Удивительная биология

«Нервные» растения

«Глядя на каплю воды, аналитически мыслящий наблюдатель придет к выводу о существовании Тихого океана», – говорил Шерлок Холмс. Надо думать, что в своей практической деятельности он не заходил так далеко по пути дедукции – иначе, несомненно, ему не удалось бы раскрыть ни одного преступления. Да и действительно, можно было бы задать великому сыщику вопрос: к какому выводу должен прийти аналитически мыслящий наблюдатель, глядя на каплю, скажем, молока?

Но вот совершенно аналогичным образом, глядя на открытую у растений систему передачи раздражения, напоминающую по своим функциям и физической организации периферическую нервную систему животных, ботаники начала прошлого века стали подумывать о существовании у растений центральной нервной системы и высшей нервной деятельности. Инициатива на сей раз исходила от немецких ботанических школ, представители которых в свое время решительно отрицали саму идею чувствительности растительных тканей.

Чувствуют ли растения? Обладают ли растения сознанием? Есть ли, наконец, у растений душа? Все эти вопросы, казалось бы, вполне логически вытекают из факта существования у растений некого подобия, пусть самого отдаленного, нервной ткани и нервной системы. Ибо если сходство в способе развития, химизме и важнейших жизненных отправлениях растительных и животных организмов действительно так велико, как утверждают ведущие биологи во главе с Дарвином, то у растений могут существовать некоторые зачатки высшей нервной деятельности.

Поначалу это направление осторожно называли термином «физиологическое возбуждение», а затем, набравшись храбрости, его представители стали именовать себя фитопсихологами.

В начале минувшего века возник подлинный бум деятельности фитопсихологов. Глашатаями идей фитопсихологии в России оказались столпы официальной ботанической науки – академики А. С. Фаминцын (1835—1918), И. П. Бородин (1847—1950) и С. И. Коржинский (1861—1900).

Ф. Кон писал в своей книге «Растение» (1901 г.): «…спросим себя, не искать ли зачатков духовной жизни уже в растительном царстве? Не прав ли был Аристотель, возводя душу в принцип всякой жизни, но признавая за растениями только те духовные силы, которые присущи деятельности питания и размножения, между тем как силы мысли и чувства у них отсутствуют?

Нельзя ли сравнить эту душу в том виде, как она проявляется в рядах живых существ, с электрическим током, который только в совершенном механизме лампочки Эдисона дает подобный солнцу, далеко разливающийся свет, в других же аппаратах вызывает то яркое сияние проволоки, то едва заметное ее мерцание, а при отсутствии таких приборов едва колеблет магнитную стрелу без проявления света? Однако всюду ведь та же сила!»

Говоря о появлении среди русских ботаников сторонников учения о психической деятельности растений, К. А. Тимирязев (1843—1920) отмечал, что «в защиту этого воззрения не выставлено ни одного фактического довода. В пользу его… можно приводить только соображения метафизического, но не научного характера». Тимирязев указывал, что фитопсихология не открыла новых фактов, а только пыталась приложить некоторые термины физиологии и психологии животных к описанию процессов раздражения у растений, причем по большей части использовавшиеся аналогии оказывались весьма сомнительными.

Можно надеяться, что в ближайшие десятилетия мы узнаем много интересного о природе и назначении «потенциалов действия» в растениях, об их роли в управлении различными физиологическими процессами, быть может – о направленном изменении этих процессов с помощью искусственной электростимуляции. Электрическое управление движениями органов (может быть, не столько заметными внешне, но очень важными для жизнедеятельности) отмечено у многих растений, а потенциал действия как средство управления различными физиологическими функциями (не обязательно связанными с механическими движениями) присущ, по-видимому, всем высшим растениям.

Действительно, мало кто обращал внимание на росянку, даже если она и попадалась на глаза, и почти наверняка никто не видел венериной мухоловки. Но вот василек, подсолнух, барбарис видели все; а многим ли известно, что тычинки цветков этих растений при легком прикосновении приходят в движение? Это явление у артишока напоминает ритуальный танец тычинок: при легком встряхивании цветка пыльники склоняются сначала друг к другу, затем в противоположные стороны, после этого тычинковая нить начинает быстро укорачиваться, и наружу выделяется капля жидкости, содержащей пыльцу. А поскольку причиной сотрясения цветка оказывается насекомое, естественно, ему нелегко пробраться мимо извивающихся тычинок, не обвалявшись как следует в этой жидкости. Так что назначение движений вполне определенное. Кстати, после оплодотворения тычиночные нити полностью утрачивают подвижность, хотя сам цветок продолжает развиваться.

