九味书屋 > 文学经管电子书 > 阿西莫夫最新科学指南-下 [美] >

第74部分

阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第74部分

小说: 阿西莫夫最新科学指南-下 [美] 字数: 每页4000字

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页,按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页,按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
————未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!




第十七章 头 脑

说我们每个人在出生时带来的 DNA分子里有一大批潜在记
忆——好比一个记忆库,而实际事件则取出和激活这些潜在记忆
并对之作适当修改呢?

而且是不是追踪到 RNA就到头了呢?RNA的主要功能是形
成特定的蛋白质分子。会不会是造出的蛋白质,而不是 RNA本
身,才是真正与记忆有关的物质呢?

检验这种假说的一个方法是采用一种叫做嘌呤霉素的药物。
这种药能对由 RNA产生蛋白质的过程起干扰作用。由美国人 

L。 B。 弗莱克斯纳和 J。 B。 弗莱克斯纳夫妇组成的研究小组利用条
件作用教会大白鼠走迷宫,然后立即给它们注射嘌呤霉素,结果大
白鼠忘掉了刚学会的迷宫走法。RNA分子依然存在,但是关键的
蛋白质分子已无法形成了。利用嘌呤霉素,弗莱克斯纳夫妇发现
可以用这种办法抹去大白鼠的短期记忆,却不能抹去它们的长期
记忆。也许是因为有关长期记忆的蛋白质早已形成了。
然而,很有可能记忆的实质更加微妙,因而远不能仅仅在分子
层次就完全解释清楚。有现象表明,记忆很可能还和神经活动的
形式有关系。这个领域尚有许多问题需要解决。

自 动 机

但是,直到最近人们才将全部的科学资源投入到对生命组织
和器官功能的分析上来,以便能用人造的机器去模仿它们的功能
(这些功能是经过几十亿年进化,通过无数次试探才发展出来的)。
这种研究叫做仿生学,美国工程师斯蒂尔 1960年创造了这个词
(英语仿生学一词是由生物学和电子学两词的各一部分缩合而成


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南

的,但实际上仿生学的领域远远超出了这二者的范围)。

作为仿生学研究的一个例子,让我们来看看海豚皮的构造。
如果海豚周围的涡流与和它一样大小的船只周围的涡流一样强,
那么它就需要 
2。6马力的功率才能达到它平常的游速。由于某种
原因,水在流过海豚周围时不起涡流,所以海豚只消耗很小的功率
就能克服水的阻力。这好像是由于海豚皮的性质造成的。如果我
们能使船只外壁达到这种效果,则可以提高远洋轮船的航速并同
时减少其燃料消耗。

还有,美国生物物理学家莱特温将微小的铂电极插入青蛙的
视神经以详细地研究其视网膜。他发现,视网膜并不是将一大堆
乱七八糟的亮点和暗点直接送给脑子,让脑子承担全部的解释工
作。视网膜上有五种不同的细胞,每种都有独特的功能。一种细
胞专门对边缘起反应,也就是对亮度的大幅度变化比较敏感(比如
一棵树的背景是天空,在它的轮廓线两侧就有很大的明暗差异)。
第二种细胞对暗而弯曲的物体起反应(蛙捕食的昆虫)。第三种细
胞对快速移动的物体起反应(应该迅速避开的危险动物)。第四种
细胞对逐渐变暗的光线起反应,而第五种则对池塘水的蓝色起反
应。换句话说,从视网膜发往脑部的信息已经经过了相当程度的
分析。如果在人造的传感器中用上青蛙视网膜的窍门,那么这些
传感器就会在灵敏度和用途方面超出现在的水平。

但是,如果我们真的准备建造一部能模仿某种生物机构的机
器,那么最吸引人的莫过于去模仿那最令我们着迷的独特机
构——人脑了。

人脑并不仅仅是一部机器,这一点是可以肯定的。另一方面,
即使人脑这个肯定是我们所知的最复杂的物体或现象,也有某些
方面让我们在某种程度上想到机器。而这种相似可能是很重要
的。


