Вокруг Света - Журнал "Вокруг Света" №8 за 2001 год Страница 14

Умирающие звезды превращаются в компактные объекты, выбрасывающие в пространство часть своей массы и обеспечивающие тем самым рождение следующих звездных поколений.

Людмила Князева, кандидат физико-математических наук

Досье: Империя чувств

Воздействие информации на наш организм происходит постоянно: несущий ее свет падает на сетчатку глаза, звуковые вибрации заставляют колебаться барабанную перепонку уха, молекулы, обладающие тем или иным запахом, распознаются обонятельными участками носа, на прикосновения моментально реагирует кожа... Способностью ощущать мы обязаны не только глазам, ушам, носу, языку или рецепторам кожи. Мы ничего не почувствуем, пока сигнал от какого-либо из перечисленных органов не достигнет определенного участка мозга.

Конечно, без носа, глаз и ушей наши способности восприятия не могут считаться полноценными, но отсутствие этих органов не будет играть никакой роли, если по какой-либо причине отключатся участки мозга, отвечающие за обработку сигналов. Повреждение, скажем, зрительного центра чревато полной слепотой и полной неспособностью различать как цвета, так и движущиеся объекты.

Вот эта зависимость, определяющая работу сенсорного аппарата человеческого организма, и является объектом пристального внимания ученых. В ходе многочисленных исследований в этой области было выявлено, что помочь специалистам разобраться в сложнейшем механизме сенсорного восприятия в числе прочего могут так называемые синестетики — люди с не совсем обычным чувственным восприятием, и животные, обладающие более развитыми способностями.

Разгадать принцип действия механизма обработки мозгом сенсорной информации — отнюдь не самоцель. Это необходимо для того, чтобы научиться имитировать чувственное восприятие как человека, так и животных для чисто практического приложения, а именно: использовав новые знания и возможности, помочь людям с ослабленным чувственным восприятием.

К тому же станут возможными создание новых роботов, обладающих способностью ощущать, и усовершенствование уже существующих разработок в этой области. Ведь таким машинам можно найти немало полезных применений.

Синестезия — редко встречающийся (один случай на 25 тысяч человек) феномен. У синестетиков взаимосвязаны два или даже более чувственных ощущения — источник одного выступает стимулятором и для другого или других. Синестетики ощущают звуки на вкус или обоняют визуальные объекты, видят музыку в цвете и различают на ощупь «мягкие» и «твердые» цифры. В процессе наблюдений было зафиксировано множество возможных комбинаций. Цвета, которые синестетики видят, когда им показывают цифры, или в некоторых случаях, когда слышат определенные звуки, устойчивы, но вовсе не одни и те же для всех.

Одно из объяснений таково. Проходя через мозг, чувственный стимул расщепляется на несколько потоков, которые параллельно обрабатываются несколькими участками. Взять, к примеру, зрительный центр, отвечающий за цвет, движение или контуры. Зрительный сигнал сначала попадает в зону немедленного восприятия, где собирается входящая информация, затем эта информация передается в участок коры мозга, который можно назвать «ассоциативной зоной». Там информация, в соответствии с нашим предыдущим опытом, приобретает свое значение. Ведь у каждого из нас возникает абсолютно уникальная картина мира, зависящая от генного набора и персональных особенностей мозга.

Взрослый человек обладает надежной системой нервных каналов, но под воздействием более частой нагрузки конкретные отделы мозга могут развиться особенно. Так, слуховой участок коры мозга у музыкантов на четверть «мощнее», чем, к примеру, у их слушателей.

Нейроны разных мозговых центров ведут себя одинаково. Но вот во что именно преобразуется поток электрических импульсов — в зрительные или же во вкусовые ощущения, — часто определяется тем, какие именно нейроны стимулируются.

Исследования показали: у синестетиков и несинестетиков в одинаковых условиях активизируются разные участки мозга. Первые, слушая речь, получают и визуальные впечатления — к слуховому центру подключается зрительный. Более того, обнаружено, что у синестетиков активизируется лимбический отдел коры — старейшая с эволюционной точки зрения зона мозга, связанная с эмоциями и памятью. Это наблюдение натолкнуло ученых на мысль, что синестезия унаследована нашими современниками от далеких предков.