Нечто подобное происходит и с тычинками подсолнуха, но их движение менее энергично и вся картина не столь впечатляюща. Довольно быстро движутся тычинки у барбариса. В спокойном состоянии они прилегают к лепесткам цветка и образуют с пестиком прямой угол. Если осторожно прикоснуться к какой-либо из них, она быстро загнется внутрь, а затем возвратится назад.

Еще одна интереснейшая реакция многих цветков на механические раздражения, не связанные с видимыми движениями органов, – выделение нектара. Цветок липы, например, по которому ползает насекомое, начинает интенсивнее выделять нектар. В опыте, поставленном с целью обнаружить сопутствующие этому процессу электрические эффекты, один микроэлектрод вводился в ткань нектарника, другой – в проводящие пучки, обслуживающие нектарник. Оказалось, что при механическом раздражении некоторых частей цветка возникают электрические импульсы, передающиеся по железистым клеткам в проводящие пучки и по достижении нектарника стимулирующие его деятельность. Интересно отметить, что при этом усиливается не только отделение нектара, но и его образование в нектарнике. Реакция нектарника очень быстрая: выделение нектара начинается практически сразу после того, как насекомое садится на цветок.

Итак, можно сделать вывод, что электрическая передача возбуждения – явление не уникальное и не исключительное. Оно характерно для жизнедеятельности многих представителей растительного царства.

«Танец» пчел

Совершенным способом передачи звука обладают медоносные пчелы. Они поют, заставляя вибрировать часть своего корпуса – торакса – благодаря частым мышечным сокращениям. При этом звук усиливается крыловыми пластинами, как диффузорами. В отличие от многих других насекомых пчелы могут издавать звуки разной высоты и разных тембров. Это уже говорит о возможности использования пчелами изменений звука для передачи какой-либо информации.

Известный немецкий физиолог Карл фон Фриш (1864—1941) установил, что пчела-разведчица сообщает о месте медосбора другим пчелам с помощью своеобразного танца. Она описывает восьмерку, средняя линия которой направлена на место медосбора. Дальность же расстояния до взятка пчела сообщает своим собратьям характерными «танцевальными» движениями – вилянием брюшка: чем медленнее танец, тем дальше мед.

Считалось, что этот танец у пчел – единственный способ передачи информации о дальности медосбора. Однако наш отечественный ученый, доктор биологических наук Е. К. Еськов убедительно доказал в ряде своих научных трудов, что медоносные пчелы для сообщения другим пчелам о месте медосбора пользуются, кроме танца, еще и звуковыми сигналами. Оказалось, во время танца они издают серии (пакеты) ритмических звуковых импульсов, следующих с частотой 33 Гц, в которых и заключена информация о дальности медосбора. Чем дальше мед, тем больше длительность каждого пакета и число составляющих его импульсов. О том, что пчелы способны воспринять эту информацию, свидетельствует ряд других исследований и в частности обнаруженные «уши» пчел – специальные приемники звука на их теле, названные донорецепторами.

Известно, что пчелы определяют расстояние от медосборов до улья по затратам энергии крыловой мускулатуры. Проделали любопытный опыт: немного обрезали крылья у пчел, носящих мед с одной кормушки. В результате эти пчелы значительно увеличивали длительность звуковых сигналов в танце и число импульсов в сигнале, сообщая тем самым, что кормушки расположены дальше. Эти опыты свидетельствуют о наличии в языке медоносных пчел сигнала дальности расположения участка медосбора.

Старые пчеловоды давно замечали, что пчелиная семья в улье жужжит по-разному в зависимости от того, в каком физиологическом состоянии она находится: холодно ли, голодно ли или семья решила роиться. Биоакустики с помощью современной аппаратуры изучили характерные акустические показатели звуков, издаваемых пчелами в разных состояниях, чтобы использовать эти данные для биоакустического контроля за состоянием пчел, то есть для диагностики самочувствия пчелиной семьи. Акустические методы позволяют выявить (по характеру звука) безматочные пчелиные семьи на пасеке, отношение пчел безматочных семей к вводимой в улей матке (увы, они не всегда ее принимают), определить расовую принадлежность пчелиной семьи (каждая раса издает свой звук), наконец, управлять летной деятельностью пчел.

