Захарченко Василий. Разговор с электрическим мозгом

   Кора головного мозга состоит примерно из 50 областей, у каждой из которых своя, единственно ей присущая функция, Здесь есть зоны, которые заведуют чувствами: зрением, слухом, осязанием, обонянием, вкусом, движением мышц. В височной доле мозговой коры находятся отделы памяти, отделы толкования и расшифровки поступающих сигналов.
   Но и эти области, в свою очередь, могут быть разбиты на отдельные зоны. Возьмите, например, двигательную область мозга. Каждая часть этой области заведует определенным движением - движением рук, языка, ступней ног и т. д.
   Когда начали расшифровывать моторную область мозга, один из остроумнейших ученых - Пенфилд разбросал по округлой части черепа, схематически изображающей двигательную область части человеческого тела в зависимости от той или иной команды, которую дает эта часть мозга. В результате получилось изображение уродливого человечка, разрезанного на части. Движения рук, пальцев заняли основное Место - поэтому руки у человека непомерно большие. Значительно меньшее место занимают речь и зрение. Еще меньше места осталось для движения ног- поэтому человечек коротконогий и хилый. Да это и понятно: руки, труд сделали нашего предка человеком. Взгляд его становился ясным и умным. Он выражал разум, течение мысли. Вот почему в своей эволюции мозг выделил большую часть своих богатств именно этим основным органам человека.
   Однако давайте проникнем и в глубину мозга, посмотрим, как он выглядит.
   Под большими полушариями (их два) находится ствол мозга. Он состоит из трех отделов: межуточного, среднего и продолговатого. В межуточном мозгу находится небольшой, размером с сустав мизинца, сгусток, который называется "гипоталамус". Он заведует эмоциями человека, ощущением голода и жажды, он является своеобразным управляющим всем этим домом разума. Кроме исполнения "хозяйственных" функций, гипоталамус по совместительству главный часовщик мозга: он координирует все суточные ритмы желез внутренней секреции, работу сердца, почек, легких, печени. Кроме всего прочего, он заведует температурой тела человека, а также отвечает за химический состав крови.
   Это еще очень мало изученное, но чрезвычайно ответственное ядро мозга.
   С этим органом связаны еще два отдела нервной системы, которые являются как бы телефонной станцией гипоталамуса. Эти два отдела простирают свои нервные волокна к внутренним органам человека, передавая взаимно противоположные команды, усиливающие или тормозящие работу того или иного органа.
   Однако вернемся к элементарной клетке, к той крохотной частице, из которой составляется человеческий мозг,- к нейрону.
   Если нейрон увеличить, то можно заметить в основе его небольшую ячейку, размером не более десятой доли миллиметра. От этой ячейки в разные стороны расходятся тончайшие отростки. Один из них - осевой отросток-имеет значительную длину, иногда достигающую метра. От осевого отростка отходят боковые волокна, окончание его разветвляется. Прочие отростки нейрона значительно короче, но они также ветвятся и расходятся в стороны.
   Если сравнить нейрон с какой-то электрической схемой, то осевой отросток напоминает тонкий, длинный изолированный проводок. Живые провода объединяются в пучки, напоминая многожильный кабель. Это и есть нервы. Нервы передают сигналы с поверхности организма к его центральной нервной системе.
   Трудно даже мысленно представить себе эту сложную, удивительно разветвленную систему связи между нейронами. По этим каналам, соединяющим нейроны между собой и с нервной системой, бегут электрические импульсы.
   Сначала думали, что скорость их движения равна скорости движения электрического тока - 300000 километров в секунду. Однако когда известный физик Гельмгольц измерил скорость передачи импульса от раздражаемого нерва к мышце, то величина ее оказалась всего лишь тридцать метров в секунду!
   Значит, импульс - это не движение тока, а что-то другое. Выяснилось, что это волна электронно-химических возмущений, передаваемых по нервному волокну от клетки к клетке. Как же действует этот механизм? Нервное волокно - это своеобразный канал, разделяющий два разных химических раствора подобно тому, как и сам нейрон, который содержит внутри себя больше ионов калия, а снаружи больше ионов натрия и хлора.