Пока нет убедительного объяснения причин синестезии. Хотя ее частенько квалифицируют как «функциональное отклонение», бесспорно одно — она не тормозит развитие интеллекта. Некоторые ученые полагают, что смешение ощущений способно создавать гениев. Один из примеров тому — Людвиг ван Бетховен.

Зачастую высказывается мнение, что синестезия сопряжена с совершенным видением. Нечто подобное ей порой возникает и у «обычных» людей под воздействием некоторых лекарственных препаратов или наркотиков. Как бы то ни было, разгадка механизма множественности ощущений ведет к более полному пониманию «нормального» восприятия окружающего.

Много нового о том, как воспринимаются и запоминаются цвета, позволил узнать эксперимент, в котором участвовали люди, видящие цифры в сочетании с цветом. В ходе испытаний, проведенных в больнице Цюрихского университета, замерялась скорость реакции синестетиков на появление на дисплее компьютера различных цветоцифровых пар. Сначала подопытные использовали только левую руку, а затем только правую. Полученные данные сравнили с показателями «обычных» добровольцев, предварительно выучивших набор пар. Синестетики быстрее реагировали левой рукой на цвета, которые ассоциировались с небольшими числами, и правой — на цвета, связанные с цифрами большими. Ученые пришли к выводу: цвета имеют для синестетиков определенный размер; «нормальные» же люди хранят информацию о малых числах в левом полушарии мозга, а о больших — в правом, управляющем математическими способностями.

Теоретически робота можно наделить любыми чувствами. Исследователи из университета Огайо сделали электронный нос, который распознает по запаху разные сорта сыра. Такая машина не только послужит в пищевой промышленности, но и поможет разобраться в хитростях механизма обоняния. Ведь по сравнению с тактильными ощущениями, зрением и слухом, мы мало знаем о вкусе и обонянии. В наших носах миллионы рецепторов — протеины на поверхности клеток улавливают молекулы пахучих веществ. Мозг распознает запахи по комбинациям сигналов, поступающих от рецепторов.

Создатели электронного носа задались целью сымитировать реальную связь сенсора с нервной системой. Многие годы ушли на то, чтобы искусственный нос освоил спектр запахов, доступных его живому «прототипу». NOSE (Neotronics Olfactory Sensing Equipment), разработанный британской компанией Neotronic Technology, использует 12 полимерных сенсоров, воспроизводящих «отпечатки» запахов. Изменения в поведении сенсоров показывают различные компоненты запаха и воспроизводят их на компьютере в графической форме, сложность которой зависит от сложности запаха. NOSE может заменять человека при анализе запахов пищи, спиртных напитков, парфюмерии и табака.

И все же потрясающее изобретение лишь приоткрывает проблему, связанную с ощущениями электронных устройств. Робот не может самостоятельно оценивать качество запаха или вкуса, он лишь сравнивает полученные параметры с человеческими ощущениями.

Для роботов разработано уже множество разнообразных «органов чувств» — сенсоров. Некоторые способны фиксировать ощущения за гранью человеческого восприятия. Пример тому — глаз, составленный из большого количества фототранзисторов, сориентированных в разных направлениях, улавливающих световую информацию, и в виде электрических импульсов, передающих ее в искусственную нейронную сеть. Сейчас экспериментаторы пытаются научить робота ориентироваться в пространстве по световым сигналам.

Другие специализированные машины умеют определять присутствие воды и других жидкостей; «видят» тепло с помощью термовизуальных сканеров; улавливают разницу между твердым и мягким благодаря тактильным сенсорам. Таким роботам уготована служба в самых разных экстремальных условиях — от обработки токсичных веществ до применения в космосе.

Однако ученые сдерживают свои фантазии, ставя перед собой конкретные прикладные задачи. Пока никакие самые совершенные искусственные органы чувств, никакая система синтетических ощущений не могут тягаться с восприятием самых «простых» живых созданий.

Cпектр сенсорного восприятия у многих животных шире, чем у человека, поэтому братья наши меньшие могли бы многое поведать о недоступном нам мире. Ведь зрительный и слуховой аппараты человека воспринимают достаточно ограниченный диапазон световых и звуковых волн, а вкусовой и обонятельный — не способны распознавать на расстоянии химические вещества. Увы, для восприятия немалого числа сигналов, поступающих из окружающего мира, у нас просто-напросто нет рецепторов.