Чувства животных и человека - Милн Лорус Джонсон. Страница 51

Довольно значительное число людей страдают от врожденных дефектов внутреннего уха. Это глухонемые, большинство из которых нельзя вылечить, но можно научить говорить или понимать речь других людей по губам. Как правило, они теряют также и нормальное чувство равновесия из-за расстройства органов, находящихся в ухе. Инвалиды компенсируют этот недостаток, обращая большее внимание на кинестетическое чувство и зрительные сигналы. Они могут даже осознавать, что в отличие от других людей обладают иммунитетом к головокружению, возникающему при вращении, и к «транспортной» тошноте, начинающейся из-за чрезмерного возбуждения внутреннего уха. Обычно эти люди прекрасно понимают, насколько важны чувства-компенсаторы. Входя в воду, они должны держаться мелких мест, иначе могут утонуть, так как без кинестетических сигналов, обусловленных весом тела, не скомпенсированным выталкивающей силой воды, им трудно определить, какая сторона их тела наверху, а какая — внизу. Такие люди, если они к тому же и слепы, обычно не могут сохранять равновесие более чем одну или две секунды, если их попросить постоять на одной ноге.

В самолете возникает новое затруднение, которое мешает даже здоровым людям определить, где верх, а где низ. Любые изменения в скорости, направлении или высоте движения самолета раздражают наши рецепторы внутреннего уха. Они вызывают ощущения, которые часто могут перейти в твердую уверенность, что происходит нечто противоположное показаниям приборов. При длительном планирующем спуске, подлетая к аэродрому, пилот может встретить густое облако как раз в тот момент, когда он выпускает щитки или шасси. Самолет быстро сбавляет скорость, и внутреннее ухо пилота сообщает ему, что или он сам слишком наклоняется, или самолет идет в пике. Но пилот знает, что он не наклонялся вперед. Если пилот игнорирует приборы и «управляет задним местом», он скорее всего начнет задирать нос самолета, все замедляя полет, пока машина не потеряет скорость и не разобьется у самого аэродрома. Приборы показали бы ему, что угол посадки не изменился, когда опустились щитки или колеса. Они также могли ему рассказать, что задирание носа самолета приводит к опасной потере скорости, и помогли бы ему пересмотреть показания чувства равновесия.

Будучи пассажирами на борту реактивного самолета, мы испытали противоположное ощущение, когда ясным днем самолет поднимался с Римского аэродрома, направляясь в Париж. Ускорение «Каравеллы» при взлете было так велико, что нас вдавило в подушки кресел. По мере того как самолет продолжал набирать скорость, внутренние уши сообщали нам, что мы поднимаемся вверх под углом почти 45°. Однако в окно мы могли видеть внизу землю не под таким большим углом. Чему мы должны были верить: глазам или ушам?

Многие решения, необходимые при управлении современным воздушным кораблем, летающим со скоростью до полутора километров в секунду, должны приниматься на основе показаний приборов, которые действуют быстрее и надежнее, чем различные органы равновесия человека. Устойчивость большинства этих приборов обеспечивают быстро вращающиеся гироскопы, которые сохраняют собственную ориентацию в пространстве, а значит, и относительно Земли, несмотря на изменения в направлении, высоте или скорости самолета.

Во время горизонтального полета для управления самолетом требуется производить так мало операций, что автопилот с соответствующей гиростабилизацией может справиться с этой несложной задачей. Однако при взлете и посадке пилоту приходится совершать такое большое количество сложных операций, основанных на собственном квалифицированном мнении, что он оказывается чрезмерно занятым и находится в состоянии сильного нервного напряжения, наблюдая за индикаторами и шкалами измерительных приборов, оперируя с кнопками и переключателями и следя за ориентирами вдоль взлетно-посадочной полосы. Рефлекторные нервные цепи, начинающиеся от глаз, ушей и пальцев, оказываются полностью загруженными. Однако, если в критический момент пилот что-то упустит, человек как элемент системы управления принесет несчастье вместо пользы. Потому-то инженеры и стремились найти новые значимые информационные пути к мозгу, которые бы уменьшали, а не увеличивали нагрузку на глаза пилота.

