Избранные труды. Кибернетика функциональных систем

ТЕОРИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ системы КАК ПРЕДПОСЫЛКА К ПОСТРОЕНИЮ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ ³

С развитием кибернетического направления в науке неизбежно должны были возникнуть вопросы, имеющие общий характер для самых различных научных дисциплин. Такая неизбежность проистекает прежде всего из принципиального положения кибернетики, по которому явления различного класса развиваются по единой динамической архитектуре, приводящей к получению конечного приспособительного или полезного эффекта.

Такая архитектура является всегда динамической и изменчивой по техническим способам функционирования, т.е. по средствам достижения цели. Однако она всегда обладает постоянством своей конечной цели и аппаратов, оценивающих достаточность или недостаточность выполнения этой цели. Совершенно очевидно, что именно таким требованиям удовлетворяет любая система с автоматической регуляцией. Такой системой могут быть система общественных взаимоотношений, регуляции какого-либо фактора в жизни организма и любое саморегулирующееся устройство, т.е. машина, сделанная руками человека.

Их объединяет общность архитектурного плана, построенного на основе золотого правила саморегуляции, которое можно было бы сформулировать так: само отклонение от конечного приспособительного эффекта служит стимулом возвращения системы к этому эффекту.

Из сказанного видно, что это и составляет то наиболее общее, что характеризует собой отличительные стороны кибернетики как науки об управлении саморегулирующимися системами различного качества и различной степени сложности. Сюда же включается и понятие обратной связи, которая во всех системах с автоматической регуляцией служит целям информации управляющих механизмов о состоянии конечного полезного эффекта системы.

Это и есть тот фундаментальный принцип, на котором выросла кибернетика как оригинальное научное направление и от которого получили свое развитие другие ее принципы, получившие в отдельных случаях уже самостоятельное значение.

К числу таких, так сказать вторичных, принципов кибернетики можно отнести, например, теорию информации, которая в последние годы получила столь мощное развитие и настолько фундаментально вошла во все виды научных исследований, что уже сама по себе приобретает самостоятельное решение. Именно этим объясняется тот факт, что иногда мы имеем явное отождествление кибернетики и теории информации.

Однако если посмотреть на предмет с общей точки зрения, то можно видеть, что информация есть только средство, более развитое или менее развитое, для поддержания систем с тем или иным конечным полезным эффектом. В самом деле, когда регуляторные аппараты центральной нервной системы дают “команду” рабочим органам организма, то это есть форма информации, которая может быть изучена и рассчитана на основе всех представлений кодирования, декодирования и т.д. Если же мы возьмем те нервные импульсы, которые идут от периферии к центральной нервной системе и которые информируют о степени достаточности и полезности пришедшей из центра “команды”, то, по сути дела, мы также имеем дело с информацией, но имеющей свое определенное место в архитектуре целого приспособительного акта. Следовательно, исключительно разросшийся анализ отдельных форм и узлов распространения информации хотя и требует специальных математических приемов и специального подхода, тем не менее такая информация является частью большой системы, которая формируется и разрешается конечным эффектом по законам саморегулирующейся системы.

В свете всего сказанного становится совершенно очевидным, что задачи кибернетики в высшей степени разнообразны. Можно изучать состав информации, ее особенности и ее преобразования на различных этапах продвижения (например, при движении нервных импульсов); можно изучать, как, например, при изучении органов чувств, самую природу кодирования внешней энергии и декодирование ее на различных этапах продвижения информации по центральной нервной системе; можно, например, изучать емкость каналов коммуникации и пределы их возможностей в зависимости от различных привходящих условий. Все это проблемы, которые в обычный феноменологический анализ нервного возбуждения вносят элемент логики, математических расчетов и уточнений, расширяя возможности познания нервного процесса.

Однако никакое, даже самое тонкое изучение частных сторон механизмов передачи информации не может снять основного вопроса о полезности этой информации, о ее значимости для организма в целом. Из этого следует, что теория информации не может подменить теорию саморегуляции. Последняя всегда будет общей закономерностью по отношению к частным законам циркуляции информации в системе, а это общее, т.е. саморегуляция, имеет свою архитектуру, свои собственные законы развития и законы поддержания приспособительной деятельности организма.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА КАК АППАРАТ САМОРЕГУЛЯЦИИ

Итак, саморегуляция как всеобщий закон деятельности организма должна стать предметом самостоятельного исследования. Тот факт, что именно этим общим законам кибернетики не уделяется сейчас должного внимания, объясняется тем, что конкретные и частные вопросы, вроде проблемы сенсорных коммуникаций, проблемы информации, проблемы кодирования, проблемы алгоритмирования и т.д., несомненно, более выразительны, более доступны, и потому с меньшими затруднениями могут быть формулированы и сами задачи исследования.