Иногда необходимо ограничить вылет пчел из улья (например, при обработке полей ядохимикатами). Закрывать леток сеткой нежелательно, так как стремящиеся выйти пчелы закупоривают его своими телами и создают в улье неблагоприятные микроклиматические условия. Оказалось, удержать пчел в улье удается, воздействуя на них определенными звуками.

Медоносные пчелы воспринимают и звуки летящих насекомых. Пчелы-сторожа, которые стоят у входа в улей, не обращают внимания на прилетающих рабочих пчел. Но они очень чувствительны к тону звука, идущего от пчел-воришек, даже если эти пчелы находятся достаточно далеко. Наблюдая летом за пчелами, можно по звуку отличить прилетевшую к цветку рабочую пчелу от трутня, хотя у него такие же окраска, формы и размеры тела. Несмотря на их поразительное сходство даже в поведении, маскирующийся трутень выдает себя звуками. Однако иной раз насекомые имитируют и звуки. Был обнаружен случай «звуковой мимикрии», когда муха делала 147 взмахов крыльями в секунду, летая поблизости от ос, которым она подражала. Частота взмахов крыльев ос – 150 ударов в секунду, и человек с нормальным слухом не в состоянии различить шум, издаваемый при полете осой, и похожий на него – мухой. По-видимому, питающиеся мухами птицы делают ту же ошибку и избегают этих мимикрирующих мух.

Пчелиный улей – совершенно неприступная крепость. Только медведь решается вступить с пчелами в открытый бой, но и его нередко обращает в бегство дружная семья. У летка постоянно дежурит охрана, всегда готовая дать отпор любому обидчику. Мимо недремлющей стражи трудно пройти незамеченным. Как ни заманчив мед, как ни много желающих им полакомиться, пробраться в улей никто не может.

Вот почему ученых долго удивляло, что это удается крупной бабочке-бражнику «мертвая голова». Крылья и брюшко этой бабочки окрашены в черный и желтый цвета, а на спинке есть группа желтовато-белых пятнышек, очень напоминающих по форме череп и скрещенные кости, из-за чего она и получила свое название. Проникнув в улей, «мертвая голова» выпивает огромное количество меда и, отяжелевшая, почти неспособная лететь, безнаказанно убирается восвояси.

Бражник умеет издавать довольно резкие звуки и может подражать «голосу» молодой пчелиной матки. Выяснилось, что эти его «песни» и завораживают стражу. На пчел они действуют так же неотразимо, как песни сладкоголосых сирен на древних мореходов.

Пчелы без матки чувствуют себя сиротами. Когда в начале лета некоторые из них вместе со старой маткой покидают отчий дом, улей погружается в уныние. Но вот из кокона вылупилась молодая матка, и в притихшей на несколько дней пчелиной семье все изменилось. Почти сразу же молодая матка начинает знакомиться с ульем, оживленно бегает по сотам и при этом «тюкает» (поет), объявляя рою о своем появлении на свет. Тюканью только что вышедшей из кокона молодой матки и подражает бабочка «мертвая голова», торопливо высасывающая мед, пока обескураженное население улья не пришло в себя.

Зачем мозгу извилины?

Человеческий мозг – самое удивительное из созданного природой на нашей планете. Перед его невообразимой сложностью наука пасовала вплоть до XX в. Первые серьезные достижения в изучении работы мозга принадлежат великому русскому ученому Ивану Петровичу Павлову (1849—1936) и его многочисленным ученикам.

Успех объясняется тем, что с самого начала изучалось явление, которое, с одной стороны, можно было рассматривать как простой физиологический акт и, значит, исследовать его с помощью привычных физиологических методов, а с другой стороны, оно же было и психологическим явлением. Причем, как это выяснилось в дальнейшем, это явление и есть тот элементарный психический акт, тот «кирпичик», из которых, по выражению И. П. Павлова, строится все грандиозное здание мыслительной деятельности. Явление это было названо условным рефлексом.

Нельзя сказать, что учение об условно-рефлекторной деятельности мозга сразу получило всеобщее признание. Ученые старшего поколения еще помнят время, когда мало кто верил в возможность разобраться в чрезвычайно сложной работе человеческого мозга. С тех пор положение изменилось. Безусловно, мозг наш обладает многими пока еще не познанными механизмами, обеспечивающими мыслительную деятельность, но стержень ее – это все-таки системы и иерархии рефлексов.

