Райт - Наука о запахах - 1966 (947297), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Но, если говорящий находится на другой стороне оживленной улицы, ему совершенно необходимо знать, сколько раз нужно повторить это слово, чтобы вы были уверены, что сказано «милая», а не «мыло» или что это относится совсем не к вам, а к стоящей рядом женщине, которую зовут Мила. Какое отношение имеет все сказанное к запаху и обонянию, достаточно ясно (и очень важно). Если вы можете сразу, в течение '/, секунды, различить один из десяти тысяч или более запахов, то ваш обонятельный аппарат имеет какую-то определенную пропускную способносты Необходимо 14 битов информации для нахождения одной возможности из 18 384 (2" = 16 384); если, например, любой из этого количества вариантов может быть определен за '/, секунды, то пропускная способность канала составляет по меньшей мере 28 битов в секунду.
Наш обонятельный аппарат должен иметь некоторую минимальную степень сложности, чтобы соответствовать этим требованиям. Пропускная способность его может быть больше минимально необходимой, но никак не меньше. Если она больше некоторого определенного минимума, то про канал говорят, что он обладает «избыточной пропускной способностью», которая помогает предотвращению ошибок и уничтожению помех.
(Слово «милая» звучит лучше, когда его повторяют несколько раз, а может случиться, что его необходимо повторить, если вокруг шумно, а вам необходимо быть уверенным, что это не имя Мила.) г09 Какими свойствами должны обладать наши органы обоняния, чтобы иметь минимальную пропускную способтюст1 28 6итов.в секунду? Для ответа на этот вопрос необходимы "некоторые сведения о нервных волокнах и нервных импульсах.
Нерв по существу представляет собой неметаллический проводник — трубку, заполненную разбавленным солевым Раствором (электролитом). Важным следствием этого является высокое электрическое сопротивление нерва, так что очень короткий его отрезок соответствует очень длинному проводнику из металла. Распространяясь вдоль проводника, электрический импульс теряет свою первоначальную форму (как бы «размазывается»); нечто подобное происходит, когда человек кричит что-то в один конец длинной трубы, а вместо слов на другом конце можно услышать только нечленораздельные звуки, вроде рычания или гудения. Для предотвращения этого явления в телефонных илн телеграфных линиях устанавливают «повторители», или Ретрансляторы.
Что же касается нервов, то их природа обеспечила специальными устройствами, так называемыми перехватами Ранвье, которые служат для тех же целей. В силу своего технического устройства (вытянутая трубка, заполненная соленым раствором) и действия ретранслиРующих перехватов одиночное нервное волокно или проводит данный импульс, или не проводит его. Иначе говоря, нерв работает по принципу «все или ничего», а не по принципу «более или менееж Это можно продемонстрировать, непосредственно измеряя сигналы, проходящие по нерву.
При таком измерении сигнал имеет вид короткого электРического импульса, называемый спайк-потенциалом (пикпотенциалом) из-за его формы на экране осциллографа. ПРодолжительность его несколько меньше '/„, секунды. После прохождения импульса нерв должен «отдохнуть» в течение определенного промежутка времени, прежде чем он сможет пропустить другой импульс, или спайк. Этот Рефрактерный период занимает около '!»«секунды, так что одиночное нервное волокно может пропускать не более 20 импульсов в секунду Итак, одиночное нервное волокно имеет пропускную способность только 20 битов в секунду, если считать наличие или отсутствие импульса эквивалентным киванию головой при игре в вопросы и ответы. Для передачи информации в (4 битов мы можем использовать один канал или нерв, !!О передавая серию нз 14 импульсов или пропусков, например +++ — + — — ++ — +.
Если пропускная спообность канала составляет 20 битов в секунду, то нам понаобится почти три четверти секунды для передачи 14 битов информации подряд. Этот вид передачи использует так называемое серийное кодирование и является довольно медленным. Мы могли бы удвоить скорость передачи, используя два перва и направляя половину «послания» по одному, а другую половину — по второму. Однако это очень усложнило бы передачу, потому что «послание» нужно было бы как-то разделить и, кроме того, потребовался бы довольно сложный принимающий аппарат, который соединял бы обе половины «послания» воедино.
По-видимому, гораздо разумнее предположить, что, если для нашего обоняния необходим такой аппарат, который мог бы регистрировать, скажем, 16 384 (2'«) разных запаха, должно быть не менее !4 различных типов чувствительных органов, каждый из которых способен регистрировать элементарный запах определенного качества. Тогда при наличии непосредственной связи чувствительного приемника с перерабатывающими информацию центрами мы могли бы «продемонстрировать» 16 384, или 2««, различные комбинации, соответствующие 16 384 запахам, которые необходимо различить.
В действительности эта величина была бы много больше необходимого минимума пропускной способности, потому что «сложную картину» или систему спайк-потеициалов можно было бы посылать каждую '/»» секунды. Однако избыточная пропускная способность весьма необходима, если мы хотим избежать ошибок..особенно при шумах в канале.