   Так неужели от такого примитивного набора ионов и зависит все поразительное обилие и богатство наших ощущений?
   Да, именно так: от накопления и распределения ионов в клетке и появляется электрический импульс - сигнал крохотного электрического генератора.
   Передавая тот или иной сигнал, нейрон работает по принципу "все или ничего". Передавая сигнал, он или возбуждается, или полностью отдыхает на протяжении сотой доли секунды.
   Вот почему, говоря о работе нейронов, мы невольно проводим параллель с кибернетической машиной, которая работает по принципу так называемого двоичного кода информации: все или ничего.
   Я нарочно сравниваю мозг человека с кибернетической машиной, а не наоборот только потому, что кибернетическая машина значительно проще, чем любая самая сверхпростая структура мозга. Ведь эту машину мы построили своими руками и хорошо знаем ее; что же касается мозга, то мы только на ощупь пытаемся разобраться в его структуре и функциях.
   Как же мы можем пробиться к мозгу человека?
   Вот идет операция головного мозга. Крошечным электродом врач прикасается к височной доле мозга. Боли мозг не ощущает. Что бы ни происходило с мозгом, человек реагирует на вмешательство не болью, а другими ощущениями.
   - Я слышу звуки пианино,- говорит испытуемый больной, хотя в операционной ничего не слышно, кроме напряженного дыхания врачей.
   Хирург прикасается электродом к другой части мозга.
   - Я слышу, что кто-то поет,- говорит пациент.
   Но вот электрод передвигается ближе ко лбу, и у человека возникают новые ощущения.
   Мы уже говорили, что височные доли - это хранилища памяти. Возбудив электродом нейроны памяти, хирург вызывает поток воспоминаний о давно минувших событиях в сознании больного.
   Первые попытки проникновения в мозг и искусственного возбуждения его только начинают раскрывать нам загадки разума. Известный врач-хирург, нейрофизиолог Хозе Дельгадо провел серию сенсационных исследований мозга животных и человека. Он проникал в мозг тончайшей проволочкой, тоньше человеческого волоса, обнаруживая дотоле совершенно неизвестные центры, расположенные ниже коры головного мозга. Оказывается, там существуют особые зоны, заведующие эмоциями человека.
   Вот "участок кротости". Злобный макака-резус, который яростно бросался на каждый приближающийся к нему предмет, вдруг становится мирным и ласковым, если у него возбужден центр кротости. Его можно взять на руки, он покорен и сентиментален. Но стоило на мгновение прекратить
   действие электрического укротителя, как злобный характер немедленно возвращался к его хозяину.
   Тончайшими электродами нейрохирург проникал в центры голода и жажды. Если возбудить эти центры, животное будет есть непрерывно на протяжении 2-3 суток, а если эти клетки будут разрушены, животное гибнет от голода, упрямо отказываясь от всякой, даже самой вкусной и заманчивой пищи.
   Однажды я видел фильм, снятый в научно-исследовательском институте в Тбилиси. Ученые исследовали различные точки мозга животных. Был найден центр страха. При возбуждении этого центра электродом кошка приходила в ужас. Но стоило только отключить электрический ток, как она успокаивалась и тянулась к миске с молоком.
   Если такие опыты можно проводить над животными, то над нормальным человеком проводить их невозможно. Однако с лечебными целями в мозг душевнобольных людей также вживляется до 50 электродов. В этом случае врача интересует не самый эксперимент, а возвращение больного в мир здоровых людей. Иногда результаты такого вторжения в смятенный человеческий разум бывают положительными.
   Американский ученый Грей Уолтер изобрел аппарат, который назвал "Топси". Этот аппарат давал возможность исследовать электрические процессы, происходящие в мозгу человека. С помощью сетки электродов, подходящих к различным частям головы, можно наблюдать электрические возмущения, происходящие в мозгу в момент бодрствования, сна, в моменты активной или ослабленной мозговой деятельности.
   Глядя на 22 мерцающих глаза "Топси", можно наблюдать своеобразное и поразительное блуждание электрических токов над чудовищной массой нейронов мозга. Но самым поразителькым оказалось, что в мозгу человека существуют непрерывно действующие колебания, с частотой 10 колебаний в секунду. Эти колебания были названы альфа-ритмами. Когда человек спит, этот ритм приобретает четкость и ритмичность. Когда он думает и переживает, картина резко меняется.
