Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться

Так каким же образом в таком случае это удается нашему мозгу с его объемом порядка сотен кубических сантиметров? Ответ на поставленный вопрос предложили в 1950-х годах Барлоу и Эттнив независимо друг от друга. Они высказали мнение, что нервная система пользуется крайней избыточностью входящих сенсорных данных. «Избыточность» — это слово из области теории информации, и изначально им пользовались инженеры, работавшие над тем, чтобы оптимизировать пропускную способность телефонных линий. Информация в этом специальном смысле представляет собой меру неожиданности — величину, обратную ожидаемой вероятности. А избыточность — это понятие, противоположное информации: мера неоригинальности, обыденности. Избыточные сообщения или части сообщений неинформативны, поскольку в каком-то смысле их содержание уже известно адресату. Газеты не выходят с заголовками вроде «Сегодня утром взошло солнце». Количество информации в таком заявлении близко к нулю. Но если бы однажды утром солнце не взошло, составители газетных заголовков, останься кто-нибудь из них в живых, уделили бы этому факту самое пристальное внимание. Информативность была бы теперь значительной — в соответствии с неожиданностью сообщения. Как устная, так и письменная речь в большой степени избыточна — вот откуда берется сжатый телеграфный стиль: избыточность устранена, информация оставлена.

Все знания о мире, находящемся за пределами наших черепных коробок, мы получаем от нервных клеток, по которым, подобно пулеметным очередям, пробегают импульсы. То, что нервная клетка непосредственно передает, представляет собой поток «потенциалов действия» — импульсов, чья сила постоянна (или, по крайней мере, не имеет значения), а вот частота меняется и тем самым несет информацию. Теперь давайте подумаем о принципах шифрования. Как бы вы преобразовали данные о внешнем мире — скажем, звук гобоя или температуру ванны — в импульсный код? Первое, что приходит на ум, — это простое варьирование частоты: чем теплее ванна, тем интенсивнее «пулеметная очередь». Иными словами, у головного мозга мог бы иметься свой термометр, настроенный на частоту импульсов. На самом деле такой код нехорош, поскольку он расходует сигналы неэкономно. Памятуя о понятии избыточности, можно разработать шифры, передающие ту же информацию меньшим числом импульсов. Температуры в нашем мире по большей части остаются неизменными на протяжении длительных периодов времени. Твердить при помощи непрекращающегося града импульсов: «Горячо, горячо, по-прежнему горячо…» — это расточительство. Лучше сказать: «Внезапно сделалось горячо», — имея в виду, что так оно и будет оставаться вплоть до следующего уведомления.

К нашему удовлетворению, нервные клетки в большинстве своем именно так и поступают, и это касается не только сигналов о температуре, но и передачи почти любой информации из окружающего мира. Бóльшая часть нервных клеток настроена на то, чтобы сообщать о происходящих с миром изменениях. Если трубач тянет одну продолжительную ноту, то типичная нервная клетка извещает об этом мозг, руководствуясь примерно следующей схемой передачи импульсов. До начала звучания — низкая частота сигналов; сразу после начала — высокая, но по мере того, как труба продолжает играть ту же самую ноту, частота «пулеметных очередей» падает до редкого постреливания; а когда звук прекращается — снова высокая частота сигналов, тоже впоследствии затухающая до уровня остаточного невнятного бормотания. Или же могут быть два типа нервных клеток: одни возбуждаются только при начале звуков, а другие — при их прекращении. Аналогичное использование избыточности — игнорирование однообразия — происходит и в клетках, сообщающих нашему мозгу о колебаниях освещенности, температуры, давления. Вся информация об окружающем мире преподносится нам как изменение, и в этом заключается громадная экономия.