Беседы о бионике

Что же такое память? Где она расположена, каков механизм ее работы? Есть ли вещество — носитель памяти? Что происходит у нас в мозгу, когда мы запоминаем, вспоминаем или забываем? Запоминает ли весь мозг или памятью ведают отдельные группы нервных клеток? Какой ключ заставляет кладовые нашей памяти то послушно распахиваться настежь, то приоткрывать лишь щелку? Выдающийся американский математик Джон фон Нейман сравнительно недавно сказал по этому поводу следующее: "О природе и местонахождении памяти мы знаем не больше, чем древние греки, считавшие местонахождением разума диафрагму".

Проблема изучения памяти, ее механизмов является сейчас одной из самых актуальных проблем в физиологии, кибернетике и бионике. Механизм памяти таит в себе своеобразное очарование, потому что он лежит в основе всех способностей человека к познанию и воображению. "Мне кажется, — писал Анатоль Франс, — что память — волшебная сила, что дар воскрешать прошедшее столь изумителен и драгоценен, как дар предвидеть будущее". В познании этой "волшебной силы" сегодня больше всего заинтересованы творцы электронных систем, мечтающие о создании искусственного мозга — машины фантастических возможностей.

В настоящее время существует множество различных определений памяти. Одно из них предложено Е. Н. Соколовым; оно не очень сложно и не очень запутано и гласит: "Система обладает памятью, если она содержит в себе некоторую информацию о сигнале после того, как сигнал перестал действовать". В 31-м томе 2-го издания БСЭ дается следующее определение: "Память — запечатлевание, сохранение и воспроизведение того, что ранее человек воспринимал, переживал, делал, думал". И наконец, в "Энциклопедическом словаре" написано: "Память — отражение прошлого опыта, заключающееся в запоминании, сохранении и последующем воспроизведении или узнавании того, что раньше воспринималось, переживалось или делалось".

Итак, одно из основных проявлений памяти — узнавание и воспроизведение. Узнавание образов — это то проявление памяти, которое обычно связано с восприятием. Воспроизведение же не обязательно происходит одновременно с процессом восприятия. Например, пианист может сыграть наизусть знакомую ему пьесу; закрыв глаза, вы можете воспроизвести лицо знакомого вам человека, вид вашей комнаты или однажды увиденный и полюбившийся вам ландшафт, скажем, в Карпатах. Восприятие информации и ее фиксация — это условия ее сохранения в памяти, а узнавание и воспроизведение — это обнаружение того, что данная информация сохранилась в памяти.

Рассмотрим теперь некоторые количественные параметры памяти человека.

В определении емкости нашей памяти существуют значительные расхождения. Ученые оценивают ее величину по-разному: от полутора миллионов (1,5 · 10⁶) до миллиона миллиардов (10¹⁵) и даже до 10²³ бит[24]. Для оценки этой емкости используются различные подходы. Так, например, Кюмфмюллер при определении минимальной емкости памяти исходит из способности человека усвоить 100 тысяч (10⁵) слов языка. При этом среднюю длину слова он принимает равной 6 буквам, а количество информации, приходящейся на одну букву в устной речи, 1,5 бит и в письменной — log₂32 = 5 бит. Это дает для минимальной емкости памяти

М_мин = (1,5 + 5) · 6 · 10⁵ = 3,9 · 10⁶бит.

Миллер оценивает пределы емкости памяти, исходя из следующих психофизиологических наблюдений. Минимальную емкость он оценивает в 1,5 * 10⁶ бит, полагая, что человек способен запомнить (выучить наизусть) по крайней мере 1000 комплексов, равноценных таблице умножения, которая содержит 1500 бит информации. Максимальное количество информации он оценивает, исходя из предположения, что человек в течение 80 лет своей жизни ежедневно запоминает информацию по 16 час со скоростью 25 бит/сек, что является, по наблюдениям психологов, максимальной скоростью восприятия. Отсюда получается величина

М_макс = 25 бит/сек · 3600 сек · 16 · 365 · 80 = 4,5 · 10¹⁰ бит.

И. Гуд, считающий, что запоминание определяется изменением состояний синапсов и что каждый синапс может находиться по крайней мере в 10 различных состояниях, оценивает память человека емкостью

М=10 · 30 · 10¹⁰ = 3 · 10¹² бит,

где число 30 — число синапсов в расчете на один нейрон, а 10¹⁰ — число нейронов в коре головного мозга.

Джон фон Нейман в своей книге "Вычислительная машина и мозг" подсчитал, что емкость памяти человека должна составлять 2,8 · 10²⁰ бит информации. Если для записи одного бита требуется один двухпозиционный переключатель, то отсюда следует, что на каждый нейрон в нервной системе должен приходиться объем памяти, эквивалентный 30 миллиардам таких переключателей!

Х. фон Фёрстер считает носителями долговременной памяти молекулы белка, которые он назвал "мнемами". Исходя из того, что объем мозга равен 10³ см³, объем одной молекулы белка равен 10^-18 см³ и каждая молекула может накопить минимум 1 бит информации, фон Фёрстер оценивал емкость памяти человека астрономической цифрой... 10²¹ бит!