Недавно наткнулся на интригующее исследование санкт-петербургских ученых Анны Букинич и Петра Шабанова, которое довольно убедительно показывает, что хотя выработка импульса нейроном и подчиняется биологическим процессам, но, по сути, сводится к передаче сигнала в системе двоичного кода.
На первый взгляд, не очень стыкуется с тем, что мы представляем себе о работе мозга. Что ж, давайте посмотрим, насколько подобные предположения обоснованы с точки зрения физиологии.
Напомню, что у психической активности есть вполне материальная основа. Наша психика — это результат взаимодействия особых клеток организма, называемых нейронами.
Строение нейрона в общих чертах также изучается в школе, но для тех, кто все это за ненадобностью забыл, будет полезно вспомнить самое основное.
Как выглядит нейрон? Посмотрите на рисунок сверху. В строении нейрона можно выделить три части:
1.Тело нейрона (сома) – получает информацию. Содержит ядро клетки.
2. Дендриты – короткие отростки, принимающие информацию от других нейронов.
3. Аксон – длинный отросток, несет информацию от тела нейрона в другие клетки. Чаще всего аксон оканчивается контактом (синапсом) с дендритами других нейронов.
Дендриты и аксоны также называют нервными волокнами. Аксоны бывают очень разными по длине — от нескольких миллиметров до метра и даже более.
Что же делает нейрон? Нейрон, получая через дендриты сигналы от других клеток, накапливает в себе ионы. Ионы — это небольшие частицы размером с атом, имеющие положительный или отрицательный электрический заряд. В состоянии покоя электрический заряд внутри нейрона отрицательный, а в окружающей его межклеточной жидкости — положительный. А если где-то близко образуются два полюса «+» и «—» , то между ними стремится возникнуть электрический ток. Заряд накапливается до тех пор, пока он не превысит определенный порог. После этого нейрон посылает по аксону электрический импульс — потенциал действия.
После того как тело нейрона накопило достаточно заряда и он «выстрелил» по аксону электрическим импульсом, наступает кратковременное состояние отдыха (гиперполяризация), в этот момент передача импульса невозможна.
Потенциал действия обеспечивает работу нервной клетки по принципу «все или ничего», то есть импульс или передается, или нет. Сигналы, которые передают нашему нейрону другие нейроны, будут накапливаться в теле клетки до тех пор, пока их заряда не будет достаточно для передачи по нервным волокнам.
Ничего не напоминает? Некое устройство, способное передавать заряд от «плюса» к «минусу» в момент, когда оно получило на это управляющий сигнал? Верно! Это, по сути, и есть транзистор с его тремя контактами!
Сам транзистор — несложное устройство, которое по принципу работы похоже на водопроводную трубу с краном посередине. Если кран открыт – вода течет, если закрыт – поток останавливается. Разница в том, что в транзисторе проходит по этой трубе не вода, а ток. И кран будет открываться не рукой, а сигналом от какого-нибудь другого устройства.
У транзистора есть только два состояния: когда он открыт и пропускает ток и когда он закрыт и ток через него не идет. Одно из этих состояний обозначается единицей, а другое нулем.
Любые другие числа зашифровываются сочетанием этих двух цифр. Точно так же, как, например, в азбуке Морзе каждая буква кодируется сочетанием нескольких коротких и длинных сигналов. Один короткий и один длинный сигнал обозначают букву «А», а если подать один длинный и три коротких сигнала, то получится сочетание, кодирующее букву «Б».
В двоичной системе сам ноль обозначается так же: «0», единичка тоже обозначается «1», а вот двойка уже как «10», тройка — это «11», четыре — «100» и так далее. На первый взгляд, выглядит громоздко и не слишком понятно: числу 89, например будет соответствовать «1011001», а число 5473 в системе двоичного кода будет представлено комбинацией «1010101100001».
Длинно? Да. Неудобно? Да. Но зато мы обошлись только нолями и единицами, которые соответствуют одному из возможных состояний транзистора: «открыто» или «закрыто». И не нужно ругать за такую замудренность современных программистов, лучше скажем им спасибо за то, что они ограничились двоичной системой, а не троичной, или — боже упаси! — двенадцатеричной, как древние шумеры.
Стало понятно, почему компьютеры используют двоичный код? Каждый символ в вашем компьютере является электрическим сигналом, а вычислительная «клетка» компьютера — транзистор — различает только «включенное» состояние, когда через него проходит ток, и «выключенное», при котором ток не идет.
И именно из миллионов собранных вместе простейших кранов-транзисторов возникают голосовые помощники, спецэффекты из «Звездных войн» и долги на вашей кредитке.
Все дело в том, что контакты множества транзисторов соединены так, что, когда на какие-то из входных контактов подаётся ток, транзисторы все вместе его «перемешивают» и отправляют на какие-то из других своих контактов – выходные. И всё это вместе производит впечатление вполне осмысленной операции.
А нам сейчас важно понять главное: все мыслительные процессы человека основаны ни на чем ином, как на работе огромного количества взаимно связанных биологических транзисторов.
Именно так: каждое действие, которое осуществляет тело человека, обеспечивается работой нейронов. Разветвленная синаптическая сеть формирует личность и сознание. Нейроны отвечают как за самые примитивные рефлексы, так и за самые деликатные процессы, связанные с мышлением.
Выходит, что как ни крути двоичный код является основой деятельности центральной нервной системы, а значит, и взаимосвязь нейронов между собой целесообразно описывать в терминах бинарной логики.
Из этих фактов следует множество крайне важных для нас и очень интересных выводов, мы обязательно поговорим о них.
Если появилось желание разобраться во всем более детально, можете посмотреть здесь.
Задавайте вопросы о том, что вам интересно, и подписывайтесь на канал!
