Теория сигналов и психические процессы

Теория сигналов является центральной в кибернетике. Ее основными понятиями являются управляющий контур и информация. Управляющий контур - это система управления технического или биологического объекта, которая включает в себя ряд механизмов, обеспечивающих процесс управления от момента получения сигнала до выполнения соответствующего действия. Принято разделять разомкнутые, или открытые, и замкнутые управляющие контуры. К разомкнутым управляющим контурам относятся системы, способные лишь к ответному действию, заложенному программой, без ее корректировки. В большинстве случаев при разомкнутом управляющем контуре контроль над выполняемым действием самой системой не осуществляется. Как правило, данный вариант управляющего контура является частным случаем более сложного закрытого управляющего контура. Закрытый управляющий контур включает в себя структурные элементы, которые обеспечивают контроль над выполнением действия до его полного завершения, и при необходимости выполняют корректировку действия в зависимости от условий, в которых это действие выполняется. Для осуществления процесса управления по принципу замкнутого контура система должна иметь ряд функциональных элементов

управления, таких как блок приема и передачи информации, блок хранения информации, программный блок, блок сличения эталонов и результатов выполнения действия, блок оценки ситуации, блок принятия решения, блок выдачи команд на выполнение действий и др.

Н. Винер считает, что живой организм управляется по общим принципам. Для этого у него есть все необходимое, вплоть до морфологического строения отдельных органов и систем. Например, такова морфология нейрона. Нейрон имеет функциональный блок входа информации - дендрит; центральный, интегрирующий блок - тело нейрона; блок выхода - аксон. Следовательно, морфологическое строение и функциональная организация живого организма имеют природную предрасположенность к тому, чтобы осуществлять саморегуляцию по общекибернетическим принципам.

Следует отметить, что в регуляции живых организмов встречаются оба контура. Рефлекторная дуга по своей сути является разомкнутым контуром. Действием рефлекторной дуги можно объяснить простейшие действия. Например, инстинктивное отдергивание руки при прикосновении к горячему предмету. Более сложные действия имеют более сложную систему управления, реализующуюся по принципу замкнутого управляющего контура. Вариантом такого контура в биологических объектах является рефлекторное кольцо. Однако включение любого из управляющих контуров вызвано получением организмом соответствующей информации. Что же такое информация? Какова ее природа? Давайте постараемся ответить на эти вопросы.

Первоначально термин "информация" рассматривался как технический термин. В дальнейшем это понятие получило более обобщенный смысл. Н. Винер пишет: "Информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств. Процесс получения и использования информации является процессом нашего приспособления к случайностям внешней среды и нашей жизнедеятельности в этой среде..." (Винер Н., 1958).

Таким образом, то знание о чем-либо или о ком-либо, которое мы получаем, и есть информация. Человек обладает двумя способами получения информации об окружающем его мире и явлениях объективной действительности. Это, во-первых, непосредственное чувственное восприятие и, во-вторых, это мышление, или опосредованное восприятие. Рассмотрим более подробно первый канал получения информации.

Для чувственного восприятия источником информации являются все окружающие человека предметы, способные воздействовать на его органы чувств. Одновременно на наши органы чувств оказывают воздействие десятки и сотни предметов. Эти объекты реального мира составляют для нас своеобразное сенсорное поле, которое может быть представлено в виде множества элементов источника информации {А). Однако эта информация является информацией только для того, для кого она может быть источником определенных знаний. Следовательно, источник информации и носитель информации - это понятия не только не тождественные, но и существующие раздельно, хотя они тесно взаимосвязаны друг с другом. Поэтому феномен информации может быть представлен как отображение множества

Рис. 17.2. Тождество двух множеств, как условие существования информации. Объяснения в тексте

элементов источника информации во множество состояний носителя информации (В). При этом множество В должно быть тождественно множеству А (рис. 17.2). Но если мы заговорили о тождестве множеств, то должны отдавать себе отчет в том, что источник информации имеет определенные характеристики, воспринимаемые носителем информации. Что это за характеристики? Какие из них являются наиболее значимыми для человека или другого живого организма?