第十七章 头 脑

第十七章 头 脑

这样,如果我们分析一下是什么使人的头脑和其他头脑有所
不同(更不用说与无脑物体之间的差异了),我们可能会产生这样
一个想法,即比起任何其他物体,不论是活的还是无生命的,人脑
更明确地是一个自调节系统。它不但能控制自身,而且能控制它
周围的环境。它并不是靠退让的方法对付环境的变化,而是根据
它自己的需要和标准做出反应。让我们看看一部机器在这种能力
方面能够接近人脑到什么程度。

最简单的自调节机械设备大约要算受控阀门了。早在公元 
50年,亚历山大的海洛就设计了几种简陋的受控阀,并在一个装
置中使用了这样一个阀门来自动分送液体。在 
1679年,帕潘发明
了一个高压锅,就是一个最基本的安全阀的例子。为了使锅盖不
被蒸汽压力掀开,他在盖子上放了一个重物,但他选择的重量恰到
好处,使锅里压力还没大到足以使锅爆炸时就能把盖子顶开。今
天家用高压锅为达到这一目的使用了许多更复杂的装置(比如一
个当温度太高时会熔化的塞子),但是基本原理还是一样的。

反馈

当然,这是一种一次性的调节。但是也不难找到连续调节的
例子。一个名叫李的英国人发明了一种简单的连续调节装置,并
于 
1745年获得专利。他的这种装置能使风车总是保持正对着风
来的方向。他设计了一个带小叶片的尾扇;如果风向转移,就会吹
动尾扇;尾扇叶片的转动会带动一系列齿轮传动装置,并使风车本
身改变方向,直到风车的主叶板转到正对着新的风向。在这个位
置,尾扇的叶片不会转动,只有当风车本体没有对正风向时才会转
动。

但是,现代机械自调节器的原型还得数瓦特为他的蒸汽机发
明的离心调速器(见图 
17…4)。


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南


图 17…4瓦特的调速器

为了使蒸汽发动机排出的蒸汽保持平稳,瓦特构想出了一个
装置,它包括一根垂直的轴,轴上横向以铰接的方式联着两根金属
棒,每根棒的端部装有一个重锤,重锤可以上下移动。蒸汽压力使
垂直轴旋转,压力上升则转速提高,于是离心力使重锤上升。重锤
上升使一个阀门部分关闭,使蒸汽流动变慢,随着蒸汽压力的下
降,轴的转速也下降,重力使重锤向下移动,从而使阀门打开。这
样,离心调速器就能使轴的转速以及输出的功率维持在一个固定
的水平上。如果转速或功率偏离这一水平,就会引起一连串动作
并最终导致改正这种偏离。这就叫反馈:误差本身不断送回信息;
并且,所需的修正量的大小是由误差大小所决定的。

恒温器是我们所熟悉的一种反馈装置。荷兰发明家德雷贝尔
在 17世纪早期首先使用了原始的恒温器。1830年,苏格兰化学
家尤尔发明了一种更复杂的恒温器的原理,按这种原理制作的恒
温器至今仍在使用。这种恒温器的基本部件是面对面焊在一起的
两条不同的金属。由于两种金属在温度发生变化时膨胀和收缩率
不同,这种金属条部件会弯曲。假定把恒温器定在 70℉,当室温


第十七章 头 脑

第十七章 头 脑

降到这个温度以下时,温差电偶会向某一方向弯曲,使电路导通并
打开供暖系统;如果室温超过 
70℉,温差电偶会向相反方向弯曲
并使电路断开。这样,供暖设备通过反馈调节自己的工作状态。

