Виктор Долонько (dolonyko) wrote,
Виктор Долонько
dolonyko

Category:

ЭВМ и мозг

Герман ДЬЯКОНОВ *
Рисунок Сергея САВИНА

В годы моей пытливой молодости существовала на свете наука под названием бионика. Ее фишка состояла в том, чтобы все решения инженерно-технических проблем заимствовать из природы. Что-то получалось. Например, общеизвестное изобретение покрытия подводных лодок по образцу кожи дельфина было внедрено в практику. Сегодня мы попробуем посмотреть с бионической точки зрения на информационные технологии. Или наоборот.

Сначала поговорим о коммуникациях, то есть о связи. Всем моим ровесникам памятна цитата из работы «Советы постороннего», где постулируется conditio sine qua non вооруженного восстания: «Чтобы непременно были заняты и ценой каких угодно потерь были удержаны: а) телефон, б) телеграф, в) железнодорожные станции, г) мосты в первую голову». Автор – В. И. Ленин. Написано за пару недель до этого самого восстания. Прошу обратить внимание на тот факт, что все указанные объекты так или иначе связаны с коммуникацией, первые два – самым непосредственным образом. Иначе и быть не может. Коммуникация, связь жизненно, в буквальном смысле, необходимы для существования жизни (простите за тавтологию). Вот с этого места подробнее.

[Spoiler (click to open)]
Клетка

«Атом» живого. И так же, как и настоящий атом, который состоит из субатомных частиц, клетка имеет в своем тельце целую вселенную субклеточных органелл. Но это не бестолковая куча, в которой имеются митохондрии, пластиды, аппарат Гольджи и прочие вещи с заманчивыми названиями. Все органеллы связаны между собой в единую сеть. Связаны! От слова «связь».
А это значит, что органеллы имеют некие внутриклеточные каналы передачи сообщений, а также сами сообщения в некоторой форме. И всё это имеется в наличии! Естественно, в рамках биохимии. Сначала мы рассмотрим тот случай, когда клетка в целом получила извне какой-то сигнал. Здесь требуется добавить определение «жизненно важный», потому что жизненно неважные сигналы всей дальнейшей суеты не вызывают.
Клетка сигналы чувствует на своей шкуре, точнее говоря – своей мембраной. Ладно, приняли сигнал, а теперь его надо преобразовать в вид, пригодный для внутриклеточной коммуникации. Вы удивитесь (я, во всяком случае, – да), но дальше передача происходит с помощью ионов кальция. Это атомы кальция, лишенные двух электронов. Преобразование происходит в клеточной мембране. В ней активизируются специальные вещества, называемые вторичными посредниками. Эти посредники в свою очередь активизируют белки-мишени, которые продолжают начатую цепочку, генерируя следующие поколения посредников, или же запускают работу специальных клеточных элементов, которые и выполняют нужную физиологическую функцию. К примеру, ту, которую ожидает больной (и его лечащий врач, естественно) от приема того или иного лекарства.
Что интересно, в клетках имеются так называемые фармакологические рецепторы. Конечно, клетки абсолютно здорового (если хотите, недообследованного) организма тоже постоянно получают нужную информацию о состоянии окружающей их среды. Там, например, могут находиться витамины, или, скажем, гормоны, или другие как полезные, так и вредные молекулы и атомы. Кроме ионов кальция имеются и другие переносчики внутриклеточных химических сообщений.
Что тут общего с компьютерами? Там тоже существуют так называемые интерфейсы внешних устройств, по которым сигналы из внешнего мира (а это клавиатура, мышь, сканер, датчики и прочее) поступают внутрь бесовской машины, а там уж разные шины данных, шины дисков и другие проволочки доставляют преобразованные (!) сообщения куда надо.