Независимо от модальности источника информации и его значимости для непосредственного объекта, воспринимающего данную информацию, существуют характеристики, свойственные для всех информационных источников физического мира - это время и место, занимаемое ими в пространстве. Действительно, пространственно-временные характеристики присущи всем объектам внешней среды, которые являются для живого организма потенциальным источником информации. Однако, как вы помните, все окружающие нас объекты могут выступать или как предмет, или как фон. Почему происходит выделение определенного объекта в качестве предмета? Почему мы в состоянии отвлечься от шума или помех, которые создают окружающие нас объекты, и выделить из поступающих к нам сигналов внешней среды именно те, которые имеют для нас информационную значимость. Одна из причин - субъективная значимость объекта для человека. Но помимо этого существуют и физические характеристики объекта, которые позволяют нам выделить его из окружающей среды. К их числу относятся количество информации и форма сигнала.

Представьте, что идут занятия в школе. Дети сосредоточены на выполнении задания. Вдруг их внимание было привлечено каким-то звуком. Почему это произошло? Видимо, звук, который они услышали, был чем-то не похож на другие. Например, своей пространственной локализацией, или временем воздействия,

а может быть, своими качественными характеристиками или интенсивностью проявления. Н. Винер считает, что главным отличием информации от шума, который порождают объекты внешней среды, является организация сигнала. Если шум - это хаос, то информация - это организация. Сигнал, воспринимаемый биологическим объектом как информация, имеет определенную пространственную и временную организацию. Мерой этой организации может выступать количество информации, что является количественным аспектом упорядоченности информации. Вместе с тем информация имеет и качественную характеристику. Такой качественной характеристикой является форма сигнала. В качестве иллюстрации приведем следующий пример. Представьте, что вы находитесь в темной комнате. Вдруг на дальней стене начинают светиться десятки ламп. На какие из них вы обратите внимание в первую очередь? Вероятно на те, которые имеют не такую интенсивность свечения, как большинство (количество информации), или на те, которые имеют особую форму подачи сигналов, отличающуюся от окружающих источников информации (качественная характеристика информации). Например, периодическая пульсация, или электромагнитные волны другой частоты, придающие источнику света другой цвет, или расположение источника в стороне от большинства других и т.д.

Однако все приведенные выше примеры и доводы наталкивают нас на один существенный вывод: количественно-качественные характеристики информации есть не что иное, как способ пространственно-временной организации сигнала. По мнению Н. Винера, именно пространственно-временная организация сигнала (упорядоченность) является тем линейным инвариантом многомерного физического мира, который позволяет добиться тождества между множеством элементов источника информации и множеством состояний носителя информации. Для реализации данного инварианта могут быть использованы всевозможные коды, которые не только позволяют записать многомерную информацию в линейном виде, но и обеспечивают изоморфизм между множеством элементов источника и множеством состояний носителя. В чем суть данного утверждения? Для того чтобы ее понять, приведем пример.

Когда мы с вами рассматривали ощущения, то говорили об их модальности и физической природе раздражителей, способных вызвать те или иные ощущения. В том числе мы рассмотрели природу слуховых ощущений. Как вы помните, раздражителем для органа слуха является звук, т.е. акустическая волна, вызванная колебаниями физического тела и свободно распространяющаяся в пространстве. Для нашего органа слуха она имеет вид одномерной, т.е. линейной, величины. Однако, достигнув органа слуха, эта акустическая волна предоставляет нам информацию не только о качественных параметрах звука (например, тембр, высота), но и о пространственных и временных характеристиках его источника. Мы осознаем, где в пространстве находится звук, какова длительность его звучания. Почему это происходит? Возможность получения подобной информации обусловлена не только физиологическими особенностями строения органа слуха, но и формой организации получаемого нами сигнала, который, имея одномерный вид, несет в себе информацию о многомерных характеристиках. Все это вместе и обеспечивает изоморфизм источника информации и состояний носителя информации.