人体的活动也以同样的方式受到反馈的控制。这方面例子很
多,比如血液中葡萄糖的浓度是由分泌胰岛素的胰腺控制的,就像
屋子里的温度由供暖设备控制一样。而且,正如供暖设备的运转
受温度相对于标准值的偏移量的控制一样,胰岛素的分泌也是决
定于血液中葡萄糖浓度偏离标准的多少。如果葡萄糖浓度过高,
胰腺就会开始分泌胰岛素,就像过低的室温会打开供暖设备一样。
恒温器的设定温度可以向上调,而人体内部的某种变化,如肾上腺
素的分泌,同样也能将人体活动的标准值提高。

美国生理学家 
W。 B。坎农将生物体为维持某一不变的标准值
所进行的自调节称做内环境稳定。在 
20世纪的最初几十年中, 


W。 B。坎农是研究这种现象的一位先驱者。
生命系统中的反馈过程和机器中的反馈基本上是一样的,一
般也没有人用另外的名词来描述这种现象。在讲到寻求有意识地
控制自主神经功能时用到“生物反馈”一词,这是为了方便而人为
引入的区别。

大部分系统,不论是有生命的还是无生命的,在对反馈做出反
应时都会有短时间的滞后。例如,在供暖系统关上以后,还会继续
辐射出一段时间的余热;在另一方面,在打开后也要过一会儿才会
热起来。因而室温并不是维持在 
70℉,而是在这一水平上下摆
动;它总是从上到下或从下到上越过这一指标。

英国皇家天文学家爱里在 
19世纪 
30年代首先研究了这种叫
做摆动的现象。当时他设计了一些能随着地球转动自动调整望远
镜方向的装置,他对摆动的探索就是针对这些装置进行的。

从血液中葡萄糖浓度的控制到有意识的行为,大多数生命过


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南

程都具有摆动的特点。当你伸手去拿一件东西时,手的运动并不
是单一的动作,而是一连串不断调整速度和方向的动作。由眼判
断是否偏离正确路线,再由肌肉做出对这种偏离的修正。由于这
种修正的自动性很高,所以你感觉不到是在这样做。但是试看一
个还不熟悉视觉反馈的婴儿想要拾取某物的情形:由于肌肉的修
正不够准确,孩子往往不是手伸过了头就是没有伸到地方。一些
由于神经受到损伤致使运用视觉反馈的能力受到干扰的患者,在
试图做出协调的肌肉运动时总会陷入可怜的震颤中。

正常而熟练的手能平稳地伸向目标,并在恰到好处时停下,这
是因为控制中心能够提前对情况做出估计并做出修正。当你驾车
拐弯时,在还没完全转过弯道时你就会开始放开方向盘,这样,转
过弯道以后车轮就会朝向正前方了。换句说,及时的修正可以防
止动作过头。

有证据表明,小脑的主要功能就是管理这种通过反馈调整运
动的工作。它会估计未来的情况并预测手臂在一瞬间之后的位
置,进而根据这些来安排动作。在你站着的时候,小脑使你躯干的
各大块肌肉的张力处在不断变化之中,以保持你身体的平衡。站
着而什么也不做是一件艰苦的工作;我们都知道仅仅站着不动有
多么疲劳。

这一原理也能应用在机器上。可以这样安排:当系统接近所
期望的状态时,实际状态和期望状态间的差距越来越小,这种不断
缩小的差距会自动在系统冲过期望状态前切断修正。在 
1868年,
法国工程师法尔科利用这一原理发明了一种蒸汽动力船舵的自动
控制装置。当船舵靠近预定位置时,这种装置会自动关小蒸汽阀,
船舵达到预定位置时,蒸汽压力已经被切断了。如果船舵偏离指
定位置,它的运动就会打开一个适当的阀门,这样蒸汽压力就会把
舵推回去。法尔科称他的这种装置为伺服机构,从某种意义上说


第十七章 头 脑

第十七章 头 脑

这种装置开创了自动化的纪元(自动化这个术语是美国工程师迪
博尔德在 
1951年首先使用的)。

早期的自动化

会模仿�

返回目录 上一页 下一页 回到顶部 赞(0) 踩(0)

你可能喜欢的