Книга: Удивительная биология

Поступательное развитие живого (прогресс, вызванный отбором организмов, способных максимизировать информацию) должно было привести к появлению на высших ступенях эволюции организмов, обладающих удивительными свойствами. Многие могут не согласиться с тем, что эти свойства удивительны: ведь они присущи, например, любому человеку. Но с точки зрения того пути, который прошла живая материя за миллионы лет, постоянно усложняясь и совершенствуясь, эти свойства в самом деле удивительны. Перечислим главные из них:

1. Высокоразвитые организмы способны получать богатую, разнообразную информацию об окружающем мире, притом о весьма отдаленных его участках.

2. Высокоразвитые организмы обладают возможностью поддерживать высокое постоянство своей внутренней среды, несмотря на значительные изменения окружающих условий.

3. Высокоразвитые организмы имеют экономичную структуру хранения информации, опирающуюся на выделение признаков, характерных для объектов окружающего мира.

4. Высокоразвитые организмы оснащены многоуровневой структурой переработки информации, которая способна самосовершенствоваться, надстраивая все новые и новые уровни управления.

Последнее свойство самое важное, во-первых, потому что именно в нем нуждаются все другие пути эволюции, а во-вторых, потому что именно оно привело эволюцию к появлению современного человека, а также науки, культуры и искусства. Поэтому мы остановимся немного подробнее на структуре переработки информации, имеющейся у высокоразвитых организмов, и в первую очередь у человека.

В силу самых различных причин у высокоразвитых организмов формируется информационная структура, состоящая из многих уровней. Эту структуру можно уподобить некоей бюрократической организации (не вкладывая, впрочем, в этот термин никакого негативного оттенка). Работает она следующим образом. Каждый уровень перерабатывает поступающую на него информацию и, подобно канцелярии в бюрократической организации, отсеивает несущественные сведения и передает «наверх» лишь небольшую часть (скажем, около 10 %), но зато самую существенную с точки зрения этого «верха». Разумеется, «верх» управляет нижележащим уровнем, и это управление заключается, в частности, в том, чтобы «спустить» вниз критерии отбора – в какой информации нуждается вышележащий уровень. Далее информация таким же образом поднимается на следующий уровень.

Интересно, что конкретные носители информации могут быть разными на различных уровнях; на одном уровне сигналы могут иметь, скажем, химическую природу (допустим, изменение концентрации какого-то химического вещества), а на другом – это нервные (электрические) импульсы. Так, зрительные рецепторы-колбочки принимают информацию в виде электромагнитных волн, «упакованных» в порции – кванты; при получении таких порций электромагнитных волн в колбочках происходят вполне определенные фотохимические реакции, а результаты произошедших в колбочках химических изменений поступают в зрительный нерв и передаются по нему в виде нервных импульсов – и т. д.

Такую многоуровневую систему можно получить и с помощью анализа, проведенного в рамках так называемой теории поиска логического вывода (которая в последние годы вошла в орбиту работ по созданию искусственного интеллекта). Здесь было показано, что для решения какой-либо информационной системой всевозможных «вычислительных» (в широком понимании этого слова) задач целесообразно, чтобы эта система работала в режиме «башни исчислений»: этап работы в фиксированном исчислении сменяется этапом видоизменения этого исчисления, и эти этапы многократно сменяют друг друга. Система в целом образует «башню», нижний «этаж» которой занят данными внешнего мира, а переход на очередной «этаж» осуществляется на базе результатов нижележащих исчислений. Иными словами, получается та же самая структура переработки информации, хотя и построенная на несколько иных исходных посылках.

Какие же следствия вытекают из того, что на высшем этапе эволюции образуется такая многоуровневая структура переработки информации? Этих следствий очень много, и они принадлежат к самым различным областям – от физиологии до психологии, от логики до теории искусства и т. д. Но сейчас мы остановимся на одном из простейших (и в то же время важнейших!) следствий, которое относится непосредственно к самому функционированию такой структуры. Речь пойдет о типах памяти, в которых такая структура нуждается. При подъеме информации по нашей многоуровневой структуре в ней протекают три типа процессов, и каждый из них необходимо обеспечивать какой-то памятью.

