграфном повторителе, о которых мы уже говорили. Как и там, впечатление — если оно не слишком размыто, вызывает новое впечатление стандартной четкости. Во всяком случае, эти явления уменьшают общее количество неиспользуемой информации, переносимой образом, и, вероятно, объясняют [c.212] собой частично то уменьшение количества передающих волокон, которое наблюдается на различных участках зрительной области коры.

Мы наметили, таким образом, ряд действительных или возможных этапов схематизации наших зрительных впечатлений. Мы центрируем изображения относительно фокуса внимания и сводим их более или менее к контурам. Затем их надо сравнить между собой или, во всяком случае, со стандартным изображением, хранимым в памяти, например с «кругом» или с «квадратом». Это может быть сделано различными способами. Выше мы дали грубый набросок возможного механизма для локковского принципа ассоциации по смежности. Заметим, что принцип смежности в значительной степени покрывает также локковский принцип сходства. Мы часто наблюдаем различные стороны одного и того же предмета, когда приводим его к фокусу внимания, а также при других движениях, позволяющих нам видеть его то на одном, то на другом расстоянии, то под одним, то под другим углом. Это общий принцип, применимый не только к какому-то одному чувству и, несомненно, играющий важную роль при сравнении наших более сложных переживаний. Но, вероятно, ассоциация по смежности — не единственный процесс, формирующий наши специфически зрительные общие представления, или, как их называет Локк, «сложные идеи». Зрительная область коры имеет настолько высоко организованное и специфическое строение, что трудно предположить, чтобы она действовала как подобный, крайне обобщенный механизм. Создается впечатление, что мы имеем здесь дело со специальным механизмом, представляющим собой не кратковременное соединение универсальных элементов, где части допускают взаимную замену, а постоянный субблок, подобный суммирующим и множительным устройствам вычислительной машины. Целесообразно поэтому рассмотреть, как может работать такой субблок и как нужно подойти к его проектированию.