Наоборот, характеристика жизни целостной организации, сформированной на основе циркуляции возбуждений между отдельными звеньями этой организации, требует, конечно, иного подхода и специальных экспериментов. Наша лаборатория посвятила себя разработке именно этих общих закономерностей формирования систем с автоматической регуляцией.

Основные физиологические закономерности таких систем были нами сформулированы еще в 1935 году, т.е. далеко до того, как были опубликованы первые работы по кибернетике, однако смысл этих публикаций и формулировок в точности соответствовал тем принципам кибернетики, которые были опубликованы впоследствии (Анохин, 1935). И это понятно: динамические процессы в живых организмах представляют собой тот постоянный объективно существующий фактор, который неизбежно должен дать исследователю толчок к познанию, а если это так, то кто бы и когда бы ни приступал к познанию этих закономерностей, они должны быть формулированы в какой-то степени одинаково.

Именно так мы объясняем тот факт, что, исходя из непосредственной необходимости понять процесс компенсации нарушенных функций организма, мы пришли к формулировке принципа функциональной системы как замкнутого физиологического образования с обратной афферентацией.

По своей архитектуре функциональная система целиком соответствует любой кибернетической модели с обратной связью, и потому изучение свойств различных функциональных систем организма, сопоставление роли в них частных и общих закономерностей, несомненно, послужит познанию любых систем с автоматической регуляцией.

Организм отличается от машинных устройств своей крайней экономностью в осуществлении функций, надежностью в распределении процессов при организации узловых механизмов системы и, наконец, бесконечной пластичностью в отношении различных возможностей для получения одного и того же приспособительного эффекта.

Под функциональной системой мы понимаем такое сочетание процессов и механизмов, которое, формируясь динамически в зависимости от данной ситуации, непременно приводит к конечному приспособительному эффекту, полезному для организма как раз именно в этой ситуации. Из приведенной формулировки следует, что функциональная система может быть составлена из таких аппаратов и механизмов, которые могут быть весьма отдаленными в анатомическом отношении. Это значит, что состав функциональной системы и направление ее деятельности определяются ни органом, ни анатомической близостью компонентов, а динамикой объединения, диктуемой только качеством конечного приспособительного эффекта.

Именно приспособительный эффект, или, правильнее, достижение его, является своего рода категорическим императивом для компоновки частей системы, для темпов реализации отдельных механизмов и, наконец, для остановки дальнейшей мобилизации рабочих компонентов, если только конечный эффект достигнут.

В последние годы много внимания уделяется формированию саморегулирующихся приспособлений организма под углом зрения кибернетических представлений.

В некоторых случаях этот тип формирования саморегулирующихся систем получил название “биологического регулирования” (Wagner, 1958).

Однако, независимо от наименования, для того, чтобы приобрести приспособительный смысл для организма, эти различные формы объединения во всех случаях должны обладать всеми теми свойствами, которые мы формулировали для функциональной системы.

Из сказанного следует, что функциональная система не относится только к коре головного мозга или даже к целому головному мозгу. Она есть по самой своей сути центрально-периферическое образование, в котором импульсы циркулируют как от центра к периферии, так и от периферии к центру (обратная афферентация), что создает непрерывную информацию центральной нервной системы о достигнутых на периферии результатах.

На основе общей формулировки функциональной системы как динамической, не линейной центрально-периферической организации немедленно возникает несколько вопросов относительно общей физиологической архитектуры функциональной системы.

Необходимо охарактеризовать некоторые черты этой архитектуры, особенно те, которые имеют специальное значение для сравнительных оценок биологических и механических систем с автоматической регуляцией.

Прежде всего необходимо охарактеризовать “жизненный узел” всякой функциональной системы — чрезвычайно прочно связанную функциональную пару — конечный эффект системы и аппарат оценки достаточности или недостаточности

этого эффекта при помощи специальных рецепторных образований.

Как правило, “конечный приспособительный эффект” служит основным задачам выживания организма и в той или иной степени жизненно необходим.

Это положение имеет особенный смысл в тех случаях, когда речь идет о так называемых жизненно важных функциях, какими, например, являются дыхание, уровень кровяного давления, осмотическое давление крови, концентрация сахара в крови и др

Из сказанного следует, что функциональная система представляет собой разветвленную физиологическую организацию, составляющую конкретный физиологический аппарат, служащий поддержанию жизненно важных констант организма (гомеостазис), т.е. осуществлению процесса саморегуляции.

Однако когда мы говорим о функциональной системе, то это относится не только к тем системам с константным конечным эффектом, которые располагают большею частью врожденными механизмами.

Основные черты этой организации с таким же постоянством имеют место и при экстренно складывающихся функциональных системах или на основе выработки условного рефлекса, или на основе внезапного использования прошлого опыта из аппаратов памяти мозга.

