Оказалось, что если приложить к подводящим электродам короткий электрический импульс, то измерительный прибор ничего не покажет до тех пор, пока величина импульса не достигнет определенного — «порогового» — значения. Когда «порог» будет превзойден, вдоль по нерву пробежит электрический сигнал длительностью в несколько тысячных долей секунды. Скорость движения этого сигнала зависит от толщины волокна и может достигать 100–150 метров в секунду.

При дальнейшем увеличении возбуждения размер и форма биоэлектрического сигнала не меняются. Нервное волокно проводит сигнал по принципу «все или ничего».

Если к подводящим электродам последовательно прикладывать ряд импульсов, то нервное волокно будет их проводить в форме одинаковых сигналов при условии, что время между подачей очередных импульсов не будет меньше одной-двух тысячных долей секунды. Если попытаться уменьшить интервал между импульсами, то на второй импульс реакции не будет: нервному волокну нужно некоторое время, в течение которого оно восстановит свои проводящие свойства.

Итак, точно установлено, что передача информации по нервной сети осуществляется стандартными однотипными сигналами. Единичное волокно может проводить по 300 сигналов в секунду; если секундный промежуток разделить на 300 интервалов, то в пределах каждого интервала возможны два состояния: «есть сигнал», «нет сигнала». Можно сказать, что по нервному волокну информация передается в двоичном коде, а максимальную пропускную, способность нервного волокна можно оценить величиной в 300 бит.

Почему природа избрала такой элементарный «невыразительный» способ передачи информации в форме стандартных электрических импульсов? Почему бы ей, например, не использовать телефонный способ передачи информации, такой богатый интонациями, способный сохранить чувственную окраску сообщения, выразительные повышения и понижения тона, многозначительные паузы?

Говоря словами радиотехники, почему природа использовала частотную, а не амплитудную модуляцию сигнала?

Нервное волокно, как это ни странно, очень плохо проводит электричество. Его сопротивление току достигает 25 мегом на 1 миллиметр. Обычный телеграфный провод имеет такое сопротивление на длине достаточной, чтобы пересечь целый континент. Естественно, при таком большом омическом сопротивлении сигнал, бегущий по нерву, очень быстро ослабляется.

Как долго бился Морзе, пытаясь увеличить дальность передачи телеграфных сигналов! Он нашел решение этой задачи, придумав специальное устройство — реле, способное усилить простой сигнал — посылку тока. Ни он и никто из его современников не знали, что это изобретение было оригинально лишь с точки зрения конструктивного выполнения, а что касается идеи реле, то она, как и двоичный код, была использована природой миллионы лет назад, на ранних стадиях развития животных.

Оболочки аксонов — нервных волокон — содержат на каждом миллиметре своей длины особые сужения — их называют перехватами Ранвье, по имени французского биолога Луи Ранвье, который еще в 1878 году впервые их описал, конечно не зная, какой цели они служат. Каждый из этих перехватов представляет собой нечто вроде биологического реле. Вдоль волокна, идущего от спинного мозга к пальцу руки, располагается до 800 таких релейных станций. Каждая из них усиливает биоэлектрические сигналы, ослабляемые большим сопротивлением биоэлектрического проводника.

При такой конструкции полностью исключается возможность передачи информации методом амплитудной модуляции. Действительно, представьте себе, что каждая релейная станция восстанавливает сигнал не абсолютно точно, а, скажем, даже на 99 процентов. Тогда, пройдя 800 реле, сигнал уменьшится до (0,99)⁸⁰⁰ = ¹/₃₀₀₀ своей первоначальной величины. Если при восстановлении он будет не уменьшаться, а увеличиваться каждый раз на 1 процент, то в результате он в 3000 раз превзойдет начальную величину. Самые малые погрешности в работе такой системы неизбежно приведут к существенным искажениям величины и формы сигнала: интонации потеряют свою первоначальную окраску и выразительность, собеседники перестанут понимать друг друга, мышцы перестанут подчиняться мозгу.

В этих условиях естественным выходом является применение дискретного кода «все или ничего» — есть посылка тока или нет ее. Величина и форма импульса не должны иметь значения. Природа нашла этот выход и сконструировала систему передачи информации, использующую двоичный код и релейные усилители.

А «сухую» ограниченность и «невыразительность» этого кода она компенсировала гигантским количеством клеток и каналов, в которых производится переработка и по которым передается информация. Один нерв может содержать тысячи отдельных волокон, способных пропустить миллионы бит информации в секунду. Очевидно, движение информации в живом организме лимитируется не линиями передачи, а ограниченными возможностями ее переработки центральной нервной системой.

Однако механизм и техника этой переработки пока тайна!

Как видите, способы передачи информации и командных сигналов в живом организме очень похожи на те, что используются во многих современных автоматах. Подумайте, пожалуйста, может быть, эта аналогия натолкнет вас на мысль использовать ее для создания новой системы, нового устройства, нового прибора. Тогда эта мысль станет источником изобретения, а может быть, ряда изобретений. Подумайте сами, если у вас есть время. Поближе к концу книги мы вернемся к этой аналогии и подумаем вместе.

И последнее, о чем хотелось бы сказать в этой главе. Если вспомнить, как действует мышца, то каждый, кто сохранил способность удивляться, будет неизбежно поражен тем, как точно согласованы свойства живых двигателей со свойствами системы, предназначенной для управления ими. Мышца, можно сказать, специально спроектирована для того, чтобы наилучшим образом «понимать» и реализовывать дискретный код, в котором работает нервная система. Благодаря этому «сухой» и «невыразительный» код способен передать в движениях самые тонкие и сложные действия, мысли, чувства и переживания.

Как видите, человек уже довольно далеко продвинулся в направлении познания самого себя, но головокружению от успехов пока еще нет места. Знание того, что фразу:

можно записать в двоичном коде и передать по нервной сети к мышцам руки, управляющей движением гусиного пера, еще не очень приблизило нас к пониманию того, как Пушкин написал «Евгения Онегина».

Руки машины

Возьмите узкую планку длиной в несколько сантиметров. Сделайте в ней отверстия по концам: в одно отверстие вставьте булавку и воткните ее в бумагу, в другое вставьте карандаш и начните его двигать. Можете эти действия выполнить мысленно. Пожалуй, так будет даже лучше. Вы всегда сумеете себе представить, что у вас получилась хорошая (совсем круглая!) окружность. Вы можете остановить карандаш в любой точке, но эта точка всегда будет принадлежать окружности. У карандаша есть всего одна возможность, одна степень подвижности — движение по окружности.

Теперь немного усложним этот самодельный циркуль. Присоединим к нему еще одну планку так, чтобы она легко поворачивалась относительно первой. А отверстие для карандаша сделаем во второй планке. Попробуйте сообразить, какую теперь кривую можно вычертить карандашом, не ломая нашу конструкцию? Да, конечно, вы совершенно правы! Сейчас карандашом можно вычертить сотни, тысячи, миллионы самых различных линий. Нужно только, чтобы все они укладывались в пределах кольцевой площади, ограниченной двумя окружностями. Если вы попытаетесь выехать за ее пределы, то сломаете карандаш или наш механизм. Внутри кольцевой площади можно чертить самые замысловатые фигуры, писать цифры и буквы, рисовать шаржи на знакомых.