   Зачем нужны эти ритмы? Что они дают человеку, да и всякому ли человеку? Обнаружилось, что у каждого седьмого человека альфа-ритм отсутствует, что у каждого человека свой "почерк", характерный, единственно ему присущий. До настоящего времени трудно понять сущность этих удивительных электрических колебаний. Основоположник кибернетики Норберт Винер предположил, что альфа-ритм - это своеобразные биологические часы, это синхронизирующее устройство, которое по времени согласует поступление и выдачу сигналов, несущих информацию к мозгу и от мозга. И действительно, ученые заметили, что всегда существует какая-то крошечная пауза между моментом, когда человек видит сигнал, и моментом, когда ом реагирует на него.
   Исследование этого процесса обнаружило поразительное явление: человек в состоянии воспринимать внешние сигналы и посылать команду после восприятия этих сигналов только через каждую десятую долю секунды. А ведь это и есть не что иное, как частота альфа-ритма!
   Удивительно и другое. Вернувшись к нашей аналогии с кибернетической машиной, мы видим в ней такую же картину: в машине постоянно работает синхронизатор, цель и назначение которого - распределять поступающие и выходящие из машины сигналы.
   Может быть, эта аналогия не случайна?
   Альфа-ритм дал возможность установить еще одно своеобразное явление. Мозг реализует информацию только в том случае, если она новая. Если сигнал повторяется, то информация запоминается, но происходящие при этом химические реакции ограничивают восприимчивость нейронов к этим повторениям - мозг как бы отключается.
   Советский ученый Дубликайтис предположил, что альфа-ритм имеет отношение и к другому процессу, происходящему в мозгу, а именно к считыванию информации, осуществляющемуся 2-3 раза в течение долей секунды.
   Кроме электрического влияния на мозг, на его деятельность активно действуют химические препараты. Здесь мы неожиданно попадаем, если можно так выразиться, в химию эмоций.
   Это было в конце XVIII века. Занимаясь химией, двадцатилетний Гемфри Дэви случайно обнаружил, что закись азота при вдыхании оказывает очень странное влияние на человеке. Этот газ со слабым приятным запахом заставил Дэви безудержно смеяться, вызывал непроизвольную жестикуляцию, мимику... Но главное не это, газ вызывал притупление зубной боли, которой очень страдал Дэви. Так было открыто одно из первых анестезирующих, обезболивающих средств. И только полвека спустя Джексон, бывший врачом-хирургом, натолкнулся на второе обезболивающее средство.
   Нечаянно разбив сосуд с хлором и вдохнув отравляющий газ, Джексон решил нейтрализовать его действие, вдыхая смесь аммиака и эфирных паров. Он думал так: соединившись с водородом эфира, хлор даст хлористый водород, который, в свою очередь, нейтрализуется аммиаком. Расчет, как мы видим сегодня, был наивным, но открытие оказалось поразительным. Ощущение раздражения и боли в горле пропали мгновенно. Все заключалось в наркотическом действии эфира. Значение этого открытия оказалось настолько огромным, что в 1867 году в Бостоне воздвигли памятник эфиру как символ победы над болью.
   После открытия Джексона эфир начали применять для обезболивания при удалении зубов, при ампутации.
   Мы рассказали об этих случайных открытиях, ставших историческими, только потому, что эти первые химические влияния на человеческий мозг не являются последними.
   Выяснилось - целый ряд наиболее распространенных сегодня болезней, таких, как гипертония, инфаркт и т. п., во многом зависят от состояния нервной системы человека. Здесь решающую роль играют так называемые "отрицательные эмоции" - чувство страха, горя, душевной подавленности.
   Если эти эмоции не очень продолжительны, перемежаются чувством радости, удовлетворения - они не опасны.
   Но если они воздействуют длительно, то в человеческом организме наступают опасные для здоровья изменения.
   Встает вопрос о воспитании эмоций. Что это такое? Это умение преодолевать отрицательные эмоции. Это стремление ослабить их хотя бы временно, чтобы организм успел восстановить силы для борьбы. Больше радости, больше смеха, больше хорошего настроения... Не зря все это издревле считалось лучшим лекарством!