Таким образом, на основании пропускной способности нашего органа обоняния можно предполагать, что этот орган имеет более 13 — 14 разновидностей окончаний, каждое из которых соответствует определенному виду элементарного, илн первичного, запаха. Поэтому положение здесь гораздо сложнее, чем при восприятии нами цвета, когда имеется только три первичных цвета, и, с другой стороны, проще, чем при восприятии звука, когда число возможных чистых тонов значительно превосходит !00. (Рояль, у которого нет интервалов меньше полутона и который не охватывает всего нашего диапазона слышимости, имеет тем не менее 88 клавиш.) Цвета можно довольно легко классифицировать по «трехцветной> шкале.
Для классификации звуков такой системы нет, и, несмотря на многие попытки, нет сколько- нибудь удовлетворительных систем для описания или классификации запахов. Этому трудно найти объяснение при наличии всего лишь нескольких первичных запахов, но, если число их достаточно велико, все становится яснее. Именно существованием большого числа первичных запахов можно, вероятно, объяснить неудачу Крокера и Хендерсова, которые пытались создать систему классификации, основанную на четырех первичных запахах.
Такая же неудача постигла и Хеннинга, который исходил из шести первичных запахов, и Зваардемакера, предполагавшего, что существует только девять первичных запахов. Для идентификации десяти тысяч различных запахов необходимо более 13 битов информации,— при этом еще не учитывается необходимость регистрации силы запаха, а речь идет только о его качестве.
Для одновременной передачи как качественной, так и количественной информации — с учетом возможных ошибок и помех в системе— необходима некоторая избыточная пропускная способность канала. Иначе говоря, система должна обеспечивать прохождение несколько большего числа битов, чем минимально необходимое при строгом подсчете. Как указывалось раньше, 20 битов могут определить любую из 1 048 576 возможностей, а 25 битов обеспечат более 30 миллионов.
Примитивные организмы, вроде мелких насекомых, могут обходиться системой обоняния, воспринимающей только один первичный запах, например запах полового аттрактанта. Если насекомое чувствует этот запах, то оно соответственно реагирует на него, если же запах отсутствует, незачем обременять его способностью разбираться в ненужных запахах, которые привлекают иных насекомых. Для более высоко организованных живых существ необходим обонятельный аппарат с более высокой информационной способностью.
Медоносная пчела, например, должна уметь различать один вид цветов среди многих разных видов, однако ей совершенно не нужно отличать сардины от сыра. Если пчела различает 6 первичных запахов, то она может регистрировать и узнавать 64, то есть 2', различные их комбинации. Этого количества вполне достаточно для ее существования, и оно может быть принято как минимум. Максимумдля пчел, вероятно, не превышает пз !и -!1 первичных запахов, которые обеспечивают способ- „ость различать несколько тысяч видов цветов (1024, то есть 2"). У собак или других наиболее одаренных обонятельной способностью животных число первичных запахов составляет, вероятно, 25 — 35, и это количество обусловливает способность различать многие миллионы запахов, даже при наличии некоторой избыточной пропускной способности канала.
Как мы увидим в следующей главе, микроскопическое исследование обонятельных тканей показывает, что они устроены в соответствии с требованиями теории информации. Имеются некоторые данные, свидетельствующие о том, что у кролика число рецепторных окончаний (а следовательно, и число первичных запахов) равно 24, что очень похоже на истину. Такого рода применение принципов устройства систем связи к проблеме запаха является сравнительно новым (приоритет здесь принадлежит Хейнеру и его соавторам, США) и весьма плодотворным: оно позволило ликвидировать многие запутанные теории и ряд неясностей, например длительное отсутствие удовлетворительного способа классификации и описания запахов.
На основании этой теории удалось объяснить также, почему какое-нибудь химическое вещество, на запах которого энергично реагирует бабочка непарного шелкопряда, может почти или даже совсем не иметь запаха для человека. Если собака, например, может воспринимать 25 первичных запахов, а человек — только 24, то вполне понятно, что существует по крайней мере один первичный запах, которого мы в отличие от собаки не чувствуем.
В пре-з дыдущей главе было приведено несколько доказательств того, что на основании запаха некоторых веществ, например масляной кислоты, собака может получить информацию, которой не получает человек. Но если есть один такой первичный запах, то их может быть и несколько, а поэтому нет ничего удивительного, что какие-то вещества или предметы, обладающие для человека сильным запахом, могут совершенно не иметь запаха для шелкопряда, и наоборот. И даже более того: объекты, запах которых всем людям представляется одинаковым, могут восприниматься какими-то животными либо как одинаково пахнущие, либо как пахнущие по-разному. Глава ХП Ткани и волокна Анатома, с помощью микроскопа изучающего рецеп-,: торный аппарат носа, можно сравнить с гигантом кило-' метрового роста, который вздумал разобраться в сети', коммуникаций Лондона или Нью-Йорка.
Он, вероятно, заключил бы интересующий его объект в парафин и сделал: бы с него тонкие срезы в различных направлениях.: Если его инструменты достаточно хороши, он сможет сде-' лать срезы толщиной около трех метров, не менее. Перво-, классные оптические приборы помогли бы ему рассмот-' реть эти срезы с расстояния, соответствующего в принятом, нами масштабе примерно сотне метров. Он мог бы попытаться сделать и более тонкие срезы, но его инструменты оказались бы, вероятна, столь же точными, как у нас бейсбольная бита или топор. Используя краски, которые окрашивают штукатурку или бетон и не окрашиваюг металл или стекло, он смог бы проследить расположение всех коммуникационных устройств, рассматривая по очереди один срез за другим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
