Беседы о бионике

Чрезвычайно важным элементом зрительного аппарата голубя является нейрон. Для моделирования его требуется разработать значительно более сложное устройство, чем ранее созданный оптический решающий фильтр[20]. Новый аналоговый нейрон, смоделированный в лаборатории, ближе по своим характеристикам к биологическому. Для биологического нейрона характерно наличие рефрактерного периода[21], по истечении которого нейрон снова приобретает нормальную чувствительность к раздражению. Кроме того, биологический нейрон должен обладать способностью генерировать, выходной сигнал в кодированной импульсной форме, свободной от дихотомии[22], свойственной выходному сигналу ранее сконструированного устройства. Наконец, наиболее важное свойство биологического нейрона — его способность запоминать, каким образом он реагировал на последнее раздражение, что отличает его от обычного логического устройства, работающего по принципу "большинства". Именно эти свойства зрительного анализатора голубя характерны для недавно созданной модели аналогового нейрона и отличают ее от ранее предложенной. Последняя, напомним, была основана на модели нейрона, реализующей пространственное суммирование и пороговую операцию.

Описанная выше схема глаза голубя показана на рис. 3, 6. Для моделирования биполярных и ганглиозных клеток использовались видоизмененные модели Хармона. Колбочки моделируются набором фотодиодов, каждый из которых соединен с эмиттерным повторителем. На выходе повторителя включен биполярный элемент, управляемый перепадом постоянного тока. Разветвляющиеся беспорядочные соединения между колбочками, биполярными и ганглиозными клетками выполнены на коммутационных панелях приборной стойки, на которой размещена большая часть схемы сетчатки.

Для моделирования нейронной структуры глаза голубя в модель Хармона были внесены некоторые изменения. Вместо одного запрещающего входа предусмотрено пять таких входов с тем, чтобы элемент имитировал горизонтальные и амакринные нервные клетки.

Каждый нейрон помещен на отдельной схемной панели, детали которой легко изменить в соответствии с характером поставленной задачи.

Скорость работы модели нейрона соответствует частотам порядка килогерц, т. е. эквивалентна скорости работы биологической системы. Чтобы создать фильтры для радиолокационных систем, основанных на этом принципе, потребуются частоты порядка мегагерц. В связи с этим специалисты создали высокоскоростную модель нейрона на блокинг-генераторе и интеграторе.

В ней содержится рецепторное поле со 110 фотодиодами и отдельной стойкой, на которой размещены эмиттерные повторители и система соединений с 80 биполярными нейронами. В данной модели последние соединены с 6 ганглиозными элементами. При попадании светового сигнала на рецепторное поле выходные импульсы отдельных фотоэлементов преобразуются в звуковые сигналы или подаются на осциллограф.

Пока что эта модель оказалась способной обнаруживать пятна и их края, движущиеся в определенном направлении. Система, однако, не обнаруживает неподвижные пятна или края.

Для создания индикатора пятна, движущегося в определенном направлении, т. е. для создания модели глаза голубя, исследователи намерены дополнительно ввести в созданную ими систему некоторое количество нейронов и расширить рецепторное поле. Последнее будет содержать до 200 фоторецепторов, число биполяров повысится до 150, ганглиозных клеток — до 25. В глазу же голубя число нейронов может достигать миллиона.

Поскольку точное устройство глаза голубя неизвестно, специалисты проводят эксперименты, по-разному соединяя между собой отдельные элементы модели. Для облегчения этой задачи используется коммутационная панель, при помощи которой надеются опытным путем установить, каким образом голубь выбирает определен-

Мое направление полета. Выяснив это, инженеры смогут перейти к изучению способности глаза голубя производить предварительную обработку данных.

Относительно реакции голубя на объект, движущийся в определенном направлении в его поле зрения, известно лишь то, что эта реакция не обусловлена деятельностью мозга, а возникает в результате предварительной обработки информации на участке глаз — мозг. Эта способность голубя, по-видимому, позволяет ему принимать быстрые и правильные решения. Полагают, что результаты изучения процессов переработки информации в глазу голубя внесут большой вклад в теорию и практику построения приборов, воспринимающих информацию. Такие исследования займут, вероятно, немало времени. А пока изобретательные ученые и инженеры нашли оригинальный способ использования совершенного зрительного аппарата живого голубя.

Одна американская фирма, производящая электронное оборудование, в течение довольно длительного времени терпела значительные убытки. Изготавливаемые ею дорогостоящие приборы быстро выходили из строя. Заказчики негодовали и, разумеется, требовали компенсации. Нужно было спасать репутацию фирмы...