Д. ВулдриджМеханизмы мозга
Предисловие к русскому изданию
На каждом новом этапе, в который вступает естествознание при появлении новых фактов или идей, происходит пересмотр основных проблем, стоящих перед наукой, и существенно меняются исходные позиции, с которых трактуются эти проблемы; при этом нередко сближаются такие дисциплины, которые ранее были далеки друг от друга. Очень отчетливо это проявилось в создании кибернетики — науки об управлении сложными процессами, задачи и методы которой объединяют такие, казалось бы, отдаленные области знания, как математика, биология, экономика, лингвистика и др. Правомерность применения математических идей и методов к изучению биологических проблем уже ни у кого не вызывает сомнений. Именно это обстоятельство объясняет наблюдающееся усиление интереса математиков и физиков к анализу процессов регулирования в биологических системах. Опыт показывает, что плодотворное содружество математиков и биологов возникает лишь на почве совместной работы, на базе конкретных теоретических и экспериментальных задач, причем непременным условием такого содружества должно быть хорошее знание фактического материала, накопленного предшествовавшим развития биологии.
Некоторым тормозом на этом пути, сдерживающим привлечение в биологию молодых математиков и физиков, не имеющих биологической подготовки, является отсутствие книг, в которых в систематическом виде был бы изложен устоявшийся, проверенный временем фактический материал по регулированию физиологических функций. Отсутствие таких книг в значительной степени обусловлено уровнем, на котором находится изучение физиологии центральной нервной системы: одни ее разделы не завершены, разработка других находится на самой начальной стадии. Однако уже и сейчас в этой области имеется богатый фактический материал, относящийся к характеристике структурных элементов центральной нервной системы и их взаимосвязи; детально описаны простейшие реакции и некоторые высшие формы поведения живых существ.
Популярному изложению наиболее существенных сведений о работе центральной нервной системы и посвящена книга Д. Вулдриджа. Автор исходит из предположения, что существует некоторое сходство между тем, что происходит в мозгу человека, и работой вычислительной машины. Под этим углом зрения он рассматривает многие вопросы структуры и функции центральной нервной системы. Следует заметить, что такой подход совершенно не отразился на полноте описания фактического материала, который хорошо подобран и систематизирован. Несмотря на известную схематичность, книга может служить своего рода введением в нейрофизиологию для тех математиков, физиков и инженеров, которые проявляют интерес к физиологии центральной нервной системы. Она не требует специальной биологической подготовки и рассчитана на широкий круг читателей. По форме и манере изложения книга представляет собой увлекательное повествование о наиболее интересных вопросах физиологии мозга. В том, что живой и своеобразный стиль автора хорошо передан в русском переводе, большая заслуга переводчика книги Ю. И. Лашкевича.
В. С. Гурфинкель
Из предисловия автора
Эта книга предназначена не для специалиста. В ней нет или почти нет оригинальных идей. В ней не выдвигается никаких новых теорий о механизмах памяти, процессах обучения или умственной деятельности. Я стремился лишь к тому, чтобы описать некоторые хорошо известные факты и современные гипотезы в области изучения мозга и сделать книгу доступной и интересной для читателя, не имеющего почти никакой биологической подготовки.
Я полагаю, что, за исключением, быть может, первой и третьей глав, которые можно опустить без большого ущерба для связности изложения, эту книгу без труда прочтут те, кто не обладает специальными познаниями ни в биологии, ни в физико-математических дисциплинах. Такие читатели иногда почувствуют, что изложение на самом деле предназначено не для них, но такое ощущение будет возникать лишь изредка — в тех случаях, когда они будут сталкиваться с встречающимися в книге аналогиями между биологическими процессами и свойствами электронных систем. Я прибегал к таким физическим аналогиям и включил в книгу первую и третью главы потому, что в действительности имел в виду более узкий круг читателей. Моя основная «мишень» — это обширная группа физиков и инженеров, которые, вероятно, подозревают, что в современных неврологических исследованиях есть вещи, интересные и для них, но опасаются, что отсутствие биологической подготовки практически исключает для них возможность изучения этой области. Я надеюсь, что проводимые время от времени физические аналогии, так же как и популярный характер всего изложения, сделают книгу более легкой и приятной для людей с такого рода технической подготовкой.