Однако, несмотря на эти качественные различия, функциональные системы принципиально имеют те же архитектурные особенности, и это лучшее доказательство того, что функциональная система действительно является универсальным принципом организации процессов и механизмов, заканчивающихся получением конечного приспособительного эффекта.

Поскольку это так, а ниже показано, что другую возможность трудно допустить, немедленно возникает вопрос о сходстве и различиях между функциональной системой живого организма и замкнутыми механическими системами, функционирующими на основе автоматической регуляции с обратной связью.

Нет сомнений в том, что сопоставление принципиальных механизмов тех и других систем, сравнительная оценка средств, при помощи которых достигаются аналогичные эффекты в этих системах, — все это первые и совершенно необходимые шаги в плодотворном союзе физиологов, физиков и техников. Только

при таком условии можно будет с пользой для технических систем раскрыть необъятные возможности тех принципов организации, которыми располагает центральная нервная система живого организма. И, наоборот, на путях этих сопоставлений более простые механизмы технических систем, легко поддающиеся математической обработке, могут значительно расширить возможности точного физического и математического анализа физиологических и биологических феноменов.

Именно на этой основе и произведены все последующие сопоставления.

Возвращаясь к той паре физиологических механизмов, которую мы назвали “жизненным узлом” любой функциональной системы, мы должны прежде всего спросить себя: на чем основано это органическое единство приспособительного эффекта и аппаратов оценки его достаточности?

Для ответа разберем типичную функциональную систему, поддерживающую такую жизненно важную функцию, как дыхание, т.е. в конечном счете окислительные процессы в тканях (рис. 1).

Конечным приспособительным эффектом этой функциональ-ной системы является более или менее постоянное соотношение парциальных давлений кислорода и углекислоты.

Колебания этих давлений могут происходить только около вполне определенной величины, отклонение от которой немедленно включает ряд механизмов, выравнивающих это отношение, т.е. возвращающих парциальные давления к норме.

Совершенно очевидно, что в этой паре “эффект — рецептор” рецепторный аппарат и представляет собой наиболее консервативный фактор, который, оставаясь крайне постоянным и раздражаясь отклонениями содержания С0₂ и 0₂, включает попеременно многочисленные технические аппараты, выравнивающие содержание этих газов в крови (см. рис. 1).

Совершенно по такому же типу, но с еще большей жесткостью и императивностью, функционируют механизмы, поддерживающие, например, осмотическое давление крови, подробно разобранные в одной из последних наших работ⁴.

Но и здесь решающее влияние оказывает также рецепторный

Рис. 1. Принципиальная схема типичной функциональной системы на примере дыхательной функции.

о₂ — со₂ — конечный приспособительный эффект, который через возбуждение различных рецепторных аппаратов приводит к многообразным приспособительным изменениям центробежных функций, выправляющим его.

аппарат гипоталамуса, который с чрезвычайной силой и весьма разнообразно включает аппараты выравнивания, до сложных поведенческих актов включительно. Именно рецептор функциональной системы должен обладать чрезвычайным постоянством, чтобы все колебания и отклонения конечного приспособительного эффекта немедленно приводили к мобилизации аппаратов выравнивания.

Возникает вопрос: с каким элементом автоматических технических приспособлений может быть поставлен в один ряд этот аппарат?

Ответ не представляет больших затруднений.

Если регулируемый приспособительный эффект организма может быть поставлен в аналогию с “заданным эффектом”» всегда имеющимся в механизмах с автоматической регуляцией, то консервативный рецепторный механизм живого организма может быть аналогизирован с “чувствительным устройством” механической системы.

В этом “чувствительном устройстве” должны быть представлены все возможности воспринять существенные параметры заданного рабочего эффекта и реагировать на отклонения командами к регулирующим механизмам.

Таким образом, в машинных устройствах с автоматической регуляцией все свойства рабочего эффекта заданы, или программированы конструктором и, следовательно, за человеком остается только роль наблюдателя за надежностью чувствительного устройства.

Кем же “заданы” параметры рецепторных аппаратов функциональных систем организма?

Откуда появились параметры этого “чувствительного устройства”, позволяющие ему немедленно реагировать в сторону регуляторных аппаратов, выравнивающих рабочий эффект функциональной системы?

В последнее время приходится много встречать попыток объяснения саморегулирующихся приспособлений организма, однако вопрос о происхождении исключительной консервативности самого оценивающего аппарата, насколько мне известно, ни разу не возникал. А именно в этом пункте лежит причина устойчивости основных жизненно важных функций организма и, вместе с тем, эта же архитектурная особенность целиком перешла и на эпизодически складывающиеся функциональные системы.

Стоит лишь на минуту представить себе, что рецепторный аппарат гипоталамуса, оценивающий уровень осмотического давления крови, иногда на протяжении восьмидесяти лет остается абсолютно неизменным, чтобы понять значение этой консервативности для жизни организма.

