ЭВМ и живой организм - Драбкин Александр Семенович (читать полную версию книги TXT) 📗
Было установлено, например, что мотыльки, которые летели на большой высоте над источником звука, после подачи сигнала, меняли направление своего полета в горизонтальной плоскости. Те же, которые двигались непосредственно над источником звука, взмывали прямо вверх или резко поворачивались под острым углом к первоначальному пути. (Изменение полета в горизонтальной плоскости, очевидно, было связано с тем, что одно ухо мотылька воспринимало сигнал раньше другого).
Однако оставался нерешенным вопрос: как мотылек, имеющий только четыре А-волокна, то есть обладая очень примитивными органами чувств, точно ориентируется и по горизонтальным, и по вертикальным осям в зависимости от сигнала опасности?
Результаты опытов позволяют предположить, что существует взаимосвязь между положением крыльев мотылька и раздражением А-волокон акустическими сигналами. В зависимости от того, в каком положении находятся крылья мотылька – горизонтальном или вертикальном, – изменяется и степень «легкости» получения звуковой информации. Звук доходит до слуховых органов насекомого, преодолевая большие или меньшие помехи, создаваемые крыльями. А это, в свою очередь, определяет вертикальное направление его полета. Так, отсутствие различий между акустической информацией левого и правого уха, наличие четких колебаний в левом и правом «барабанных нервах» в момент взмаха крыльев сигнализируют мотыльку, что мышь – над ним. Если же различия в восприятии звуковых сигналов обоими ушами нет – значит, мышь ниже или сзади мотылька (заметим, что мотылек делает крыльями 30–40 взмахов в секунду; следовательно, информация о необходимости изменить или сохранить прежним направление полета по вертикали поступает в его нервную систему практически непрерывно).
Конечно, все сказанное здесь несколько идеализирует реальную природную ситуацию. Взаимодействия мыши и мотылька очень сложны. Мотылек может опознать врага на большем расстоянии, нежели мышь свою жертву. Но мыши передвигаются с большей скоростью.
Если мотылек быстро среагировал на опасность, раньше чем его заметила мышь, у него много шансов спастись. Если же мышь «засекла» мотылька и получила отраженный сигнал от своей мишени, мотылек подвергается огромной опасности. Хотя и в этом случае положение не безнадежно – мотылек маневреннее «противника» и может проделать фигуры высшего пилотажа, которые сбивают мышь с толку.
Прибавьте к этому умение некоторых видов мотыльков издавать лапками ультразвуковые колебания, слышимые мышью. Мотылек как бы говорит мыши: «Приди и съешь меня». Это кажется невероятным. Ученым еще предстоит разгадать цель этого сигнала.
Сейчас исследована лишь часть комплекса проблем, лежащих в основе изучения акустических систем мотылька.
Описанная работа американских исследователей представляет большой интерес для разных отраслей науки. Прежде всего нужно отметить высокую технику эксперимента: ввести в лапку мотылька крошечное передающее устройство, позволяющее следить за работой акустического нерва насекомого в свободном полете, – чрезвычайно сложная задача. Однако здесь техника не ради техники. Физиологи давно мечтали о возможности изучать различные процессы живых организмов в привычной, а не в искусственной среде. Для этого нужны были сигнальные устройства, которые не мешали бы исследуемому объекту жить обычной жизнью. Работа американских ученых наглядно показала возможность создания микроминиатюрных датчиков, источников сигналов, не нарушающих обычной деятельности даже таких «хрупких» подопытных объектов, как насекомые. Подобные наблюдения могут быть расширены и с успехом применены для изучения процессов жизнедеятельности многих животных.
И наконец, знание структуры слуховых органов мотылька принесет немалую пользу инженерам, работающим в области ультразвуковых устройств. Ведь ухо мотылька «сконструировано» поразительно просто. Технические устройства, созданные людьми для подобных целей, много сложнее.
Нельзя не отметить здесь и замечательное явление природы: организм в процессе борьбы за существование может с поразительной точностью отразить в своей структуре внешние факторы, имеющие существенное значение для жизни. Нападающий в процессе естественного отбора «изощряется» в средствах поиска и нападения (локация мыши), а защищающийся (мотылек) в ответ на это развивает еще более совершенные средства защиты (органы чувств).
В рассматриваемом примере видно величие природы, которая использует все возможные средства материи, лишь бы выжить и продолжить в своем потомстве существующие виды.
ЧЕРЕЗ ОКЕАН СЛЕЗ
Кто-то из философов однажды образно сказал: «Только человек считает для себя приемлемым переплыть океан слез, чтобы приобрести каплю радости». Сказано красиво и возразить как будто трудно. Но опыты, связанные с проблемой предвидения, убеждают нас в неточности этого высказывания. Вот один характерный пример. В мозг крысы вводились электроды, по которым сама крыса, нажимая педаль-включатель, периодически подавала слабый электрический ток. При определенном положении электродов в мозгу электрическое воздействие, видимо, доставляло крысе наслаждение. Животное предвидело, что нажим на педаль вызовет в ее мозгу приятное раздражение, и замыкало цепь с поразительной интенсивностью до 1400 раз в час.
Затем опыт был усложнен. Между крысой и включателем поместили раскаленные прутья. Зверек бежал по этим прутьям, пренебрегая болью от ожогов, бежал к вожделенной кнопке, чтобы включить ток.
Мозговое вещество является материальным воплощением основной закономерности живой материи: опережающего отражения внешнего мира. Но каковы сходства и различия предвидения на уровне примитивной жизни и на уровне условного рефлекса?
Развитие органов чувств у животных связано с необходимостью более совершенного приспособления к внешнему миру. Органы чувств переводят различные (по видам энергии) внешние раздражители в единый химический процесс организма. Смысл этого состоит в том, что даже в ответ на одиночный раздражитель создается определенная, состоящая по крайней мере из миллиона микроочагов система реакций нервной системы. Эта система имеет сложную архитектуру и дает обширную информацию целому организму не только о том, «как» и «какое» раздражение было нанесено, но и о том, «где» и «когда» оно было нанесено.
По сложности распределения микроочагов химических реакций, по количеству и качеству перерабатываемой информации мозг не идет ни в какое сравнение с любой другой формой живой материи.
Достаточно напомнить, что мозг устанавливает связи и с отложенным в памяти, и с опытом прошлого, и с грандиозными планами на будущее.
Однако если оба этих явления – опережающее отражение действительности у примитивных существ и условный рефлекс у высших животных – сравнивать исключительно с точки зрения отражения последовательно развивающихся явлений внешнего мира, то можно сделать вывод: механизм формирования отражения действительности в том и в другом случае соответствует одной, уже рассмотренной схеме.
Химическое объединение реакций, возникавших раздельно, последовательно и повторно, а затем «запуск» всей этой системы с одного звена – вот что является принципиально общим для обоих столь различных уровней эволюции.
Вместе с тем это же есть историческая основа для развития всех видов сигнальных приспособлений, то есть подготовка организма к предстоящим событиям.
Рассмотренные закономерности делают еще более убедительным то положение, что условный рефлекс в его основных биологических и нейрофизиологических механизмах есть частный случай той универсальной закономерности, которая в простейшей форме появилась уже на стадии примитивных живых существ.
Накопление материалов на этом пути все больше расширяло рамки представлений об условном рефлексе. В настоящее время можно твердо сказать, что И. П. Павлов вскрыл кардинальную и всеобщую черту исторического развития и усовершенствования живого мира. Понадобились миллиарды лет, чтобы примитивная форма цепных химических реакций, присущая праорганизмам, развилась в самой совершенной форме живой материи – в нервном веществе.