   Ученые задумались над тем, нельзя ли химически синтезирозать настроение человека, нельзя ли найти такие препараты, которые могли бы воздействовать непосредственно на эмоциональную сферу человека - на его настроение и характер. Радость окрыляет человека, гнев стимулирует активизацию его деятельности. Это - возбуждающие эмоции. Но есть и подавляющие: душевное огорчение угнетает психику.
   Новые средства были найдены. Член Академии медицинских наук П. К. Анохин, на протяжении многих лет занимающийся проблемами мозга и кибернетикой, рассказывает:
   - Теперь нам хорошо известно, что все эмоции человека, имеющие отрицательный характер, например тоска длительное состояние страха, горя и т. д., связаны с выбросом в кровь большого количества адреналина. Это настолько установлено, что уже дает возможность говорить о так называемой "адреналиновой тоске", Разрушить этот избыток адреналина в некоторых мозговых клетках значило бы предотвратить состояние тоски и страха.
   Врагом адреналина является искусственный препарат аминазин. Он гасит тревогу, страх, успокаивает нервную систему. Его применяют при хирургических операциях, при душевных заболеваниях, при необходимости понизить температуру человеческого тела, вызывая в нем состояние, подобное зимней спячке животных.
   Во время войны появился новый препарат - феномин, который дает толчок возбуждению мозга. Стоит человеку, который не спал много дней и находился в напряженнейшем состоянии, принять таблетку феномина, утомление мгновенно исчезает. Мозг приобретает поразительную ясность, обостряются все чувства человека, слух и зрение.
   Что же это? Доказательство существования химии радости, химии печали, химии страха, химии отваги. Пока что это еще не исследовано наукой. Но все новые и новые препараты, влияющие на работу мозга, появляются в настоящее время. Стелазин, действующий сильнее аминазика, резерпин, действующий успокаивающе, и другие.
   Перед химией эмоций открываются огромные перспективы. Уже сегодня можно вполне реально говорить о возможности снимать усталость, боль, тоску.
   Что же это, искусственное создание характера человека? Думается, что нет. При правильном и нормальном применении химических препаратов, в частности для лечебных целей, они станут друзьями человека, его помощниками в жизни и труде.
   Но так ли думают о возможности влиять на мозг некоторые буржуазные ученые и господа милитаристы?
   Даже такой крупный ученый, как Хозе Дельгадо, в результате своих смелых опытов делает вывод, который вызывает у нас некоторое удивление. Он говорит, что если эмоциями людей можно управлять с помощью электродов, из этого следует, что "к уже существующим управляемым снарядам надо прибавить еще один - мозг".
   С такими выводами могут согласиться лишь господа, разыскивающие для своих грязных целей препараты, подобные наркотику героину, якобы необходимому солдатам в будущей войне, чтобы снять у них чувство страха. Новых возбуждающих средств ищут и коммерсанты, желающие сколотить состояние "а отравлении людей наркотиками. Ни для кого не секрет, что распространение наркотиков в Америке, в Западной Германии и Франции приобрело сегодня чрезвычайно большие размеры.
   В настоящее время существуют подпольные международные организации, контрабандно торгующие наркотиками. Финансовый оборот этих гангстерских организаций превышает многие миллионы долларов.
   Цель у них одна - обогащение любыми средствами. Поскольку государственные организации борются с контрабандои наркотиков, переброска их производится тайно. Иногда под видом других товаров, иногда в тайниках автомашин. Контрабандистов абсолютно не волнует то, что они торгуют ядом, отравляющим сознание молодежи, медленно уносящим здоровье.
   Так в капиталистическом мире достижения химии используются против человека.
   Исследуя химическое воздействие препаратов на мозг, подлинные ученые стремятся найти средство, помогающее человеку, излечивающее его от недугов.
   Нет, мы говорим о благотворном воздействии на человеческий мозг, который требует еще исследования. Бесконечны возможности мозга, беспредельна дорога исследований. И аналогии, проводимые между мозгом человека и кибернетическими машинами, бесспорно, помогают нам на этом пути.