Любой клетке тела, тем более одноклеточным организмам, в какой-то мере свойственно сохранять следы прежних раздражений и изменять свои реакции в соответствии с предшествующими воздействиями, то есть вырабатывать временные связи. Эта функция ярче выражена у нервных клеток и с их появлением становится прерогативой нервного аппарата.

Временные связи образуются при совпадении во времени двух событий – важного для организма и не важного. Если собака перед тем как получить еду всякий раз слышит характерное постукивание половника по миске, у нее естественным образом очень скоро вырабатывается условный рефлекс, и эти звуки начинают вызывать слюноотделение и другие реакции, которые раньше могла дать только пища.

Условные рефлексы – это набор элементарных знаний об окружающей действительности. В условных рефлексах отражаются основные закономерности, характерные для среды, в которой находится животное. Когда после нескольких повторений постукивания по миске и кормления у животного вырабатывается условный рефлекс, это значит, что оно «заметило» взаимосвязь обоих явлений, и теперь условный раздражитель (стук по миске) становится как бы сигналом второго раздражителя и поэтому может вызывать все те реакции организма, которые раньше вызывала сама пища.

Сигнальная деятельность (образование временных связей) – явление всеобщее, свойственное всем животным нашей планеты. Мало того, можно думать, что этот принцип носит еще более универсальный характер, одинаково приложимый к любым организмам, и мы встретимся с временными связями у любых животных с любой планеты из любой звездной системы.

Животные нашей планеты обладают одним удивительным приспособлением, которое помогает им изучать окружающий мир и всю жизнь накапливать новые и новые знания. Это приспособление отчасти связано с работой органов чувств. Они устроены таким образом, что быстро «привыкают» к длительно действующим раздражителям и перестают на них реагировать, зато на все новое отзываются очень живо.

С этим явлением, вероятно, каждый знаком. Войдя с улицы в помещение, мы можем почувствовать довольно резкий и даже неприятный запах, но через несколько минут он перестанет нас беспокоить. Наш нос привык и перестал посылать мозгу соответствующую информацию. Однако стоит нам ненадолго покинуть помещение и потом вернуться, как все повторится. Благодаря этой особенности работы органов чувств мозг всегда получает информацию обо всех новых событиях в окружающей среде. Каждый новый раздражитель вызывает к тому же ориентировочный рефлекс, что помогает организму подготовиться к любым неожиданностям. Если же вслед за новым раздражителем, не имеющим для животного существенного значения, последуют важные события, образуется условный рефлекс, и новый раздражитель станет сигналом наступления более значительного события.

Безусловно, образованием простых временных связей работа головного мозга человека не исчерпывается.

Появление многочисленных временных связей между отдельными раздражителями или их комплексами создает у нас образы окружающего мира. Именно эти, обычно ничем во внешних реакциях не проявляющиеся, системы временных связей и стали основным фондом мыслительной деятельности человека. Любой раздражитель, входящий в такие комплексы, способен оживить длинные цепи взаимосвязанных временных связей.

В чем же феномен человека?

Рассмотрим, как на высшем этапе конкретно материализуется та многоуровневая информационная структура, к которой пришло все живое после миллионнолетней эволюции. Речь пойдет об асимметрии больших полушарий человеческого мозга, а также о многочисленных последствиях этой асимметрии.

В процессе эволюции над одним уровнем переработки информации надстраивается другой, над ним – следующий уровень и т. д. И каждый раз такое «надстраивание» природа обеспечивает морфологически – в виде тех или иных «конструкций» (устройств). Самый высокий из надстраиваемых уровней – так называемый рефлективный уровень. Выяснилось, что процессы данного уровня сосредоточены в левом полушарии человеческого мозга. Между тем подавляющее большинство других процессов (например, переработка зрительной информации) подобной локализации не имеют: они протекают симметрично в правом и левом полушариях. А процессы, связанные с речью, с восприятием человеком слов других людей и с его собственными высказываниями (речепорождением), как было установлено еще в конце XX в., сосредоточены преимущественно в левом полушарии. Таким образом, в левом полушарии сосредоточены по крайней мере два вида психической деятельности: рефлексивная и речевая. С чем может быть связана такая локализация?

