Обычно мы считаем шум (случайные сигналы) проблемой. Однако во многих системах, как биологических, так и технических, шум предоставляет массу интересных возможностей. Лаура Спинни вообще считает, что без него наш мозг, возможно, работал бы вдвое хуже.
Как правило, шум нам только досаждает. Это вам подтвердит всякий, кто живет возле аэропорта или слушает далекую радиостанцию, вещающую на средних волнах. Но для инженеров эти случайные флуктуации – просто дар божий.
Во время Второй мировой войны летчики, которым приходилось рассчитывать маршруты полетов и траектории бомб, часто обнаруживали, что в воздухе их вычислительные приборы эффективнее, чем на земле. Авиационные инженеры вскоре выяснили, почему это так. При движении сквозь воздушные массы корпус самолета вибрирует в широком диапазоне частот. Благодаря случайности некоторые из этих частот совпадали с резонансными частотами для различных движущихся деталей приборов, тем самым как бы позволяя им двигаться свободнее. Не зная, какие именно частоты играют столь важную роль, конструкторы стали встраивать в приборы небольшие вибрирующие моторчики в надежде добиться нужного резонанса. Так практически впервые был использован «подмешиваемый псевдослучайный сигнал» – сознательное добавление случайного шума.
Но, оказывается, природа нас тут опередила. Эволюция уже давно научилась использовать преимущества случайных сигналов. При некоторых условиях введение небольшого количества шума увеличивает чувствительность организма по отношению к среде обитания. К примеру, речной рак лучше обнаруживает мелкие движения плавников хищных рыб, когда в воде есть турбулентные течения: в спокойной воде ему это удается хуже. Да и человек лучше распознает бледное изображение на экране при добавлении некоторого визуального шума.
В таких ситуациях источник шума является внешним по отношению к организму, но эти примеры наводят на интригующую мысль: а могла ли эволюция включить такой вот привнесенный шум в мозг? Одна группа нейробиологов уверяет, что именно это и обнаружила – в форме «изначально шумных» нейронных цепей. Если они правы, может оказаться, что подмешиваемый псевдослучайный шум – распространенная в природе особенность.
Согласно одному из рабочих определений, применяемых в таких исследованиях, шум – широкополосный сигнал, состоящий из большого набора неупорядоченных частот. К примеру, свист и шипение «белого шума» в динамиках – это полный диапазон слышимых нами частот, от самых низких до самых высоких, и смешаны они в равных долях. А вот осмысленные сигналы концентрируют свою энергию на сравнительно узкой полоске спектра.
