В сущности, сейчас нас будет интересовать экономность конструкции нервной системы. Для надлежащей реакции организма на внешние и внутренние условия необходимы определенные виды и количества информации. Однако при достижении известного предела всякая добавочная информация не только не нужна, но может быть положительно вредна, так как она загружает нейронные цепи, которые лучше было бы использовать для других целей. Например, хотя разрешающая способность осязания в наших пальцах до известного предела полезна, обычно нам нет нужды локализовать свои осязательные ощущения с точностью в доли миллиметра. Поэтому тельца Мейснера — осязательные рецепторы кожи, не покрытой волосами, — могут быть сгруппированы, т. е. некоторое число этих концевых аппаратов может быть присоединено к одному нервному волокну. Обусловленное этим усреднение эффекта, определяющего частоту потенциалов действия в одном проводнике, представляет собой такую обработку сенсорных данных, которая сводит к минимуму число необходимых нервных волокон снижает чувствительность сенсорной системы к повреждению нервных окончаний в коже и позволяет избежать загрузки центральных нейронов анализом чересчур детальной осязательной информации.
Существует еще один вид обработки входных данных, переводящих их в форму, более удобную для использования управляющими системами организма; эту обработку осуществляют специальные рецепторы, непосредственно измеряющие физические величины, которые иначе приходилось бы определять путем переработки сенсорной информации более обычных типов. Виерсма, профессор биологии в Калифорнийском технологическом институте, получил интересные данные о существовании такого рода сложных рецепторов у рака Помимо рецепторов растяжения, порождающим импульсы, частота которых определяется относительными смещениями смежных брюшных сегментов, Виерсма открыл другие рецепторы, посылающие в центральную нервную систему сведения об относительных скоростях этого смещения. От этих рецепторов по соответствующему пучку нервных волокон в высшие уровни нервной системы поступают сигналы (импульсы различной частоты), содержащие информацию, необходимую для цепи сервоуправления деятельностью мышц брюшка.
Кроме этих хитроумных рецепторных устройств, в периферической нервной системе есть и иные приспособления для снабжения мозга легко используемой информацией. Для перевода первичных сенсорных данных в более приемлемую форму служат также сети из промежуточных нейронов. Такого рода периферическая обработка информации иногда достигает большой сложности и носит «вычислительный» характер. Поскольку у большинства животных значительная доля информации о внешнем мире воспринимается зрением, именно в зрительной системе больше всего возможностей и необходимости в переработке и реорганизации входных данных перед введением их в головной мозг. Мы рассмотрим три группы экспериментов, давших интересные сведения о переработке первичной зрительной информации в системе промежуточных нейронов.
Жуки Рейхардта и Хассенштейна
Бернгард Хассенштейн, еще будучи студентом Фрейбургского университета, нашел остроумный «метод общения» с жуками, использованный в дальнейшем Вернером Рейхардтом из Биологического института им. Макса Планка; с помощью этого метода Рейхардт узнал очень многое о функции зрительной системы жуков. Идея этих экспериментов возникла из наблюдения, что многим низшим животным свойственны стереотипные, автоматические реакции на зрительное раздражение. Если в поле зрения такого животного движется какой-либо характерный рисунок из светлых и темных полос, то оно поворачивает голову или все тело вслед за этим движением. При надлежащей контрастности рисунка и надлежащей скорости его движения действие его на подопытное животное кажется совершенно непреодолимым; при недостаточном контрасте и слишком медленном или слишком быстром движении он вызывает менее определенную реакцию. Эти качественные наблюдения навели Рейхардта на мысль, что между свойствами зрительного раздражителя и двигательной реакцией животного существует какая-то автоматическая и точная зависимость, и он начал придумывать эксперименты для проверки этой гипотезы.