В последние годы многие математики, физики и инженеры предпринимали серьезные попытки применить свои экспериментальные и теоретические методы для изучения биологических процессов, связанных с мозгом. Возникновение таких терминов, как «бионика», «нервные сети», «персептроны» и даже «теория информации», целиком или хотя бы частично связано с тем, что мы все больше убеждаемся в сходстве между процессами приспособления и мышления в живых организмах и рабочими принципами современных устройств, создаваемых человеком. Вряд ли можно сомневаться в том, что все более широкое сотрудничество между биологами и математиками создаст основу для значительных достижений в будущем. Весьма вероятно, что именно математик, используя те путеводные нити, которые дает изучение живых организмов, построит адекватную теорию процессов мышления. Изучение механизма разумных форм поведения сегодня находится преимущественно в ведении биологов, но возможно, что благодаря усовершенствованию теории этот механизм удастся представить в виде сетей, состоящих из отдельных компонентов, и в конце концов искусственно синтезировать его. Практические перспективы здесь колоссальны — как в смысле лучшего использования природных возможностей нашей нервной системы и нейтрализации ее слабостей, так и в смысле применения во всех областях жизни «разумных» машин, что будет способствовать повышению производительности, уменьшению потребности в «механическом» труде и общему увеличению возможностей человечества.
Хотя эти мысли не новы и хотя биологи, математики и инженеры все чаще и чаще устанавливают связи для совместных исследований, количество и разнообразие таких совместных работ все еще невелико по сравнению с возможностями в этой области. Значительное расширение такого рода исследований чрезвычайно желательно, и оно весьма вероятно в будущем. Но для такого расширения сейчас еще не хватает литературы, с помощью которой специалист в одной области мог бы легко приобрести нужные ему сведения о другой. Существуют, конечно, и терминологические трудности. Кроме того, в каждой области науки необходимо отобрать такой материал, который мог бы оказаться наиболее полезным для союзника из другой области. Эти нужды со временем будут удовлетворены. Пока же имеются пробелы, требующие заполнения.
Начиная работу над этой книгой, я надеялся способствовать заполнению небольшой части одного из таких пробелов. Первоначально я предполагал создать элементарный курс физиологии головного мозга и центральной нервной системы, который мог бы служить физику отправным пунктом для более основательного изучения предмета. Спустя 18 месяцев, исписав сотни три страниц, я осознал, что даже эта скромная цель превосходит мои возможности. В «элементарном курсе», заслуживающем этого названия, материал должен быть отобран настолько умело, чтобы в в нем содержалось действительно самое существенное. Я убедился, что нужно быть большим знатоком предмета, чтобы с уверенностью отделить фундаментальное и непреходящее от поверхностного и временного в динамичной области исследования мозга. Поэтому я отказался от первоначального намерения назвать свою книгу «Вводным курсом для не биолога».
Ретроспективно мне кажется, что эта книга больше похожа не на учебник, а на записки путешественника, описывающего экзотическую страну, в которой он побывал впервые. Конечно, трудно ожидать, что такой в общем очень мало осведомленный посетитель поймет чужую для него страну достаточно глубоко и в своем отчете сумеет сосредоточить внимание на самом важном, но тем не менее возможно, что ему удастся передать некоторым своим столь же неосведомленным соотечественникам воодушевление и энтузиазм, вызванные у него тем, что он видел. Возможно, это побудит других также посетить эту новую страну или обратиться к более полным источникам, чтобы лучше ознакомиться с тем, что поразило их воображение.
Таким образом, предлагаемую книгу следует рассматривать как рассказ о том, что показалось важным и интересным физику, впервые познакомившемуся с развитием исследований в области изучения мозга. Разумеется, я прилагал все усилия к тому, чтобы не пропустить вещи, которым биологи придают первостепенное значение, или не выдвинуть на первый план аспекты, которые кажутся им несущественными, но я не могу дать читателям никакой гарантии в том, что это мне удалось. Однако излагаемый материал, несомненно, содержит значительную часть современных сведений о мозге. Кроме того, людям с подготовкой в области точных наук эта книга должна быть доступнее, чем оригинальные статьи, большая часть которых изложена на специальном языке биологии. И я буду считать свою цель достигнутой, если моя увлеченность современными открытиями и гипотезами о работе мозга в какой-то мере передастся хотя бы нескольким читателям, имеющим подготовку в области физических наук, и если это побудит их искать возможности для совместной работы с биологами. Это и есть действительная цель моего труда.
1 Электрические свойства нервов
В предисловии мы сравнили эту книгу с описанием экзотической страны, автор которого, так же как и читатель, никогда не бывал в ней ранее. Как это нередко делают в подобных описаниях, мы начнем с краткого рассмотрения обстоятельств, связанных с открытием территории, которую мы собираемся посетить.