По-видимому, причина здесь заключается в том, что на высшей ступени эволюции – на стадии перехода к homo sapiens – информационные потребности стали развиваться очень высокими темпами. И вот, чтобы устройства переработки информации могли поспевать за этим быстрым ростом потребностей, обеспечивать его «технологически», понадобились должные «конструкции».

В принципе, эволюция могла бы пойти здесь по уже известному, проторенному пути – надстроить над корой больших полушарий мозга некую «сверхкору» подобно тому, как сама кора была когда-то надстроена над подкоркой. Однако темпы морфологической эволюции (то есть развития «конструкций», занимающихся переработкой информации) оказались, по-видимому, недостаточными для этого. И тогда для эволюционной задачи нашлось другое решение: были попросту перестроены отношения между обоими полушариями головного мозга, существовавшие уже в достаточно развитом, «готовом» виде. Из двух полушарий, которые у животных обычно дублируют друг друга, одно (левое) было «надстроено» – в функциональном отношении – над другим (правым). В результате левое полушарие стало средоточием устройств и процессов рефлексии и речи. Видимо, именно поэтому для человеческого мозга характерно столь мощное развитие многочисленных каналов связи между полушариями: эти связи обеспечивают новый (не свойственный животным), «вертикальный» тип отношений между ними.

Произошедшая «специализация» полушарий мозга имела огромные последствия как для самого человека, так и для его отношений с другими людьми. В самых общих чертах эти последствия можно определить так: «обновленное» левое полушарие превратилось в аппарат приспособления к новой, культурной среде, состоящей из созданных человеком орудий, средств коммуникаций и т. п.; оно сделалось также «органом сознания», рефлексии, речи, саморегуляции и самоуправления, короче – всего того, что у нас ассоциируется с термином «ratio»; что же касается «старого», правого полушария, то оно стало специализироваться на интуитивно-чувственном, образном способе освоения окружающего мира, на эмоциональном его переживании.

Последствия такой «специализации» для межчеловеческих отношений и культуры очень важны. Одно из этих последствий – выявленный факт: в социально-психологической жизни общества обычно наблюдаются периодические процессы колебания между господством настроений, типичных для доминирования то левого полушария (20—25 лет), то правого (тоже 20—25 лет). Такие циклы удалось проследить (строго количественно) непосредственно на материале социально-психологического «климата» общества, а также на материале тех сфер, которые подвержены сильному влиянию этого «климата»: например, на стиле архитектуры и стиле музыки. Вот как далеко заходят последствия «специализации», которые сами в свою очередь – плоды «надстройки», позволяющей реализовать принцип максимума информации!

А теперь немного поговорим о такой важной особенности человека, как наличие речи, возможности языковой коммуникации. Что дает человеку эта возможность? Очень многое, и притом не только в плане общения людей друг с другом, но и в плане общения человека с самим собой, саморегуляции, самоуправления.

Если бы кошка захотела управлять своими чувствами, ее постигла бы неудача. Человек – другое дело: он может в достаточной степени управлять своими чувствами, потому что у него есть внешняя точка опоры – слово. Существование такой опоры – важный и вполне закономерный продукт эволюции информационных структур. Главное – в «выгодности» надстройки информационных уровней; ведь «надстроенный» языковой уровень может работать (управлять нижележащими уровнями переработки информации) очень эффективно, ибо в его распоряжении появляются «внешние средства» передачи и хранения информации – звуки, знаки, символы… В особенности эта эффективность возрастает при возникновении письменности: информация теперь может храниться и в больших количествах, и очень долго (а порой надолго переживает ту культуру, которая ее породила).

Кстати, информационный подход позволяет ответить на весьма существенные вопросы: почему именно звуковой канал передачи информации (а не, допустим, зрительный канал) стал предпочтительным при зарождении языка? Сколько фонем должно быть в языке? Каков оптимальный частотный диапазон человеческой речи? Оказывается, ответы фактически уже заложены в схеме эволюции информационных структур.

И наконец, о таком свойстве, совершенно специфическом для человеческого сообщества, как существование искусства. Выяснилось, что даже этот сугубо социальный феномен во многих своих чертах обусловлен эволюцией информационных структур и теми результатами, к которым эта эволюция пришла на стадии homo sapiens. Таких черт много, но мы остановимся только на одной – информационном фундаменте семантики (содержания) искусства.

