6
Самый талантливый мой друг Михаил Моисеевич Бонгард и самый трудолюбивый Михаил Сергеевич Смирнов в это время активно изучали работу сетчатки глаза лягушки. Они выбрали именно сетчатку, наиболее удобную для эксперимента часть мозга. Своими руками сделали непростой усилитель и доказали, что лягушка обладает цветовым зрением. А именно: ни при каком подборе интенсивности света, падающего на изолированную сетчатку, нельзя заменить его светом другой длины волны так, чтобы в волокнах зрительного нерва не появились электрические сигналы, сообщающие об этом изменении в мозг. Все нервные импульсы одинаковы: та же амплитуда, та же длительность.
.png)
Е.А.Либерман (слева) и М.М.Бонгард, около 1950г.
Как же с помощью таких сигналов передаются в мозг сведения о цвете?
С согласия моих друзей я попытался ответить на этот вопрос. Еще в начале двадцатого века английский физиолог Э.Д. Эдриан (Adrian, 1912) показал, что в ответ на раздражение различных органов чувств по нервным волокнам передаются серии импульсов. Чем сильнее раздражение, тем длиннее серия и тем чаще идут импульсы внутри серии. До середины прошлого столетия был один ответ: сигналы о разном качестве раздражения идут по разным волокнам.
Я записывал распределение во времени электрических импульсов, которые возникали, когда сетчатка освещалась светом с разной длиной волны с помощью усилителя для счета альфа-частиц, который делал целый институт.
А микроэлектроды мне делал прекрасный рукодел Модест Николаевич Вайнцвайг, поэтому было легко обнаружить, как кодируется в одиночных волокнах информация об интенсивности света и о его цвете. Коды, содержащие такую информацию, посылают специальные ганглиозные клетки сетчатки. “Красные” коды всегда были короче “синих” (Рис. 1) (Либерман Е.А., 1957).
Рис. 1. Экспериментальные кривые, окрашены для наглядности.
7
Детекторы цвета
Через два года американские физиологи В.Хьюбел и Х.Визел нашли клетки, которые при используемой ими интенсивности освещения отвечали несколькими импульсами на движение пятна по сетчатке в одном направлении и не отвечали при движении в перпендикулярном направлении (Hubel, Wiesel, 1959). Эти клетки они назвали “детекторами” движения, и с тех пор этот термин применяют к нейронам, отвечающим на все более сложные образы. С точки зрения этой концепции, обнаруженные нами клетки можно было бы назвать “детекторами цвета”. Однако это название уводит от смысла изучаемого процесса кодирования сообщений в волокнах нервной системы. По одиночным волокнам с помощью неравномерного распределения во времени одинаковых электрических импульсов передаются сложные сообщения.
Информация — это слово, часто упоминаемое в наши дни. Научный смысл его состоит в том, что сообщения можно кодировать.
Нейрон способен посылать электрические импульсы через заданные решением задач промежутки времени. Это предельный способ кодирования: только интервалы времени. Обычно используется алфавит из нескольких знаков. Поскольку их можно ставить в любом порядке, то для кодирования можно использовать всевозможные перестановки. Это настолько просто, что об этом часто забывают даже сказать, считая само собой разумеющимся. Переставлять можно только макроскопические сигналы. В квантовом мире такой возможности нет. Там элементарные частицы могут рождаться и исчезать независимо. Поэтому понятие информации относится только к макроскопической области. Кроме того, это чисто математическое понятие, так как физика предполагает, что будущее системы зависит только от прошлого. Наука дает определение понятия “количество информации”. Эта величина говорит о длине кода. Если число передаваемых сообщений N, то длина кода — logₐN, где “a” — количество символов, используемых при кодировании. Создатель теории информации Клод Шеннон был инженером телефонной компании Bell System. То, что длина кода — логарифм, было известно за много лет до него. Его основная идея тоже была проста: то, что передаешь часто, кодируй коротко, а то, что редко — длинно. Тогда, в среднем, линия будет загружена меньше. Отсюда знаменитая формула количества информации, внешне похожая на не менее знаменитую формулу термодинамики.
Когда я увидел на осциллографе разницу в цветных кодах, я запрыгал от радости. Но радость была преждевременной.
Друзья не хотели быть соавторами статьи. Оказалось, что я их неправильно понял и залез в чужую область науки. Я ушел из этой области, иначе бы всю жизнь занимался физиологией зрения, и постарался понять, как устроен генератор электрического тока в мембране нервных волокон. К счастью, вскоре Михаил Моисеевич Бонгард докладывал нашу работу о кодировании цвета на семинаре уже освобожденного от опалы за отказ делать атомную бомбу П.Л. Капицы, и после семинара мы пили у него чай. Вскоре после этого чая меня пригласил к себе домой Яков Зельдович, который кончил свои атомные дела и решил заняться не только происхождением Вселенной, но и устройством зрения. Яков Борисович встретил меня радостный: он знает, как решить эту проблему. Видимо, Петр Леонидович рассказал ему о докладе Бонгарда, доклады которого завораживали научную аудиторию.
Когда же я рассказал ему про опыты, Яков Борисович загрустил: до теории было далеко, и быстро распрощался. Теория в биологии — это только тексты ДНК.
Е.А.Либерман, примерно 1960г.
хаиматика
хаиматика
Итогом жизни в науке стало установление связей между биологией, физикой, математикой и новая область исследования, посвященная вычислениям в живых системах. Ефим Либерман дал имя новой науке: «Хаиматика»
I
ДНК – это текст программы для молекулярных компьютеров клеток. «Текст» по определению не случайная последовательность знаков и может существовать только внутри языковой системы. В данном случае это генетический язык, изоморфный естественному языку
II
Вычисление в живой клетке является реальным физическим действием и требует затрат свободной энергии и времени. Поскольку все живые организмы состоят из клеток, это относится ко всему управлению, которое осуществляется в биосфере
III
Молекулярные вычисления ограничены микроскопическим объемом клетки и принципиальной возможностью влияния вычисления на условия решаемой задачи: квантовая механика возникла из осознания реальности измерения, Хаиматика - из реальности вычисления
IV
Для решения сложных задач клетка создает устройство квантового вычисления, использующего кванты гиперзвука и клеточный цитоскелет, как вычисляющую среду. Цена вычисления в таком компьютере стремится к физическому пределу – постоянной Планка
Утверждения Хаиматики просты, но они требуют изменения традиционных представлений, принятых в научной практике
Читать книгу
Глава I
Как все начиналось
хаиматика