Что такое изоморфизм? С точки зрения кибернетики, изоморфизм - это принцип взаимной упорядоченности двух множеств состояний. Два множества являются изоморфными, если выполняются три условия.

Во-первых, каждый элемент х, принадлежащий множеству X (х ∈ Х), может быть однозначно сопоставлен с элементом у, принадлежащим множеству Y (y ∈ У), т.е. элемент х соответствует только одному конкретному элементу у (х → у и y → x).

Во-вторых, каждая функция f, которая выражает отношения двух элементов x_i и x_k принадлежащих множеству X, может быть однозначно сопоставлена с функцией F, которая выражает отношение двух элементов у_i и y_k принадлежащих множеству Y, т.е. f → F и F → f. Смысл данного условия состоит в том, что отношение между парой элементов одного множества должно соответствовать отношению в паре элементов другого множества.

В-третьих, должно выполняться условие, которое состоит в том, что если x_i ∈ X соответствует y_i ∈ Y, x_k ∈ X соответствует y_k ∈ Y, x_k = f(x_i) и f → F, то для всех х, у, f, имеет место: y_k = F(y_i). Смысл данного условия заключается в том, что соответствие отношения пары элементов одного множества отношению пары другого множества должно обеспечиваться однозначным соответствием элементов данного множества.

Давайте на примере попробуем придать данным условиям психологический смысл. Представьте, что вы воспринимать горящую свечу. Если в том же помещении зажечь еще одну свечу, то вы будете воспринимать две свечи. Это означает, что каждому элементу множества объектов реального мира (х) однозначно соответствует лишь один психический образ (y), т.е. каждой из свечей, которые вы воспринимаете, будет однозначно соответствовать лишь один психический образ. Следовательно, выполняется условие х → у и у → х, т е. свеча как физический объект и ее психический образ являются психофизиологическими коррелятами. Кроме этого мы воспринимаем степень близости и различия между воспринимаемыми физическими объектами. Например, местоположение в пространстве, размеры объектов и другие физические характеристики. Это означает, что отношение физических объектов реального мира отражается нашей психикой, т.е. существует аналогичное отношение между психическими образами воспринимаемых объектов. Следовательно, выполняется второе условие изоморфизма множеств: f → F и F → f. Такая степень соответствия возможна лишь потому, что действительно существует полное однозначное соответствие объектов реального мира и их психических образов. Таким образом, физические объекты реального мира и их психические образы являются изоморфными, т.е. наша психика является носителем адекватной информации об окружающем мире. Благодаря этому человек как биологический объект получает информацию, необходимую для регуляции своего состояния и поведения.

Однако на практике все не так просто, как это выглядит в наших теоретических измышлениях. Информация, которую мы получаем из внешнего мира, многогранна. Она содержит в себе знания о размерах физических объектов, расстоянии до них, характере их воздействия и о многом другом. Вся эта информация поступает в виде определенного линейного сигнала-кода и должна быть декодирована. Причем декодирование соответствующей информации, вероятно, должно осуществляться

Рис. 17.3. Шкалы уровней изоморфизма (по Л.М. Веккеру)

на соответствующем уровне. Поэтому Л.М. Веккер говорит о существовании шкалы уровней изоморфизма (рис. 17.3). На каждом из данных уровней происходит обеспечение инварианта соответствующей пространственно-временной характеристики источника информации.

Другой вопрос, который возникает перед каждым исследователем проблемы взаимодействия биологического объекта и физического мира, заключается в том, как происходит перевод информации о физических объектах в психические образы. Каковы биологические и психические механизмы, обеспечивающие получение информации о внешней среде? Рассмотрим общие подходы к решению данных вопросов.

Дата добавления: 2014-10-15