8. Моделирование нервной системы (нейроны и нейрон­ные сети) кибернетика и нервная система

Многое в работе нервной си­стемы человека до сих пор непонятно ученым. Тем не менее общие закономерности управления, устано­вленные кибернетикой, справедливы и для нее. Кибер­нетика разрабатывает математические приемы, позво­ляющие на основе внешних данных судить о поломке математической машины. Врач встречается с анало­гичной задачей. На основе внешних признаков тре­буется установить характер заболевания. Основываясь на кибернетике, медицина использует разработанные ею методы для решения и этой задачи. Исследуя зако­номерности управления, общие для механизма и нерв­ной системы, кибернетика должна оперировать поня­тиями, применимыми к тому и другому.

Как мозг, так и машина состоят из определенных элементов, которые в своей совокупности образуют единое целое — систему. Это можно сказать как о всем мире в целом, так и об отдельных его частях.

Искусственные управляющие устройства так же как мозг человека, относят к одному и тому же классу самоуправляющихся систем. Все такого рода само­управляющиеся системы называют кибернетическими

Каждая система связана с внешним миром, ко­торый так или иначе влияет на нее и, в свою очередь, подвергается воздействиям с ее стороны. Ту часть си­стемы, которая воспринимает воздействие извне, назы­вают входом, а ту, которой система действует на дру­гие системы, — выход ом.

В одной системе может быть один, два или не­сколько входов и выходов. Регулятор Уатта, напри­мер, имеет один вход и один выход. На входе проис­ходит изменение давления, на выходе — открывание или закрывание клапана. Человек как система имеет мно­жество входов и выходов в виде нервных клеток, во­спринимающих внешние воздействия и реагирующих на них.

Всякая кибернетическая система, как указывалось выше, является самоуправляющейся.

Но управление не сводится просто к передаче ин­формации от управляющей части системы к исполни­тельному органу. Этот процесс гораздо сложнее.

Дело в том, что на исполнительный орган влияет не только управляющая система. Он подвержен не­прерывным воздействиям окружающей среды, ко­торые часто препятствуют исполнению приказов, по­лученных от управляющего центра. Например, ко­рабль может отклониться от прямого пути под влиянием неожиданно поднявшегося ветра. Что пред­принять в этом случае? Очевидно, нужно повернуть руль корабля так, чтобы он мог держать прежний курс. Противодействие случайным внешним влияниям — об­щий закон всякого регулирования.

Самый надежный способ противодействовать внешним возмущениям — это сделать так, чтобы всякое отклонение фактического поведения от заданного, не­зависимо от того, чем оно обусловлено, вызывало определенную ответную реакцию, направленную на ликвидацию этого отклонения. В таком случае не нуж­но изучать его причины, определять силу ветра, напра­вление течения и т.д.; заданное направление поддер­живается автоматически. Такой способ управления был найден. Нужно, чтобы кроме прямой связи устройства управления с исполнительной системой бы­ла обеспечена связь выхода исполнительной системы с входом управляющей (см. рис. 65). Эту дополнитель­ную связь называют обратной.

Примеры обратной связи мы уже видели выше. Обратная связь, вызывающая в результате своего дей­ствия ослабление внешнего влияния, носит название отрицательной обратной связи. Принцип регулирова­ния на основе отрицательной обратной связи находит применение в любой управляемой системе, будь то ки­бернетическая машина или живой организм.

Положение о том, что регулирование в живом ор­ганизме, в том числе в центральной нервной системе человека, происходит на основе отрицательной обрат­ной связи, иногда называют основной гипотезой ки­бернетики.

Рис. 65. Обратная связь

Общий для кибернетических машин и живых орга­низмов принцип обратной связи неслучаен. Ведь и те и другие вынуждены действовать в постоянно меняющихся условиях, поэтому реакции, вырабатываемые у них, должны отличаться разнообразием. Но для это­го необходимо, чтобы из рабочего органа в централь­ную систему поступали соответствующие сигналы. Обратная связь лежит в основе восстановления и пере­стройки функций центральной нервной системы.