Дело в том, что один из важнейших инструментов, которыми человек пользуется для ориентации в окружающем мире, – это система признаков объектов или их свойств (на базе каковых человек может классифицировать объекты). И вот с этими-то признаками возникает любопытная ситуация. Даже когда признаков не слишком много, число возможных их колебаний способно стать астрономически большим. Например, человек может быть охарактеризован 7 признаками, допустим, это: пол, возможны две градации – мужской или женский; возраст, представим его в виде 10 градаций – младенец (0-2 года), маленький ребенок (3-7 лет) и так далее; образование, пусть здесь будет 7 градаций – менее 4 классов, не более 8 классов, среднее общее (10, 11 классов), среднее специальное, незаконченное высшее и высшее.

Остальные признаки мы так подробно описывать не станем; пусть ими будут: место жительства (5 градаций), социальное положение (9 градаций), состояние здоровья (4 градации) и уровень культуры (8 градаций).

При таком раскладе различные градации этих признаков могут образовывать 2 Ч 10 Ч 6 Ч 5 Ч 9 Ч 4 Ч 8 = 172 800 комбинаций. И индивид, встречая другого человека, должен отнести его к какому-то одному из этих 172 800 классов! Если этот индивид встречал раньше хотя бы нескольких (скажем, 6-9) представителей данного класса, то он может судить о каких-то чертах их поведения – к примеру, посещают ли такие люди регулярно театр? В принципе, да, он может судить, но тогда ему надо было бы иметь круг знакомых около 1-1,5 млн человек. А это, конечно же, нереально. Такую ситуацию американский математик Беллман назвал проклятием размерности. Как же человек может практически ориентироваться в этом признаковом мире?

Оказывается, в этом потенциально возможном колоссальном многообразии далеко не все возможности способны практически реализоваться. Скажем, 3-летний младенец не может иметь образование, отвечающее 2-6 градациям, а также уровень культуры, отвечающий более чем первой градации, и т. п. В этом признаковом мире существует достаточно высокая упорядоченность. Происходит это из-за сильных связей между различными признаками (скажем, наблюдается такая статистическая закономерность: чем выше уровень образования человека, тем выше его культурный уровень). В результате в признаковом пространстве образуются «сгустки» – битком забитые людьми отдельные комбинации градаций, признаков, тогда как другие комбинации пустуют, остаются нереализованными. И фактически человеку надо уметь в первую очередь находить эти «сгустки». Например, возраст – 18—24 года, образование – незаконченное высшее, состояние здоровья – прекрасное и уровень культуры – самый высокий! И можно домыслить как множество других признаков этого типажа, так и черты его поведения. Строя в своем сознании модель такой «скорригированной» окружающей среды, человек тем самым максимизирует информацию.

Так причем же здесь искусство? А притом, что оно способно тренировать нас в этой необходимой деятельности: когда мы, скажем, видим на сцене персонаж с типичным (а не случайным) сочетанием различных признаков, или на картине – «идеальное» сочетание оттенков различных предметов, да если еще и сами предметы подобраны так, что корригируют друг с другом (идеальная ситуация жанра), и т. д. И тренировка может быть двоякая: можно давать зрителю конкретные, уже «готовые» жизненные, гармоничные сочетания признаков (это семантика живописи или, допустим, литературы), но можно и просто тренировать его в самой процедуре поиска таких гармонических сочетаний (это характерно для семантики музыки). Впрочем, человек получает такую тренировку не только при восприятии произведений искусства; он стремится находить подобную гармонию и вне искусства, например, созерцая природу.

В эволюции, несмотря на все перипетии, все же реализуется принцип максимума информации, чем во многом и объясняется то совершенство и гармония, которые мы видим в окружающем нас мире.

Итак, не будем терять времени. Резервы мозга, данные нам природой, можно реализовать в полной мере, нагрузив и левое, и правое полушария. Нужны художественная литература, поэзия, спорт, музыка, театр, живопись. Нужна творческая работа руками – умение обращаться с инструментами, радиосхемами, бытовой техникой, умение шить, вязать, готовить; нужно желание как можно больше делать самому. Ваш мозг много совершеннее самой сложной электронно-вычислительной машины, программа работы которой – лишь отдельное и упрощенное подобие процессов, лежащих в основе его деятельности.

