Беседы о бионике

Каждая группа волокон зрительного нерва служит для передачи одного вида сообщений в соответствующий слой нервных окончаний в мозге. В мозге лягушки имеется четыре таких слоя, соответствующих четырем процессам трансформации изображения. Действия лягушки являются результатом переработки ее мозгом кодированной информации, поступающей от зрительного аппарата.

Техническая система, моделирующая работу зрительного анализатора лягушки, намного больше, чем его прототип, созданный природой. Это ящик объемом в 1,8 м³, в котором находится более 30 000 реле, транзисторов, фотосопротивлений, неоновых ламп и других электронных компонент (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид электронной модели глаза лягушки

Главная часть прибора состоит из одинаковых вычислительных машин, которые расположены одна за другой и воспроизводят функции четырех слоев нервных окончаний в мозге, анализирующих сигналы изображения. Изображение проектируется на экран с 1296 фотоэлементами, выполняющими роль рецепторов сетчатки. Дальше информация передается от слоя к слою и сортируется при этом на нужную и ненужную. Нужная информация переносится от одного слоя к другому световыми лучами неоновых ламп и воспринимается фотосопротивлениями.

Устройство непрерывно анализирует обстановку над аэродромом с точки зрения ее безопасности и в случае создания угрожающего положения, при котором одному из самолетов необходимо дать команду уйти в сторону, решает, кому именно нужно дать такую команду. Летчики и аэродромные диспетчеры считают, что новая система существенно увеличивает безопасность полетов. М. Хершел и Т. Келли, авторы первого варианта функциональной электронной модели глаза лягушки, считают, что устройства такого типа можно с успехом использовать в радиолокационных системах противоракетной обороны (ПРО). В системах ПРО они могут применяться для мгновенного опознавания ракет, что обеспечит уменьшение времени, необходимого в наши дни для вычисления баллистических траекторий.

Интересно, что глаза голубя, которые, как известно, прекрасно воспринимают изображение, обладают той же способностью, что и глаза лягушки: они тоже осуществляют предварительную обработку получаемой информации. Благодаря этому мозг воспринимает уже преобразованное изображение того, что видит глаз. Знание механизмов переработки информации в зрительном анализаторе голубя может оказаться полезным для разработки радиолокационных устройств, в частности сложных устройств для разведки и съемки местности.

Особый интерес представляет способность зрительного анализатора голубя избирать объекты, движущиеся в одном направлении. Это свойство получило название "способности обнаруживать направленное движение". Использовав его, можно построить обзорную радиолокационную систему, обнаруживающую самолеты, летящие в заданном направлении, например в сторону авиабазы, и, следовательно, осуществляющую предварительную обработку информации, близкую по принципу действия к функции биологической системы. Выяснением этого принципа заняты сейчас сотрудники одной из американских фирм, создающие модель глаза голубя.

Рис. 3. Грубая анатомическая схема сетчатки глаза голубя (а) и функциональная схема модели его сетчатки (б)

Сетчатка его глаза по существу представляет собой трехслойное устройство (рис. 3, а). Внешний слой содержит колбочки, или фоторецепторы, которые преобразуют воспринимаемые глазом световые сигналы в электрохимические потенциалы и передают последние в промежуточный слой, состоящий из нейронов, или нервных клеток, называемых биполярными или просто биполярами. Биполяры "переводят" сигналы, поступающие из внешнего слоя, и передают их (как принято думать) в виде последовательностей импульсов в третий слой, состоящий из нервных окончаний, выходные импульсы которых направляются в мозг по волокнам зрительного нерва.