эту область «подпорогового возбуждения», мы видим, что вначале (т. е. для самых слабых раздражений) реакции пропорциональны раздражениям, а затем (при более сильных, но все еще подпороговых уровнях раздражения) реакции начинают подчиняться более сложному нелинейному закону, оставаясь тем не менее непрерывными переменными и не приобретая скачкообразного характера. Кроме того, следует учесть, что имеются и другие сложные явления как внутри подпороговой области, так и вне ее: усталость, суммация, некоторые виды автоколебаний.
Несмотря на правильность этих замечаний, следует учитывать, что они, быть может, предъявляют чрезмерно строгие требования к органу, работающему по принципу «все или ничего». Электромагнитное реле и электронная лампа при правильном их использовании являются, несомненно, органами, работающими по принципу «все или ничего». В самом деле, электромагнитное реле и электронная лампа служат прототипом такого рода органов. И тем не менее в действительности оба являются сложными моделирующими механизмами, которые при надлежаще подобранном возбуждении реагируют непрерывно (линейно или нелинейно), обнаруживая явления типа «скачка», или «все или ничего», лишь при весьма частных условиях работы. Различие между действием этих механизмов и описанным выше поведением нейронов невелико. Выразим это несколько иначе. Ни один из этих механизмов не является органом, действующим исключительно по принципу «все или ничего» (наш опыт в технике и физиологии недостаточен для того, чтобы утверждать, что существуют органы, работающие исключительно по этому принципу), однако это несущественно. Под органом типа «все или ничего» мы понимаем орган, который удовлетворяет двум следующим условиям. Во-первых, он является механизмом, который при некоторых подходящих условиях действует по принципу «все или ничего». Во-вторых, эти условия являются условиями его нормального использования; в функциональном отношении они представляют собой нормальное состояние того большого организма, частью которого является этот орган. Таким образом, важно не то, удовлетворяет ли орган обязательно и при всех условиях принципу «все или ничего» – вероятно, так никогда и не бывает, – а то, являются ли его функции в надлежащей обстановке в основном функциями типа «все или ничего» и выступает ли он в качестве органа, предназначенного в основном для работы в этом режиме. Я отдаю себе отчет в том, что это определение привносит весьма нежелательные критерии «надлежащей» обстановки и «предназначения». Однако я не вижу, каким образом можно избежать их употребления или не учитывать того, что их применение основано просто на здравом смысле. В соответствии со сказанным выше я в дальнейшем буду пользоваться в качестве рабочей гипотезы допущением, что нейрон является цифровым органом типа «все или ничего». Я сознаю, что последнее слово в этом вопросе еще не сказано; однако надеюсь, что приведенные выше соображения, касающиеся ограниченности этой рабочей гипотезы, а также оснований ее применения, успокоят вас. Моя цель – лишь упростить рассуждения, и я не пытаюсь предрешать ни один из существенно важных вопросов, решение которых еще не найдено.
В том же смысле я полагаю, что нейроны допустимо рассматривать как электрические органы. Раздражение нейрона, развитие и протекание его импульса, а также воздействие этого импульса на синапс [33] – все это может быть описано электрически. Что же касается химических реакций и других явлений, сопутствующих этому процессу, то они важны, для того чтобы понять внутренний механизм функционирования нервной клетки. Быть может, они даже более важны, чем электрические явления. Однако вряд ли они необходимы для описания нейрона как «черного ящика» – органа типа «все или ничего». Кроме того, в этом случае ситуация ничуть не хуже, чем, скажем, в случае электронной лампы. В электронной лампе чисто электрические явления тоже сопровождаются многочисленными другими явлениями, относящимися к области физики твердого тела, термодинамики, механики. Все они важны для понимания устройства электронной лампы, но их лучше исключить из рассмотрения, если последнюю рассматривать как «черный ящик», задаваемый схематическим описанием.
Понятие о переключательном, или релейном, органе
Нейрон и электронная лампа, рассматриваемые с изложенных выше точек зрения, служат двумя примерами того, что принято обозначать терминами «переключательный орган» или «релейное устройство». (Разумеется, электромеханическое реле является другим примером.) Такое устройство определяют как «черный ящик», который в ответ на определенные стимулы или комбинацию стимулов дает энергетически независимую от них реакцию. Это означает, что энергия реакции предполагается достаточной для того, чтобы вызвать несколько стимулов того же рода, что и тот стимул, который вызвал ее. Следовательно, энергия реакции не может быть получена от первоначального стимула. Она должна исходить от иного, независимого источника энергии. Стимул лишь направляет и регулирует поток энергии от этого источника.
Таким источником в случае нейрона является его общий метаболизм [34]. В случае электронной лампы это энергия, которая поддерживает разность потенциалов между катодом и анодом (независимо от того, находится ли лампа в состоянии проводимости или заперта), и в меньшей степени тепловая энергия, удерживающая «горячие электроны» вне катода. В случае электромеханического реле это генератор, создающий ток в той цепи, которая замыкается и размыкается с помощью реле.
Основными переключательными органами живых организмов являются – по крайней мере, в той степени, в которой они здесь рассматриваются, – нервные клетки, нейроны. Основными переключательными органами вычислительных машин современного типа служат электронные лампы; в более старых машинах переключательные органы – полностью или частично – представляли собой электромеханические реле. Весьма возможно, что вычислительные машины не всегда будут агрегатами, состоящими преимущественно из переключательных органов, однако новый этап развития в этой области пока принадлежит далекому будущему. Шаг вперед, которого можно ожидать в более близкое время, будет состоять, по-видимому, в том, что электронные лампы перестанут использоваться в качестве переключательных органов в вычислительных машинах и будут заменены какими-либо другими элементами. Но и это, вероятно, произойдет не ранее, чем через несколько лет [35]. Поэтому я буду рассматривать эти машины исключительно как агрегаты электронных ламп, играющих роль переключательных органов.
Сравнение размеров больших вычислительных машин и живых организмов
Известны две очень большие действующие электронно-ламповые вычислительные машины. Каждая из них содержит около 20 000 переключательных органов. Одна из них – чисто электронно-ламповая (она принадлежит Баллистической научно-исследовательской лаборатории Управления артиллерийско-технического снабжения армии США и находится в Абердине, штат Мэриленд, обозначение ЭНИАК), другая машина – смешанного типа: она содержит и электронные лампы, и электромеханические реле (она принадлежит компании ИБМ и находится в Нью-Йорке; обозначение ССЭК) [36].
По своим размерам эти машины, вероятно, намного больше электронно-ламповых вычислительных машин, которые появятся в ближайшие годы. По-видимому, машины, которые будут строиться в ближайшее время, будут иметь от 2000 до 6000 переключательных органов каждая. (Такое уменьшение размеров объясняется изменением в нашем подходе к устройству машинной «памяти», которое я здесь не рассматриваю.) Возможно, что в дальнейшем размеры
