машин снова возрастут, однако на современном уровне техники и теоретического знания (philosophy) количество переключательных органов вряд ли превзойдет 10 000 (или, может быть, величину порядка 10 000). Таким образом, величина 104 дает правильное представление о порядке числа переключательных органов вычислительной машины.
В противоположность этому – как это следует из данных, полученных различными путями, – число нейронов центральной нервной системы имеет порядок 1010. Я не знаю, насколько правильна эта цифра, но, по-видимому, величина показателя степени отклоняется от действительной в ту или иную сторону не более, чем на единицу. Таким образом, бросается в глаза то обстоятельство, что центральная нервная система, по меньшей мере, в миллион раз сложнее (larger), чем самый сложный искусственный автомат, о котором мы можем говорить в настоящее время. Весьма интересно выяснить, чем это объясняется и какие вопросы принципиального характера с этим связаны. Мне кажется, что здесь действительно имеется ряд четких принципиальных проблем.
Существенно важные отношения
размеров элементов
Совершенно очевидно, что электронная лампа является гигантом, по сравнению с нервной клеткой. Ее физический объем и потребляемая ею энергия приблизительно в миллиард раз больше, чем у нервной клетки. (Разумеется, тут невозможно привести вполне определенные цифры, однако те, которые приведены выше, достаточно хорошо обрисовывают ситуацию.) Это компенсируется другими факторами. В областях техники, отличных от области вычислительных машин, электронные лампы можно заставить работать на чрезвычайно высоких скоростях, однако здесь мы не будем касаться этих областей их применения. В вычислительных машинах максимум скорости гораздо ниже, но все же заслуживает уважения. При современном состоянии техники его можно считать равным в среднем одному миллиону реакций (actuations) в секунду. Реакция (response) нервной клетки развивается гораздо медленнее, вероятно, она длится 1/2000 секунды, и – что действительно существенно – минимальное время, необходимое для перехода от возбужденного состояния к полному восстановлению, когда клетка может испытывать повторное возбуждение, еще больше – в лучшем случае оно приблизительно равно 1/200 секунды. Это приводит к отношению 1:5000, которое, возможно, в какой-то мере завышено в пользу электронной лампы, так как электронная лампа при ее использовании в качестве переключательного органа, рассчитанного на 1 000 000 операций в секунду, практически не работает на все 100 % в этом режиме. Поэтому такое отношение, как 1:2000, вероятно, будет более подходящим. Таким образом, электронная лампа, обладая размерами, приблизительно в миллиард раз большими, чем нейрон, превосходит последний в работе в 1000 раз (или несколько более). В силу этого с известным основанием можно говорить о том, что ее эффективность меньше эффективности нейрона примерно в миллион раз.
Важным во всех отношениях является тот факт, что нейрон по своим размерам гораздо меньше электронной лампы. Как указывалось выше, электронная лампа приблизительно в миллиард раз больше. Чем это обусловлено?
Причины различия в размерах электронной лампы и нейрона
Источник этого расхождения лежит в основном органе управления, или, точнее, в различии между управляющими устройствами электронной лампы и нейрона. В электронной лампе основной областью управления является пространство между катодом (где зарождаются активные агенты – электроны) и сеткой (которая управляет электронным потоком). Это пространство имеет приблизительно один миллиметр глубины. В нейроне ему соответствует стенка нервной клетки – «мембрана», толщина которой равна примерно одному микрону (71 000 мм) или несколько меньше. Следовательно, на этом этапе отношение линейных размеров управляющих устройств электронной лампы и нейрона составляет приблизительно 1:1000. В этом, между прочим, и заключается основное различие. Электрические поля, действующие в пространстве управления, почти одинаковы для электронной лампы и для нейрона. Разности потенциалов, обеспечивающие надежную работу этих органов, равны десяткам вольт в одном случае и десяткам милливольт в другом. Их отношение снова равно 1:1000, и, следовательно, градиенты разностей потенциалов (напряженности полей) примерно равны. Далее, отношение линейных размеров 1:1000 соответствует отношению объемов 1:1 000 000 000. Таким образом, коэффициент различия, равный 109 для объемов, соответствует, как и должно быть, коэффициенту различия, равному 103 для линейных размеров, т. е. различию между миллиметровой глубиной междуэлектродного пространства электронной лампы и микронной толщиной мембраны нейрона.
Стоит обратить внимание на то (хотя в этом и нет ничего удивительного), что это различие между объектами, каждый из которых является микроскопическим и расположен внутри элементарной компоненты, приводит к поразительному макроскопическому различию между организмами, которые построены на их основе. Это различие между миллиметровым объектом и микронным объектом и обусловливает то, что ЭНИАК весит 30 тонн и потребляет 150 киловатт, тогда как центральная нервная система человека, которая в функциональном отношении в миллион раз сложнее, имеет вес в несколько фунтов и умещается в человеческом черепе.
При оценке веса и размеров машины ЭНИАК мы должны также помнить, что, как указывалось выше, этот гигантский аппарат используется для обработки 20 чисел в 10 десятичных знаков каждое, то есть 200 десятичных цифр всего, что эквивалентно примерно 700 двоичным цифрам – всего-навсего семистам (одновременно обрабатываемым) элементам информации типа «да-нет»!
Связь этих причин с характером современной техники
Приведенные соображения показывают, что наша техника обработки информации с большой скоростью и при высоких степенях сложности еще очень несовершенна. Устройства, которые мы создаем, просто чудовищны как по своим физическим размерам, так и с точки зрения потребляемой ими энергии.
По-видимому, эта слабая сторона нашей техники, по крайней мере отчасти, вызывается теми материалами, которые мы применяем. Современная техника использует металлические компоненты, находящиеся близко друг к другу и разделенные в определенных критических пунктах только вакуумом. Такая комбинация сред обладает особой механической неустойчивостью, что совершенно не свойственно живой природе. Говоря это, я имею в виду тот простой факт, что если живой организм получает механическое повреждение, он обнаруживает сильную тенденцию к самовосстановлению. Если же мы трахнем кувалдой по сделанному человеком механизму, то никакой такой восстановительной тенденции не проявится. Если два куска металла находятся рядом, то незначительные колебания и другие механические возмущения, всегда существующие в окружающей среде, создают опасность соприкосновения этих кусков металла. Если последние имеют различные электрические потенциалы, то в результате получающегося в этом случае короткого замыкания они могут спаяться, и контакт станет постоянным. Тогда произойдет полное и окончательное разрушение всей структуры. Когда же мы повреждаем мембрану нервной клетки, ничего подобного не случается. Напротив, мембрана, как правило, быстро восстанавливается.
Именно эти отрицательные механические свойства наших материалов препятствуют дальнейшему сокращению размеров искусственных автоматов. Механическая неустойчивость и другие аналогичные явления делают поведение употребляемых нами компонент не вполне надежным даже при их современных размерах. Таким образом, именно то обстоятельство, что применяемые нами материалы уступают по качеству материалам, которыми пользуется природа, не позволяет нам