От клетки – клетке

Хочется напомнить, что не все организмы являются одноклеточными, хотя таковых намного больше, чем многоклеточных. Кто-то из очень умных людей (что-то кажется мне, что либо Жакоб, либо Моно, хотя вероятность ошибки велика) высказался в том смысле, что за преимущества многоклеточности нам пришлось расплатиться бессмертием. Красиво, конечно, однако если принять в расчет предел Хэйфлика…
Впрочем, я отвлекся. Итак, наш организм состоит из огромного числа клеток, причем каждая из них четко знает свой маневр (дифференцирована по строению и по функции, как сказали бы биологи). Но из клеток состоят ткани, которые образуют органы, а там системы, и так далее, и вся эта команда должна работать дружно, слаженно, красиво, как хор под управлением Владимира Минина. А посему клеткам архинеобходимо, батенька, общаться.
А как? Да через мембраны, это простейший, хотя и тупой способ. От клетки к клетке, от компьютера к компьютеру, через порт принтера, как было триллион микросекунд тому назад. Почти сразу же были придуманы так называемые сетевые платы, которые позволяли подцеплять внутренности ЭВМ к идущим на воле проводам. Стоп, а в живой природе что? Да почти то же. Некоторые клетки простейших многоклеточных существ, например, кишечнополостных, у которых движение происходит «всем корпусом», пустили отросточки, ведущие к другим клеткам. Это еще далеко не специфицированные нервные клетки, они больше походят на клетки соединительной ткани. Но ведь дело не в этом. Здесь мы видим полноценную диффузную сеть, служащую для быстрой передачи возбуждения по сократительным элементам. Как в первых слабо структурированных сетях компьютеров с типом соединения «каждый с каждым».

Передача информации от одного источника всем приемникам

В нашей жизни мы имеем дело с такой штукой в процессе просмотра телевизионной программы. Это называется (широко)вещанием. В живой природе аналогом является гормональная система. Как в природе, так и в информатике эта форма передачи информации появилась задолго до всех описанных выше. Передатчиком здесь являются так называемые эндокринные железы, они же называются железами внутренней секреции. Выработав гормон, такая железа выбрасывает свое сообщение в кровь. По кровотоку вещество распространяется по всему организму. Повторяю: способ этот один из наиболее древних, поэтому он ответствен за любовь, гнев, счастье. Слыхали выражение об огне любви, который сжигает тебя всего? Вот он, гормон, силищу какую имеет!

Откуда надо – куда надо

Эволюция, мать наша родная, в итоге вместо всяких там диффузностей и капризных сообщений типа «на кого Бог пошлет» создала центральную нервную систему, сокращенно ЦНС. Правда, не вот тебе сразу. Сперва у беспозвоночных появились ганглии, нервные узлы (именно такой перевод с греческого имеет этот термин), где собраны нервные клетки и их окончания. Там имеются также клетки нейроглии, своего рода арматуры всего этого хозяйства. Сверху всё это укреплено соединительной тканью. Ганглии могут объединять нервы либо от двух половин парных органов, либо от расположенных по соседству разнородных частей тела.
Между ганглиями проходят пучки нервных волокон. Вот вам, пожалуйста, компьютерная сеть, объединяющая крупные вычислительные центры с множеством ЭВМ. Вы уже поняли, что ЦНС есть прообраз нашего любимого Интернета. В ходе эволюции ганглии беспозвоночных стали частью их ЦНС. У нас, у позвоночных, не так. У нас ганглиями называют скопления нервных клеток, лежащие вне ЦНС. Скопления тел нейронов, что внутри ЦНС, называются ядрами. Система ганглиев связывает различные структуры нервной системы, «обеспечивает промежуточную обработку нервных импульсов и управление некоторыми функциями внутренних органов».
Имеются две группы ганглиев: спинальные и автономные. В спинальных ганглиях собраны сенсорные («чувствительные») нейроны, то есть те, что идут от наших органов чувств, внешних и внутренних. Автономные, или вегетативные, ганглии обслуживают нужды вегетативной нервной системы. Они расположены вдоль позвоночника двумя цепочками.
Пример. Вы забыли вовремя погасить спичку, от которой прикуривали сигарету (кстати, пора бросать!), и почувствовали боль. Далее всё идет на автомате. Не думая, вы отбрасываете спичку. Сработала вегетативная нервная система, которой не надо думать, надо действовать. То, что можно делать без особых рассуждений, выполняется без включения головы.
Аналогично были устроены ЭВМ третьего поколения, где функции общения с внешним миром выполняли специальные вычислительные машины, селекторный и мультиплексный каналы. Позже пучки нервов покрылись цепочкой косточек, позвоночником. Самый передний (или верхний) позвонок разросся и превратился в черепную коробку. Подразумевается, что там у большинства из нас помещается головной мозг, но главное – мы туда едим. Самое главное – мозг может четко знать, откуда идет сигнал, и послать куда надо приказ. В мире техники аналога пока нет. Всё управление сетью распределено по всей сети. Это хорошо? Не знаю, наверное, да.

* Специалист по теории информатики, старший преподаватель СГТУ.

Опубликовано в «Свежей газете. Культуре» 9 апреля 2020 года, № 6–7 (179–180)
Tags: Культура и Наука
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments