Сложнейшие процессы протекают в каждой клетке, в каждой из систем. Далеко не все из этих процессов познаны до конца, даже те из них, что происходят буквально на глазах у ученых и врачей.
Одно из чудес природы - сращивание поломанной кости. Когда хирурги "состыковывают" части кости их поломанными краями, начинается таинственный процесс заживления. Место "стыка" организм окружает свернувшейся кровью и бесцветной жидкостью, называемой лимфой. Каждый край начинает производить новые клетки, строить новую костную ткань, причем эта "постройка" идет исключительно в направлении стыка. Никто не знает, каков механизм, управляющий этим процессом и обеспечивающий нужные направления рост л кости в местах поломки. Никто также не знает, почему этот процесс останавливается, как только кость сращивается полностью, становясь в месте поломки более прочной по сравнению с непострадавшими участками.
Много других чудес и загадок скрыто в живом. Но не об этом сейчас речь. Ведь никто из тех, кто занимается роботами, не думает пока воспроизводить такой механизм соединения частей машин, никто пока не собирается создавать искусственную систему пищеварения или искусственную лимфатическую систему.
Как человек строит свои движения и как управляет ими? Как с помощью технической системы построить движения по подобию того, как их строит человек, и управлять так, как ими управляет человек? Вот чго интересует специалистов в области робототехники.
Именно в этом состоит смысл и содержание всех прошлых, настоящих и будущих попыток создать автомат по образу и подобию человека.
Из всех систем человеческого тела с этой точки зрения интерес представляют, пожалуй, только три: скелетная и мышечная, с которыми мы уже коротко познакомились в предыдущей главе, и, конечно, нервная система, о которой наш рассказ.
КОНСТРУКЦИЯ МОЗГА
Чувствовать, знать, уметь - эти качества, поставившие человека на самую вершину животного мира, люди еще во времена Везалия совершенно не связывали с деятельностью мозга. Они считали, что мыслят и принимают решения сердцем. До сих пор о человеке говорят, что у него доброе или черствое сердце. Считалось, что храбрость тоже идет от сердца, а трусость является (почему-то!) продуктом печени.
Эти наивные представления уже давно сменились точным знанием. Сегодня хорошо известно, что все наши ощущения воспринимает мозг, все наши знания накапливаются в мозгу, и он управляет всеми нашими действиями. И все знают, что вместилищем для него является голова. Более того. Хорошо известно, какая часть мозга чем именно занимается, с какими органами связана, какими управляет. Одним словом, конструкция мозга известна достаточно подробно. Она настолько совершенна, настолько много умеет и отлично делает, что обойти молчанием важнейшие подробности ее устройства просто невозможно.
Хотите подержать свой мозг в руках? Положите одну ладонь на лоб, другую на затылок, чуть выше шеи.
Теперь ваш мозг в ваших руках, защищенный от неаккуратного обращения черепом. Поместите пальцы обеих рук за уши. Где-то между вашими пальцами головной мозг смыкается со спинным.
Круглым счетом 1,2 килограмма весит мозг - ваше главное богатство, состоящее из нервных клеток, количество которых оценивают величинами порядка 10-15 миллиардов штук. Нервная клетка - нейрон - состоит из так называемого тела, отходящих от него коротких ветвистых отростков дендритов и еще одного длинного отростка - аксона. Дендритами клетка сообщается с подобными себе другими клетками, аксоны - длинные "телеграфные линии", по которым одни из клеток получают сообщения со "всех концов" тела о том, что там происходит, как ведет себя беспокойный внешний мир, а другие посылают приказы мышцам и железам о том, что и как им нужно делать.
Поверхность головного мозга состоит из серого вещества - скопления главным образом тел нервных клеток, образующего так называемую кору; под этим серым покрывалом мозг бел - там подкорка, скопление дендритов, сложная нейронная сеть, в принципах построения, структуре и организации которой ученые разных специальностей пытаются разобраться уже не первый десяток лет. В спинном мозгу, наоборот, серое вещество расположено в центральной части, белое - по периферии.
Почему так? Вероятно, потому, что в такой "конструкции" достигается минимальная длина внешних и внутренних коммуникаций головного и спинного мозга, всей центральной нервной системы.
Передняя часть головного мозга, прикрытая лбом, занимается разработкой и формированием наших планов и намерений, познанием новых сведений, фактов, изучением наук, организацией и координацией информации, хранящейся в других отделах мозга, запоминанием новой информации, принятием всяких решений.
Именно эта часть мозга у человека намного больше, чем у других животных.
Глубокая борозда четко разграничивает лобную и затылочную части головного мозга. Эта борозда проходит от уха до уха примерно через макушку головы.
Двигаясь от лба к макушке, мы придем к передней стенке этой центральной борозды. С нею граничит моторный центр - та часть мозга, которая отдает приказы мышцам, включает двигатели всех подвижных сочленений.
Любой сравнительно хорошо успевающий студент-медик может по картинке, изображающей топографию мозга, показать, какие его участки управляют движениями пальцев на ноге или руке, движениями ступни, голени, бедра и т. д.
А с противоположной, затылочной, стенкой центральной борозды граничит сенсорный центр - часть мозга, которая занимается расшифровкой и анализом наших ощущений.
Как каждой части тела соответствует управляющий ее движениями участок в моторном центре мозга, так этой же части тела соответствует свой участок в сенсорном центре, распознающий и идентифицирующий все приходящие из этой части ощущения. Позади сенсорного центра, на уровне ушей расположен слуховой центр, распознающий звуки. Впереди него находится центр обоняния, а в затылочной части мозга - зрительный центр.
Человеческое тело обладает внешней симметрией.
Естественно, что эта симметрия нашла отражение и в конструкции мозга. Он также симметричен, но по отношению к телу эта симметрия обратна. Так, в частности, движениями левой части тела управляет правая сторона мозга правое полушарие. У правшей более развито левое полушарие, у левшей правое.
Вряд ли можно думать, что так получилось случайно или что Природа, подобно ребенку, путает левое и правое. И вряд ли в такой обратной симметрии есть какой-то слишком глубоко скрытый от нас смысл.
Когда разрабатываются новые машины, приборы, автоматы и когда разработчиков спрашивают, почему та или иная деталь, тот или иной узел сделаны так, а не иначе и из каких соображений при этом исходили, то очень часто слышится в ответ: "Так сделано из конструктивных соображений". Тело человека - живая конструкция, и в ней, как и в технической конструкции, те или иные вопросы, например вопросы симметрии илч расположения серого и белого вещества, решены, наверное, из чисто конструктивных соображений, тем более что "конструктивные соображения" - категория чисто человеческая.
Если в удивительной конструкции мозга надо было бы выделить самую ее поразительную часть и если это было бы поручено сделать специалистам по вопросам управления, то, вероятно, не менее чем 9 из 10 указали бы на так называемый мозжечок, расположенный в затылочной части под полушариями. Небольшой по сравнению с ними мозжечок представляет собой центральный координирующий и диспетчерский пункт всей "системы управления". Он решает две главные задачи, связанные с построением движений.
Мы теперь знаем, что даже в самых простых на первый взгляд движениях, например в ходьбе, участвует большое количество мышц. Но ведь все они не просто так одновременно сокращаются и расслабляются. Если каждую мышцу уподобить оркестранту, то каждое движение - определенной "партитуре", в которой каждый из оркестрантов должен играть свою особую партию.
Мозжечок выполняет функции дирижера, его усилия превращают группу музыкантов в слаженный оркестр. Чтобы поддерживать равновесие во время ходьбы, все участвующие в построении этого движения мышцы должны делать свою работу точно и согласованно во времени и пространстве, иначе на ногах не удержаться. Роль координатора выполняет мозжечок, В этом состоит одна из главных задач, что он решает.