Самый лучший компьютер (о человеческом мозге и его резервах)

Поступательное развитие живого (прогресс, вызванный отбором организмов, способных максимизировать информацию) должно было привести к появлению на высших ступенях эволюции организмов, обладающих удивительными свойствами. Многие могут не согласиться с тем, что эти свойства удивительны: ведь они присущи, например, любому человеку. Но с точки зрения того пути, который прошла живая материя за миллионы лет, постоянно усложняясь и совершенствуясь, эти свойства в самом деле удивительны. Перечислим главные из них:

1. Высокоразвитые организмы способны получать богатую, разнообразную информацию об окружающем мире, притом о весьма отдаленных его участках.

2. Высокоразвитые организмы обладают возможностью поддерживать высокое постоянство своей внутренней среды, несмотря на значительные изменения окружающих условий.

3. Высокоразвитые организмы имеют экономичную структуру хранения информации, опирающуюся на выделение признаков, характерных для объектов окружающего мира.

4. Высокоразвитые организмы оснащены многоуровневой структурой переработки информации, которая способна самосовершенствоваться, надстраивая все новые и новые уровни управления.

Последнее свойство самое важное, во-первых, потому что именно в нем нуждаются все другие пути эволюции, а во-вторых, потому что именно оно привело эволюцию к появлению современного человека, а также науки, культуры и искусства. Поэтому мы остановимся немного подробнее на структуре переработки информации, имеющейся у высокоразвитых организмов, и в первую очередь у человека.

В силу самых различных причин у высокоразвитых организмов формируется информационная структура, состоящая из многих уровней. Эту структуру можно уподобить некоей бюрократической организации (не вкладывая, впрочем, в этот термин никакого негативного оттенка). Работает она следующим образом. Каждый уровень перерабатывает поступающую на него информацию и, подобно канцелярии в бюрократической организации, отсеивает несущественные сведения и передает «наверх» лишь небольшую часть (скажем, около 10 %), но зато самую существенную с точки зрения этого «верха». Разумеется, «верх» управляет нижележащим уровнем, и это управление заключается, в частности, в том, чтобы «спустить» вниз критерии отбора – в какой информации нуждается вышележащий уровень. Далее информация таким же образом поднимается на следующий уровень.

Интересно, что конкретные носители информации могут быть разными на различных уровнях; на одном уровне сигналы могут иметь, скажем, химическую природу (допустим, изменение концентрации какого-то химического вещества), а на другом – это нервные (электрические) импульсы. Так, зрительные рецепторы-колбочки принимают информацию в виде электромагнитных волн, «упакованных» в порции – кванты; при получении таких порций электромагнитных волн в колбочках происходят вполне определенные фотохимические реакции, а результаты произошедших в колбочках химических изменений поступают в зрительный нерв и передаются по нему в виде нервных импульсов – и т. д.

Такую многоуровневую систему можно получить и с помощью анализа, проведенного в рамках так называемой теории поиска логического вывода (которая в последние годы вошла в орбиту работ по созданию искусственного интеллекта). Здесь было показано, что для решения какой-либо информационной системой всевозможных «вычислительных» (в широком понимании этого слова) задач целесообразно, чтобы эта система работала в режиме «башни исчислений»: этап работы в фиксированном исчислении сменяется этапом видоизменения этого исчисления, и эти этапы многократно сменяют друг друга. Система в целом образует «башню», нижний «этаж» которой занят данными внешнего мира, а переход на очередной «этаж» осуществляется на базе результатов нижележащих исчислений. Иными словами, получается та же самая структура переработки информации, хотя и построенная на несколько иных исходных посылках.

Какие же следствия вытекают из того, что на высшем этапе эволюции образуется такая многоуровневая структура переработки информации? Этих следствий очень много, и они принадлежат к самым различным областям – от физиологии до психологии, от логики до теории искусства и т. д. Но сейчас мы остановимся на одном из простейших (и в то же время важнейших!) следствий, которое относится непосредственно к самому функционированию такой структуры. Речь пойдет о типах памяти, в которых такая структура нуждается. При подъеме информации по нашей многоуровневой структуре в ней протекают три типа процессов, и каждый из них необходимо обеспечивать какой-то памятью.

