2 года назад
Нету коментариев

Что такое кибернетика? Исходя из наших нужд ее сле­дует определить как учение о функциональных саморегу­лирующихся системах. Поскольку определение всегда аб­страктно, покажем па простом примере, что имеется в виду.

Предположим, что наша рабочая или жилая комната отапливается газовой печью. При температуре 21° С мы чувствуем себя нормально. Регуляторы в системе отопле­ния позволяют нам, когда становится слишком жарко, уменьшать, а при снижении температуры увеличивать по­дачу газа. Если подачу газа приходится регулировать во время напряженного труда, то это мешает работе.

Между тем технически несложно соединить подачу газа с термометром. Термоизмерительный прибор соединяют с газопроводом таким образом, что при повышении темпера­туры подача топлива уменьшается, а при понижении уве­личивается. Так автоматизируют отопление помещений. Газ дает тепло, тепло действует на газ. Поэтому мы гово­рим об автоматизированной системе регулирования. В на­шем очень простом примере эта система позволяет чело­веку не тратить никаких усилий на переключение отопи­тельного устройства. На крупном промышленном предпри­ятии, где приходится регулировать многое — температуру парогенераторов, скорость работы станков, давление в кот­лах и т. д.,— может быть получена очень большая эконо­мия рабочей силы.

Но вернемся к нашему примеру. Поскольку температу­ра в помещении воспринимается каждым из нас индиви­дуально, создают такие регулирующие устройства, которые позволяют устанавливать желательную температуру. Кто любит сидеть в теплой комнате, установит регулятор па 23° С, кто предпочитает более низкую температуру, поста­вит на 19° С, а то и ниже. Автоматическое устройство бу­дет поддерживать заданную температуру.

Что общего между работой автоматической системы и процессом обучения животных?

В ответ на этот вопрос разберем еще один простой при­мер. Поднимая гантель весом пять килограммов, новичок в тяжелой атлетике поначалу слишком слабо напрягает мышцы. Но затем он прикладывает большие усилия и под­нимает гантель. При повторении упражнения он уже сра­зу правильно напрягает мышцы.

Как это оказалось возможным?

В начале каждого движения из мозга по нервам посту­пает указание мышцам — в нашем примере оно касается степени их напряжения. Удалось или не удалось выпол­нение движения, мозг узнает через другие нервные кана­лы. Это сообщение является принципиально важным в ки­бернетике обратным сообщением (или обратной связью). Само собой разумеется, что оно передается не словами, оно закодировано (вроде телеграммы, передающейся при по­мощи азбуки Морзе), то есть состоит из определенной по­следовательности отдельных импульсов. В рассматривае­мом нами примере первое обратное сообщение означает, что напряжение мышц недостаточно. Сразу же следует указание повысить напряжение. Теперь, когда оно стало достаточным, в мозг поступает соответствующее обратное сообщение. Там оно фиксируется, иначе говоря, необходи­мое для поднятия гантели напряжение запоминается. Это напряжение является расчетной, величиной, на которую устанавливается система регулирования мозг — мышца — мозг. В следующий раз, поднимая гантель весом пять ки­лограммов, человек уже без какого-либо раздумья приме­няет наиболее пригодное для этого усилие мышц. Две ча­сти — мозг и мышцы — образуют саморегулирующуюся си­стему. Безусловно, она зависит и от других процессов, происходящих в теле. Скорее всего она является подсисте­мой в очень большой и сложной общей системе.

Наверняка многим хорошо известен цирковой номер, позволяющий показать отрегулированное на расчетную величину отношение между мозгом и мышцами. Кому-ни­будь предлагают поднять гантель, сделанную из картона и по своему цвету, форме и надписи «5 кг» разительно на­поминающую металлическую гантель того же веса. На са­мом деле пустая картонная гантель весит всего несколько граммов. Человек видит ее и принимает за настоящую. Он наклоняется к муляжу, памереваясь поднять пятикило­граммовую гантель, и его мышцы получают соответствую­щее сообщение: следует применить такое-то напряжение. Но оно, естественно, намного превышает действительно не­обходимое усилие — рука вместе с муляжом подлетает вверх, что поражает и действующее лицо и публику и вы­зывает смех.

Связанным с регулированием процессам, механизмам, аппаратам, мышцам или нервам дают в кибернетике как можно более общие обозначения и включают в схему. То, что принимается как действующее, например измеритель­ный прибор, восприятие, поведение или процесс в мозге, заключают в рамку и называют блоком. Система, состав­ленная таким образом, называется блок-схемой.

Попробуем при помощи рис. 31 детальнее познако­миться с блок-схемой. Восприятие животного, указанное на рисунке слева, может относиться к чему угодно: ме­шающей решетке, ручке двери, крышке ящика. Восприня­тое через зрительный канал нервной системы сообщается мозгу. Из него поступает обратное сообщение в орган вос­приятия, обычно глаз. Передача сигналов от воспринимаю­щего органа к мозгу и обратно показана на рисунке внеш­ней кривой. Это делает содержание восприятия интересным: либо привлекательным, либо сулящим опасность. Не­редко только после обратного сообщения на окружающей животное фоне что-то начинает проясняться; по-видимому, это можно отнести к защелке, которой занимался енот.

Кибернетическая блок-схема

Кибернетическая блок-схема

Но в этой схеме должны быть учтены столь часто упо­минавшиеся действия животного. На нашем рисунке для простоты показаны только три из них: одно успешное дей­ствие I(сплошная линия) и два безуспешных (II и III, штриховая линия). Род выполненного движения PI его ре­зультат также сообщаются мозгу. Идущее оттуда обратное сообщение к органам движения (мышцам) при выгодном для животного поведении действует поощрительно или благоприятно, при напрасном — сдерживающе, тормозяще. Таким образом, отношение между моторикой (органами движения), с одной стороны, и мозгом — с другой, можно рассматривать как контур регулирования.

Ну а теперь вернемся к процессу научения животных и попробуем объяснить его с помощью теории регулирова­ния. Итак, перед нами два различных контура регулиро­вания: во-первых, система орган чувств — мозг — орган чувств и, во-вторых, система моторика — мозг — моторика. Обе системы находятся в диалектической взаимосвязи. Ки­бернетический подход подтверждает вывод, сделанный еще Павловым при изучении условных рефлексов. Сообразно с этим имеются два и только два основных результата выс­шей нервной деятельности: один — возбуждающее дейст­вие, которое в нашей блок-схеме для упрощения и облег­чения понимания названо поощряющим или благоприят­ным; другой — торможение, отчетливо проявляющееся при уменьшении в ходе эксперимента числа напрасных дейст­вий. В этой связи еще раз хочется сказать: ни при каких обстоятельствах нельзя считать, что труды Павлова имеют только историческое значение и не представляют сегодня научного интереса. Скорее верно то, что современные на­учные исследования ведутся на прочном фундаменте ста­рых достижений и обогащают их новыми.

Иному любителю животных кибернетические рассуж­дения покажутся трудными, слишком абстрактными и не имеющими прямого отношения к практике, во всяком слу­чае к дрессировке собак. Между тем эту связь установить совсем несложно. Известно, что одни виды поведения жи­вотных затормозить легче, другие — сложнее. Блок-схема в этом случае укажет необходимую форму тренировочных упражнений. Нам уже больше не придется зависеть от под­час весьма различающихся оценок мнимых или настоящих экспертов, так как все точные факты поддаются математи­ческой обработке.

comments powered by HyperComments