   6 мая, среда
   В Новомосковске отличная библиотека. Целый день сидел я там, не разгибаясь, по уши зарывшись в книги и журналы.
   - Над чем это вы мучаетесь? - спросил Николай Иванович, глядя на мое измятое от бессонницы и напряжения лицо.
   - Да вот хочу разобраться, чем это мы с вами думаем. Он рассмеялся.
   - Это неплохо!
   Потом открыл ящик стола, стоявшего совсем рядом с Кибером, и достал книжку.
   - Почитайте. Очень интересно. По тому же вопросу. Это была книга известного американского ученого Росса Эшби "Конструкция мозга".
   - Не пожалеете, что прочитали,- сказал Николай Иванович.
   Позже я понял, что он был прав.
   Вечером у меня состоялся второй разговор с Кибером. Я вновь задержался в зале Центрального поста управления, и мы беседовали, как говорится, с глазу на глаз. Я решил не выдавать друзьям маленькую тайну вечерних свиданий с машиной - поймут ли они меня?
   - Ну что, разобрались немного в том, что такое наш машинный мозг? - как мне показалось, иронически спросил меня Кибер.
   А. Конечно!.. Слушай: "Разумная машина может быть определена как система, которая использует информацию и обрабатывает ее так, чтобы достигнуть высокой степени подходящего отбора. Если эта машина должна показать в самом деле высокий уровень разумности, она должна обрабатывать большое количество информации и при этом с высокой эффективностью". (Это была цитата из книги Росса Эшби. Я "выдал" ее с удовольствием, тайно мстя Киберу за его вчерашний урок эрудиции.)
   Кибер молчал. Он явно смутился. Видимо, в его электронной памяти мнение ученого не было запрограммировано. Кто знает, может быть, книга вышла позже...
   К. Не помню. Вероятно, Эшби?
   А. Ты угадал... Но как сказал один выдающийся мыслитель прошлого: "Все жалуются на свою память, но никто на жалуется на свой ум!"
   К. Но как же при таком определении разумности машин понимать разумность живого?
   А. Цитирую тот же источник: "В биологических процессах подходящий отбор и разумность проявляются в основном в регулировании: живой организм, если он действует "разумно", ведет себя так, чтобы поддержать себя живым. Другими словами, он действует так, чтобы поддержать основное переменное, от которого зависит его существование в биологических границах".
   Как видишь, определение совсем в стиле предыдущего.
   К. Значит, живой мозг и мозг искусственный действуют одинаково?
   А. Прости, о каком искусственном мозге ты говоришь? Разве такой существует?
   К. А почему бы и нет? Если две системы работают одинаково, они сначала могут быть смоделированы, а затем может быть создано их подобие - в данном случае искусственная копия живого мозга!
   Я растерялся. Аргументация Кибера звучала более чем убедительно. Мне пришлось готовить второе наступление на машину. Опять груды книг. Опять торопливые записи...
   ИСКУССТВЕННЫЙ МОЗГ
   Любая машина всегда была усилителем физического труда человека. Собственно, машина и была для этого изобретена.
   Кибернетическая машина должна стать усилителем умственной работы человека - именно усилителем, а не заменителем, как думают некоторые. На каких же путях искать необычную схожесть двух начал - мозга и машины?
   Когда-то известный русский врач И. М. Сеченов писал в своей книге "Рефлексы головного мозга":
   "Мысль о машинности мозга, при каких бы то ни было условиях, для всякого натуралиста клад. Он в своей жизни видел столько разнообразных, причудливых машин, начиная от простого винта до сложных механизмов, которые все больше и больше заменяют человека в деле физического труда, он столько вдумывался в эти механизмы, что если поставить перед таким натуралистом новую для него машину, закрыть от его глаза ее внутренности и показать лишь начало и конец ее деятельности, то он составит приблизительно верное понятие об устройстве этой машины и ее действии".
   Ведь мозг - это тоже закрытая от наших глаз машина. Открытой может быть машина кибернетическая. Но оба механизма во многом по внутреннему устройству схожи.
