Чтение онлайн

(64) (32) (16) (8) (4) (0) (1)

А как выразить слова? Очень просто. Пронумеруем все буквы алфавита. Тогда «к» получит номер 10, «о» — И, «т» — 18. Слово «кот» запишется:

1010—1110—10010 к—10) (о—14) (т—18)

10010—1110—1010

Нетрудно заметить, что при переходе от тридцатидвухзначного кода к двухзначному информация сохранилась. Изменилось только количество знаков, которые потребовались для передачи того же сообщения. (В двузначном — 13, а в 32-значном — 3.)

Существует формула, которая определяет число букв в коде, достаточное для передачи определенного количества сведений, сообщений:

/ = logan

где /— число знаков, достаточное, чтобы передать п различных сообщений в коде, имеющем алфавит из а разных букв.

Например, в двоичном коде, чтобы описать 64 разных состояния действительности понадобятся слова длиною до

I = loga64 = 6

т.е. до шести букв.

Если состояния неравновероятны, т.е. одни сообщения будут поступать чаще, а другие реже, применяется более общая формула

(=п

Н = — ^pilogp,

где Pi — вероятность состояния (т.е. сообщения),

2 — знак суммирования по всем возможным состояниям.

В кибернетике величину Н называют энтропией, а величину (—Н) информацией.

Как и в примере с буквами, знаки 1 и 0 сами по себе ничего не означают. Информацию несет только определенное их сочетание, т.е. структура сигнала, образованного из них.

Нетрудно заметить, что переработка энергии раздражителя в события внутри рецепторного аппарата по своему характеру вполне аналогична процессу двоичного кодирования информации о свойствах этого раздражителя.

Попробуем применить формулу (1) для вычисления «длины слов» в этом алфавите. Предположим, что рецептор в состоянии передать 100 тысяч различных сообщений. (Примерно таковы, по-видимому, информационные возможности зрительного рецептора.) Тогда для отражения ста тысяч различающихся состояний раздражителя понадобятся слова длиною до

/ = log, 105 ^ 17

Если принять, что длительность каждого импульса

0,002 сек, а «скважина» между импульсами — до 0,01 сек, то длительность самого длинного слова будет

17-[(0,002 + 0,01):2] ^0,102

Т.е. около 0,1 сек хватит для передачи любого из 100000 возможных сообщений. Если же эти сообщения не равновероятны, то вступает в действие формула (2), и тогда для передачи любого из сообщений понадобится еще меньше времени.

Таким образом, нервная система использует, по-видимому, самый простой из всех возможных кодов. В нем практически совершенно не имеют значения физикохимические свойства используемых знаков и достаточно лишь различать два полярных (т.е. противоположных) состояния нервной клетки.

Что такими состояниями являются потенциалы клеток, а средствами их переноса — электрические импульсы, факт в общем случайный, обусловленный устройством и происхождением нервной системы. В принципе та же функция формирования сигналов о свойствах раздражителя могли бы осуществляться и по-другому.

Например, вполне возможно, что наблюдаемые нами электрические процессы являются лишь побочными или промежуточными эффектами, а основными механизмами кодирования воздействий являются химические реакции и переносчиками информации — определенные молекулы.

Для этого нужно лишь выполнение в них главного требования: чтобы набор химических реакций или молекул оставался тем же для всех видов сигналов, а информация выражалась лишь различием их структуры, т.е. сочетания и расположения этих реакций и молекул в пространстве и времени.

Сегодня мы знаем, что такой механизм кодирования информации действительно используется природой. Во всяком случае, установлено, что генетическая информация, т.е. врожденные программы развития организма, кодируется именно так — различными комбинациями четырех типов атомных групп в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

До сих пор мы говорили об отдельной рецептивной клетке и единственном центростремительном аксоне. Фактически в реакции на каждый раздражитель участвуют обычно множество рецептивных клеток. Такая совокупность рецептивных клеток, вовлеченных в одновременное реагирование на определенный раздражитель, называется рецептивным полем.

Естественно, что рецептивное поле возбуждает уже не один центростремительный аксон, а целую группу таких аксонов. Соответственно, в ответ на действие каждого раздражителя по афферентным нервам одновременно выстреливается целый пучок параллельно бегущих импульсаций.

Иными словами, каждое сообщение о свойствах раздражителя кодируется не только чередованием импульсов во времени, но и мозаикой их распределения в пространстве в каждый момент времени, т.е. рецептивный сигнал имеет четырехмерную структуру.

Следует также учесть, что как показывают исследования, клетки рецептивных полей обычно взаимодействуют не только с раздражителем, но и друг с другом. Параллельные связи и взаимодействия наблюдаются также и между синаптическими окончаниями центростремительных аксонов.

Таким образом, четырехмерный сигнал, идущий по афферентному нерву, является уже не простой трансляцией точечных реакций отдельных рецептивных клеток на раздражитель, а продуктом определенной периферической переработки этих реакций — их суммирований, дифференцировки и т.д. Что дает эта переработка, мы увидим позже, когда займемся отдельными конкретными рецепторами. Итак, четырехмерный, структурированный в пространстве и времени сигнал поступает по центростремительным аксонам в сенсорные клетки центральной нервной системы. Совокупность клеток, аксоны которых идут от рецептивных полей, именуются первичными сенсорными полями.

Первичные сенсорные поля имеют двойственную структуру. Они включают ядро и элементы, рассеянные по коре головного мозга. В ядрах сосредоточены основные массы сенсорных нейронов, к ним идут проводящие пути от рецепторов. Рассеянные элементы находятся за пределами ядра. Они разбросаны в областях по соседству с ядрами других сенсорных полей.

Именно здесь, в сенсорных полях, происходит самый таинственный процесс — превращения этих афферентных сигналов в ощущения.

Ощущения дают уже информацию о свойствах самого раздражителя, а не о свойствах порожденного им сигнала. Действительно, ощущение, например, красного цвета не содержит в себе информации о том, какая структура нервных импульсов его породила. Но зато оно содержит информацию о том, что раздражитель, породивший эту структуру импульсов, излучает электромагнитные волны длиной 0,7—0,8 микрон.