Вот эти три типа информационных процессов и соответствующие им три типа устройств памяти:

А . На каждом уровне постоянно идет регистрация поступающей текущей информации. Какие требования предъявляет этот процесс к памяти? Главное здесь, конечно же, быстродействие. В особенности это важно в так называемых экстремальных ситуациях, когда от быстрой и правильной переработки информации может зависеть сама жизнь организма (например, человеку, идущему по лесу, надо быстро понять, какой хищник устремился ему навстречу, и принять срочные защитные меры). Необходимо иметь возможность быстро извлекать из памяти нужную для данного момента информацию и сопоставлять с ней ту информацию, которая поступает в данный момент. Что же касается объема памяти, то здесь, очевидно, всегда действует простейшая общая закономерность: чем этот объем больше, тем, конечно же, извлекать нужную информацию удается менее оперативно. Значит, для обеспечения процессов данного типа не надо стремиться к большому объему памяти, он может быть минимальным. Выгоднее всего пользоваться трехканальной передачей информации, а если минимальное количество типов сигналов по каждому каналу – два, то искомый объем этого вида памяти должен быть равен 23= 8. Это и есть та самая первая ступень памяти, или оперативная память, с объемом около 7-8 единиц и быстродействием порядка 0,1 с, которая так хорошо известна психологам-экспериментаторам.

Б . Диаметрально противоположный характер – у процессов выработки критериев отбора информации, которые надо «спускать» на нижележащий уровень. Эти критерии должны быть основаны на всем опыте, накопленном организмом (а точнее, данным уровнем переработки информации) на протяжении всей его жизни, равно как и на протяжении жизни его предшественников (генетическая информация). А если главное – жизненный опыт, то основным требованием здесь должен стать как можно больший объем памяти. И не так уж важно, с какой скоростью извлекать из этой памяти информацию: ведь переработка информации, хранящейся в ней, протекает постоянно, и лишь изредка результаты этой переработки (полученные новые критерии отбора) спускаются на нижележащий уровень. Главное же – чтобы информация могла в этой памяти накапливаться, храниться очень долго и иметь большой объем. И действительно, экспериментальной психологии хорошо известен этот вид памяти – так называемая третья ступень, или долговременная память: она имеет практически неограниченный объем и хранит то, что поступило в нее и очень давно, и совсем недавно.

В . Наконец, свои требования предъявляют к памяти процессы передачи информации на вышележащий уровень. С одной стороны, конечно, желательно передавать на вышележащий уровень достаточное количество информации, хотя и не слишком большое (чтобы не «загромождать» его излишней информацией); эту информацию надо запомнить и передать. С другой стороны, надо по возможности не задерживать слишком надолго передачу этой информации, ибо в противном случае вся деятельность информационной структуры (а также исполнительных органов) замедлится, а это может оказаться опасным, особенно в экстремальных ситуациях. Словом, чтобы обеспечивать процессы этого типа, нужно устройство памяти, промежуточное (и по объему, и по быстродействию) между теми двумя типами памяти, о которых мы только что вели речь. И такой промежуточный тип памяти известен психологам: это так называемая вторая ступень памяти; ее объем гораздо больше, чем у первой ступени, но зато она работает уже в несколько более инерционном режиме – со временем быстродействия от десяти долей секунды до нескольких секунд.

Таким образом, все три ступени памяти, известные психологии, существуют отнюдь не случайно, обладают отнюдь не произвольными характеристиками, а наоборот, находятся в полном соответствии с теми требованиями, которые к ним предъявляет наша многоуровневая информационная структура.

Если снова обратиться к нашей параллели с бюрократической организацией, то на каждом ее уровне – в каждой канцелярии – имеется, скажем, стол, на который кладут все поступающие вновь документы (с нижележащего уровня – из канцелярии более низкого ранга); это аналог первой ступени памяти. Имеются также сотрудники, которые постоянно разбирают эту вновь поступившую документацию, анализируют ее полезность и отбирают наиболее ценную часть в специальную папку; эту папку – аналог второй ступени памяти – они периодически (скажем, через каждые 2-3 ч) отправляют наверх, в канцелярию более высокого ранга. Кроме того, вся поступившая в канцелярию документация накапливается в ее архиве: это аналог третьей ступени памяти. Постоянно анализируя содержание архива (а также учитывая пожелания вышестоящих инстанций), сотрудники периодически (скажем, раз в неделю) спускают нижележащей канцелярии требования: какую информацию ей следует поставлять вверх.

Вот к каким сложно организованным иерархическим структурам приводит нас эволюция, в процессе которой отбор наиболее жизнеспособных организмов зависит от их способности эффективно перерабатывать информацию! Но сами по себе такие структуры – еще далеко не окончательный итог эволюции, ибо последствия создания подобных структур представляют собой еще один, высший эволюционный этап – этап, свойственный уже только человеку.