   Кибернетическая машина составляется из большого количества электронных ламп или полупроводников. Работа машины очень проста - лампы либо пропускают ток, либо не пропускают его. Можно считать эти два состояния как плюс или минус или как ноль и единицу. Комбинация двух сигналов - основа счетного дела. Машина прислушивается к информации, отвечая "да" или "нет". Выбирая каждый раз одно из этих решений, она в конечном итоге приводит к окончательному и правильному выбору.
   Но ведь те же вспышки биотоков, та же проверка на "да" и "нет", происходит в человеческом мозгу. Клетки либо пропускают через себя биоток, либо не пропускают его. Нет промежуточного состояния клетки мозга, так же как нет промежуточного состояния элементов кибернетической машины. Только "да" и только "нет"!
   Связанные между собою клетки и составляют мозг. Какое бы решение мозг ни принял, он должен произвести своеобразные вычисления.
   Представьте себе на мгновение: вы входите в ярко освещенную комнату. Помимо вашей воли и сознания зрачки у вас немедленно сужаются.
   Как это могло произойти?
   Видимо, в мозг немедленно поступила информация о том, как освещена комната. Мозг знает, что должен делать глаз - всматриваться в даль или читать мелкий шрифт в книге. И он немедленно определяет, какого размера должен быть зрачок, в зависимости от освещенности или от цели обзора. Затем он сравнивает эти размеры с существующим состоянием зрачка, после чего приказ направляется мышцам и они прикрывают диафрагму хрусталика на соответствующую величину.
   Эта работа производится непрерывно, с абсолютной точностью - до десятых долей миллиметра.
   Разве не так работает кибернетическая машина?
   Возникает вопрос: можно ли построить модель мозга? И если раньше мы не торопились ответить на этот вопрос, долго и мучительно сопоставляя возможности радио и электроники, то сегодня, на новом уровне развития техники, мы уверенно отвечаем: да, можно!
   ...Академик Виктор Михайлович Глушков возглавляет Институт кибернетики, находящийся в пригороде Киева. Среди огромного количества интереснейших, чрезвычайно важных и нужных для развития народного хозяйства нашей страны проблем институт занят сегодня и проблемой моделирования человеческого мозга.
   - Конечно, весь процесс моделирования мы должны начинать с самого простого,- рассказывает Глушков,- с создания модели ячейки мозга, с модели нейрона. Пускай в мозгу этих клеток бесчисленное множество - миллиарды, но, познав состояние одной клетки, взаимосвязь ее с другими, мы сумеем, как нам думается, создать модель этой клетки и ее взаимосвязи в машине. Если условно оценить стоимость лишь одной модели клетки, предположим, в 10 копеек, затраты на моделирование всего мозга будут исчисляться колоссальной цифрой в несколько миллиардов рублей. Но,- улыбается он,- давайте начинать с малого.
   Мы отлично понимаем, что следовать тем принципам, по которым работает наш мозг, при создании новой машины неприемлемо. Надо искать обходные пути, копии, аналогии, замены. Только тогда мы сможем добиться реального успеха. И вот перед нами первая модель маленького кирпичика разума - нейрона. Машина называется "Нейристор".
   Что требуется от "Нейристора"?
   Пропускать без затухания импульсы. Посылать импульсы, соответствующие силе раздражения. Реагировать на возбуждающие и тормозящие сигналы, которые поступают на вход и выход модели.
   "Нейристор" обязан не пропускать сигналы в обратном направлении. При превышении порога чувствительности он не должен захлебываться, но обязан отвечать не во всю свою силу.
   Все это в какой-то степени копирует работу клетки мозга.
   Одна из возможных схем "Нейристора" построена на четырех полупроводниковых элементах. По сравнению с микроскопически малой клеткой живого мозга "Нейристор" - гигант. Чтобы из таких приборов сложить машину, моделирующую мозг, вероятно, потребуется объем небоскреба, а может быть, даже целого квартала города.
   Но работники института уверены, что эту преграду они тоже преодолеют. Происходит постоянный процесс беспредельного уменьшения элементов кибернетической машины. Когда-то употреблялись лампы. Сейчас выпускаются устройства, изготовленные печатным способом, и схемы собирают из крохотных элементов. Схема, по объему занимающая несколько квадратных миллиметров, уже может запоминать до 500 тысяч знаков.