Я — математик. Дальнейшая жизнь вундеркинда - [91]

В начале войны единственный известный метод слежения за самолетом заключался в том, что наводчик зенитного орудия должен был держать самолет на прицеле своего орудия, управляя движением орудия вручную. В ходе войны в связи с усовершенствованием радиолокаторов этот процесс был механизирован. Появилась возможность непосредственно связать орудие с радиолокатором, определявшим местоположение самолета, исключив, таким образом, субъективный элемент в операции наведения орудия.

Однако у нас не было ни малейшей возможности устранить психологические факторы в поведении противника, а чтобы иметь возможность дать наиболее полное математическое описание общей задачи управления зенитным огнем, необходимо рассматривать все факторы этой задачи с единой точки зрения — либо с точки зрения человека, либо с точки зрения машины. Поскольку наше понимание процессов в механическом устройстве для наведения орудия на цель было куда более полным, чем понимание психологии пилота, мы решили попытаться построить механические модели поведения наводчика зенитного орудия и пилота самолета.

И в том и в другом случае поведение людей основывается на том, что они наблюдают совершаемые ими ошибки и стараются исправить их, сознательно действуя в направлении, обеспечивающем уменьшение этих ошибок. Такой метод управления показался нам довольно похожим на метод, уже давно известный в электротехнике и начавший в это время применяться в следящих системах и в системах, использующих для целей управления внешние источники энергии, скажем, при управлении грузовиком. Такой принцип управления называется принципом отрицательной обратной связи.

Отрицательную обратную связь можно использовать, например, для управления вращением орудийной башни корабля. Если орудия башни направлены не в том направлении, которое определено вычислительным устройством, разница в направлениях используется в качестве сигнала управления устройством поворота башни таким образом, чтобы вызвать поворот этой башни в направлении, заданном вычислительным устройством.

Все физиологи прекрасно знают, что патологическое состояние какого-нибудь органа в значительной мере позволяет уяснить законы его нормального функционирования. Поэтому мы задали себе вопрос, обладают ли системы с отрицательной обратной связью какой-либо ярко выраженной специфической патологией. Такая постановка вопроса является, по-видимому, совершенно закономерной.

Для того чтобы разобраться в общих принципах использования отрицательной обратной связи, рассмотрим пример орудийной башни, поворот которой регулируется простым поворотом рукоятки. Если поворот башни выполняется непосредственно с помощью рукоятки, то одно и то же усилие, приложенное к рукоятке, вызовет различные результаты в зависимости от того, нагрелась ли башня или нет (ибо от этого зависит, является ли смазка жидкой или застывшей). Кроме того, результаты поворота рукоятки будут зависеть и от того, опущены ли орудия башни, так что ее момент инерции относительно вертикальной оси велик, или же эти орудия подняты, что сразу приводит к уменьшению момента инерции. Основная цель использования отрицательной обратной связи в системе управления орудийной башней заключается в том, чтобы сделать реакцию башни более точно пропорциональной усилию, приложенному к рычагу, и, следовательно, меньше зависящей от трения, момента инерции и других внешних условий.

В системе с отрицательной обратной связью зависимость реакции от изменения нагрузки не просто меньше, чем в системах без обратной связи. Эта зависимость становится все меньшей и меньшей по мере того, как все большая и большая часть реакции системы подается обратно на ее вход, — другими словами, по мере того, как повышается коэффициент усиления в цепи обратной связи. Однако такое улучшение характеристик системы не продолжается до бесконечности, так как на определенном этапе при некотором большом значении коэффициента усиления в цепи обратной связи в системе самопроизвольно возникают колебания, система начинает вести себя совершенно диким образом, и зависимость реакции от нагрузки оказывается даже большей, а не меньшей, чем для систем без обратной связи. Мы решили, что если процессы управления в человеческом организме и в самом деле в значительной степени определяются использованием отрицательной обратной связи, то должны существовать условия очень сильной обратной связи, при которых человеческий организм вместо того, чтобы эффективно осуществлять управление, попадет в режим все более и более сильных свободных колебаний, которые будут продолжаться либо до полного разрушения организма, либо до полной перестройки его поведения.

Это соображение, в равной степени принадлежащее мне и Биглоу, я изложил моему другу нейрофизиологу доктору Розенблюту. В то время он еще не переехал в Мексику и работал вместе с доктором Кэнноном на медицинском факультете Гарвардского университета. Мы задали ему конкретный вопрос: не существует ли такого нервного расстройства, при котором у больного в состоянии покоя не наблюдается никакого тремора, но как только он пытается взять, например, стакан воды, у него начинается дрожь, которая становится все сильнее и сильнее до тех пор, пока эта попытка не потерпит полную неудачу, т. е. пока он не прольет воду?