В 1960 году в Англии был найден новый способ использования периферической области зрительного поля, который основан на хорошо известном свойстве зрения. Когда мы спокойно стоим, то автоматически и неосознанно корректируем всякое стремление нашего тела отклоняться в сторону, вперед или назад, принимая в расчет любое движение, которое мы замечаем краешком глаза. Для того чтобы смоделировать периферическую область зрительного поля, в кабине самолета были установлены три полосатых горизонтальных цилиндра, по одному справа и слева от кресла водителя, а третий чуть выше границы поля зрения пилота, когда он смотрит через ветровое стекло. При вращении цилиндров начинает казаться, что спиральные полосы смещаются, и создается иллюзия продольного движения, на которое инстинктивно реагирует пилот. Ему не нужно терять времени, чтобы смотреть на цилиндры и отвлекаться от наблюдения за взлетно-посадочной полосой, приборами и системой управления. Цилиндры можно привести в движение с помощью сервомоторов, подключенных к приборам, чувствительным к опусканию, подъему или виражу самолета. От пилота требуется только приводить управление в соответствие со спиральными рисунками, пока они не перестанут двигаться. Совершенно не думая об этом, пилот в то же время не позволяет своему самолету раскачиваться или отклоняться от нужного положения при взлете или посадке. Успех, который сопутствует применению такого вспомогательного зрительного приспособления, вероятнее всего, натолкнет на мысль о дальнейшем использовании этого инстинктивного и мало исследованного способа поддержания равновесия.

При плавании, беге или ходьбе нам не нужно обращаться за помощью к каким-либо приборам. Зрение и внутреннее ухо редко подводят нас при этих более медленных способах передвижения. Соответствующие органы есть и у других позвоночных животных; загадочное исключение составляют лишь бесчелюстные миноги. Во внутреннем ухе этих водных животных существует лишь два полукружных канала, но зато у них есть пара больших, заполненных жидкостью мешочков, выстланных изнутри слоем реснитчатых клеток, которые создают постоянный двойной водоворот. Остается доказать, не является ли эта двойная турбулентность эквивалентом гироскопов. Она может быть искажена при изменении положения тела животных, что помогает им восстановить равновесие после того, как миног подхватят бурные речные воды, в которые они приходят на нерест.

Французский физик Леон Фуко, который более ста лет назад создал первый гироскоп и дал ему это название, был заинтересован главным образом в том, чтобы продемонстрировать вращение Земли. Наибольший успех имел его опыт 1851 года, когда Фуко использовал огромный маятник, подвешенный к крыше парижского Пантеона. По физическим законам, открытым Исааком Ньютоном, маятник продолжал раскачиваться в одной и той же плоскости, несмотря на то что под ним вращался пол Пантеона, Париж да и весь мир. Тот же принцип применим к быстро вибрирующему камертону и даже к стабилизаторам полета обычной мухи, представляющим собой вторую пару крыльев, оканчивающихся маленькими шишечками. Пока что вибрирующие стабилизаторы этих насекомых имитировали только в инженерных лабораториях. Быть может, завтра они и окажутся зачем-либо нужными человеку. Однако с момента изобретения гироскопа до его использования в навигации прошло 60 лет. Через 68 лет для авиации были сконструированы гиростабилизированные приборы, впервые позволившие летать «вслепую» при облачной или туманной погоде и в темноте.

Чтобы выровнять по горизонтали различные виды стационарного оборудования, человек использует несколько очень простых приборов. Некоторые из них содержат пузырек воздуха или плавающий на поверхности жидкости шарик, который поднимается под крышей прозрачной камеры до самого верха. В других используется металлический шар, который скатывается в самую нижнюю точку слегка вогнутого дна. Оба типа этих приборов являются эквивалентами крошечных органов равновесия животных. Даже одноклеточные организмы, вероятно, получают сигналы, указывающие «где верх, где низ», от капелек жира или других микроскопических шариков, находящихся внутри их протоплазмы. У мягких медуз имеются содержащие гранулы органы, которые расположены по краям их зонтичного тела. Панцирные крабы получают такую информацию от маленьких песчинок, находящихся в особых карманчиках, спрятанных в первом членике более коротких усиков.