Вот эти три типа информационных процессов и соответствующие им три типа устройств памяти:

А. На каждом уровне постоянно идет регистрация поступающей текущей информации. Какие требования предъявляет этот процесс к памяти? Главное здесь, конечно же, быстродействие. В особенности это важно в так называемых экстремальных ситуациях, когда от быстрой и правильной переработки информации может зависеть сама жизнь организма (например, человеку, идущему по лесу, надо быстро понять, какой хищник устремился ему навстречу, и принять срочные защитные меры). Необходимо иметь возможность быстро извлекать из памяти нужную для данного момента информацию и сопоставлять с ней ту информацию, которая поступает в данный момент. Что же касается объема памяти, то здесь, очевидно, всегда действует простейшая общая закономерность: чем этот объем больше, тем, конечно же, извлекать нужную информацию удается менее оперативно. Значит, для обеспечения процессов данного типа не надо стремиться к большому объему памяти, он может быть минимальным. Выгоднее всего пользоваться трехканальной передачей информации, а если минимальное количество типов сигналов по каждому каналу – два, то искомый объем этого вида памяти должен быть равен 23= 8. Это и есть та самая первая ступень памяти, или оперативная память, с объемом около 7-8 единиц и быстродействием порядка 0,1 с, которая так хорошо известна психологам-экспериментаторам.

Б. Диаметрально противоположный характер – у процессов выработки критериев отбора информации, которые надо «спускать» на нижележащий уровень. Эти критерии должны быть основаны на всем опыте, накопленном организмом (а точнее, данным уровнем переработки информации) на протяжении всей его жизни, равно как и на протяжении жизни его предшественников (генетическая информация). А если главное – жизненный опыт, то основным требованием здесь должен стать как можно больший объем памяти. И не так уж важно, с какой скоростью извлекать из этой памяти информацию: ведь переработка информации, хранящейся в ней, протекает постоянно, и лишь изредка результаты этой переработки (полученные новые критерии отбора) спускаются на нижележащий уровень. Главное же – чтобы информация могла в этой памяти накапливаться, храниться очень долго и иметь большой объем. И действительно, экспериментальной психологии хорошо известен этот вид памяти – так называемая третья ступень, или долговременная память: она имеет практически неограниченный объем и хранит то, что поступило в нее и очень давно, и совсем недавно.

В. Наконец, свои требования предъявляют к памяти процессы передачи информации на вышележащий уровень. С одной стороны, конечно, желательно передавать на вышележащий уровень достаточное количество информации, хотя и не слишком большое (чтобы не «загромождать» его излишней информацией); эту информацию надо запомнить и передать. С другой стороны, надо по возможности не задерживать слишком надолго передачу этой информации, ибо в противном случае вся деятельность информационной структуры (а также исполнительных органов) замедлится, а это может оказаться опасным, особенно в экстремальных ситуациях. Словом, чтобы обеспечивать процессы этого типа, нужно устройство памяти, промежуточное (и по объему, и по быстродействию) между теми двумя типами памяти, о которых мы только что вели речь. И такой промежуточный тип памяти известен психологам: это так называемая вторая ступень памяти; ее объем гораздо больше, чем у первой ступени, но зато она работает уже в несколько более инерционном режиме – со временем быстродействия от десяти долей секунды до нескольких секунд.

Таким образом, все три ступени памяти, известные психологии, существуют отнюдь не случайно, обладают отнюдь не произвольными характеристиками, а наоборот, находятся в полном соответствии с теми требованиями, которые к ним предъявляет наша многоуровневая информационная структура.

Если снова обратиться к нашей параллели с бюрократической организацией, то на каждом ее уровне – в каждой канцелярии – имеется, скажем, стол, на который кладут все поступающие вновь документы (с нижележащего уровня – из канцелярии более низкого ранга); это аналог первой ступени памяти. Имеются также сотрудники, которые постоянно разбирают эту вновь поступившую документацию, анализируют ее полезность и отбирают наиболее ценную часть в специальную папку; эту папку – аналог второй ступени памяти – они периодически (скажем, через каждые 2-3 ч) отправляют наверх, в канцелярию более высокого ранга. Кроме того, вся поступившая в канцелярию документация накапливается в ее архиве: это аналог третьей ступени памяти. Постоянно анализируя содержание архива (а также учитывая пожелания вышестоящих инстанций), сотрудники периодически (скажем, раз в неделю) спускают нижележащей канцелярии требования: какую информацию ей следует поставлять вверх.

Вот к каким сложно организованным иерархическим структурам приводит нас эволюция, в процессе которой отбор наиболее жизнеспособных организмов зависит от их способности эффективно перерабатывать информацию! Но сами по себе такие структуры – еще далеко не окончательный итог эволюции, ибо последствия создания подобных структур представляют собой еще один, высший эволюционный этап – этап, свойственный уже только человеку.