Поскольку вся нервная система построена из одних и тех же основных элементов, не следует слишком удивляться тому, что некоторая часть необходимой переработки данных производится на периферии. Можно было бы ожидать, что в результате этого головной мозг будет получать сенсорную информацию в такой форме или на таком «языке», на котором ему легче с нею оперировать, и, кроме того, будет сведено до минимума число требуемых каналов связи. Конструктор вычислительных машин использует эту возможность. Использует ее, по-видимому, и природа.
Литература
1. Hubel D. Н., Wiesel Т. N., «Receptive Fields, Binocu-lar Interaction and Functional Architecture in the Cat’s Vi-sual Cortex», Journal of Physiology, vol. 160, pp. 106—154 (1962).
2. Let tv in J. Y., Ma tu г an a H. R., McCulloch W. S., Pitts W. H., «What the Frog’s Eye Tells the Frog’s Brain», Proceedings of the Institute of Radio Engineers, vol. 47, pp. 1940—1951 (1959).
3. Reichardt W., «Autocorrelation and the Central Nervous System» in Sensory Communication, ed. by W. A. Rosen-blith, The MIT Press and John Wiley and Sons, Inc., New York, pp. 303—317 (1961). (Теория связи в сенсорных системах, стр. 463, Москва, «Мир», 1964.)
4. Wiersma С. A. G., «Coding and Decoding in the Nervous System», Engineering and Science, pp. 21—24 (October 1959).
5. Wiersma C. A. G., Waterman T. H., Bush В. M. H., «The Impulse Traffic in the Optic Nerve of Decapod Cru-stacea», Science, vol. 134, p. 1435 (1961).
4 Цепи автоматического регулирования в нервной системе
Регуляторные цепи, действующие без участия головного мозга
Как мы видели, обработка информации на низших уровнях нервной системы нередко ведет к преобразованию сенсорных сигналов в ту или иную форму, более «понятную» для организма, и тем самым упрощает задачу интерпретации ее головным мозгом. Головной мозг получает также помощь от других нервных центров в определении и регулировании реакций мышц и желез на входные сенсорные воздействия. Некоторые относительно простые цепи «стимул — реакция» фактически целиком находятся вне головного мозга. Это позволяет центральному вычислительному механизму полностью сосредоточиться на управлении более сложными процессами, требующими организации более высокого порядка; кроме того, короткие каналы связи часто обеспечивают более быструю реакцию на раздражитель. Отдергивание руки от огня может служить примером реакции, для осуществления которой, по-видимому, более целесообразны были бы местные механизмы. Именно такие механизмы здесь и используются!
Реакцию типа отдергивания руки от огня называют рефлекторным действием или просто рефлексом, что указывает на ее автоматический, непроизвольный характер. Существует много примеров рефлекторных действий. Нервные цепи некоторых из них детально изучены, и мы хорошо знаем, как они работают. Это относится, например, к общеизвестному коленному рефлексу — непроизвольному подбрасыванию ноги при коротком ударе резиновым молоточком чуть ниже коленной чашечки, когда одна нога положена на другую. Этой реакцией управляет цепь, или «рефлекторная дуга», состоящая всего лишь из двух соединенных нейронов[2]. Механический удар молоточка возбуждает электрический сигнал в бедренном нерве, и этот сигнал передается по длинному нервному волокну рецептора в определенную точку серого вещества спинного мозга. Здесь электрический сигнал переходит на эффекторный нейрон, длинный аксон которого направляется к четырехглавой мышце бедра, где под действием этого сигнала освобождается химическое вещество-посредник, вызывающее сокращение мышцы и подбрасывание ноги.
Еще один пример: если к коже прикоснуться холодным предметом, то рефлекторная дуга, проходящая через серое вещество спинного мозга и на этот раз состоящая из нескольких нейронов, активирует мышцы волосяных мешочков, вызывая знакомое нам явление «гусиной кожи». Сходная нейронная цепь вызывает сужение кровеносных капилляров, лежащих под самой кожей в месте прикосновения холодного предмета, благодаря чему степень охлаждения крови уменьшается.
В организме человека существует, вероятно, несколько тысяч рефлекторных дуг. Некоторые из них столь же просты, как и описанные выше; другие управляют несколькими взаимосвязанными реакциями на действующие раздражители. Природа использует эти местные соединения коротких нейронных пеней для осуществления автоматических действий во всех тех случаях, когда для защиты организма достаточно простой реакции. Такие рефлексы не требуют точного управления мышцами — именно поэтому они могут осуществляться за счет связей между местными группами нейронов, без участия сложных вычислительных и управляющих функций головного мозга.
2
Это одно из тех «схематизированных» утверждений, о которых мы говорили в гл. 1. В действительности каждое звено нейронной цепи состоит из многих из многих параллельных волокон.