Это значит, что рецепторные элементы функциональной системы, удерживающей осмотическое давление на одном уровне, обладают исключительно стабильным обменом веществ, делающим их высокочувствительными к математически

точному раздражителю на протяжении целой жизни. Таким образом, в рецепторах оценки эффекта системы мы имеем при-мер исключительной “надежности” в смысле неизменяемости порога чувствительности к адекватному химическому раздражителю.

Говоря об источнике такого постоянства рецепторной функции системы, мы прежде всего должны думать о генетических причинах. Только при наследственной детерминации свойств рецепторных элементов в жизненно важных функциональных системах может лежать причина такой исключительной устойчивости специфического обмена некоторых нервных клеток.

Если принять во внимание, что вегетативная жизнь организма поддерживается огромным количеством функциональных систем, каждая из которых имеет свой специфический рецептор, с такой же степенью постоянства рецепторной функции (сахар крови, “голодная кровь”, химические ингредиенты крови и т.д.), то можно понять, сколь важное значение имеет постоянство этой пары “эффект — рецептор”.

Можно с достоверностью утверждать, что вся вегетативная жизнь развитого организма “вписана” в целую систему таких устойчивых пар, в которой колебания неустойчивого компонента — эффекта — ограничиваются и направляются исключительно постоянным и императивным требованием другого компонента — рецептора функциональной системы.

Следовательно, классическое, ставшее уже ходячим выражение К. Бернара “постоянство внутренней среды организма” в настоящее время должно быть понимаемо несколько иначе. Как можно видеть из предыдущего, само “постоянство среды” является вынужденной функцией от истинного постоянства рецепторных аппаратов функциональных систем организма. Эти рецепторные аппараты благодаря их неизменяемому врожденному специфическому метаболизму и многообразным пластическим связям с рабочими аппаратами имеют неограниченные возможности выравнивать приспособительный эффект системы.

Итак, “заданное” конструктором чувствительное устройство в автоматике в случае организма представлено наследственно закрепленными свойствами метаболизма соответствующих рецепторных аппаратов, которые имеют высокую специфическую чувствительность к определенному физиологическому фактору, представля-

Рис. 2. Схема комплексных соотношений приспособительного эффекта системы (ЭФ) и аппарата, точно рецептирующего этот конечный эффект (РР).

На схеме видно, как эта консервативная пара процессов пластично управляет постоянством конечного приспособительного эффекта.

ющему собой рабочий эффект данной функциональной системы. Все эти соотношения можно представить специальной схемой, принципиально общей для всех видов саморегуляций как в организме, так и в машинных устройствах (рис. 2).

3. АФФЕРЕНТНЫЙ СИНТЕЗ

Рассматривая рабочий эффект системы как нечно данное с самого начала, мы лишь сопоставляли его со специфическими свойствами рецепции, которая специально настроена на этот эффект.

Следовательно, эффекторная регуляторная сигнализация, которая рождается из контакта эффекта и рецептора, предполагалась нами всегда как функция от рецептирования какого-либо одного гомогенного фактора (осмотическое давление, сахар крови и т.д.).

Однако в действительности и особенно в сложных функциональных системах с дополнительными циклами регуляции эти отношения могут быть не такими простыми. Для примера можно взять функциональную систему дыхания.

Каждый ритмический выброс эффекторных возбуждений на диафрагмальный нерв или межреберные нервы не случаен. Количество одиночных нервных возбуждений в каждом залпе точно отражает потребность организма в кислороде на данный момент в зависимости от соотношения его концентрации к концентрации С0₂ от текущей дыхательной ритмики, от предстоящих усилий организма по преодолению препятствий (В.А.Шид-ловский) и т.д.

Все эти потребности чрезвычайно полно интегрируются рецепторными аппаратами данной функциональной системы, в результате чего моторный нейрон возбуждается и дает разряд ровно на столько импульсов, на сколько это требуется по данной ситуации. А это, в свою очередь, значит, что дыхательные мышцы сокращаются на вполне определенный диапазон и потому легкими будет взят вполне определенный объем воздуха.

Практически крайне изменчивый залп эффекторных импульсов, бегущий по диафрагмальному нерву, всегда представляет собой точнейшее выражение потребности организма в том или ином объеме вдыхаемого воздуха. Таким образом, различные по качеству, если так можно выразиться, “параметры нужды” организма именно в данном количестве воздуха интегрируются каким-то предмо-торным аппаратом дыхательного центра, и на моторный нейрон выходит вполне определенное количество нервных импульсов с вполне определенным рабочим эффектом на периферии.

И даже на таком, казалось бы, элементарном объекте, каким является моторный нейрон спинного мозга, мы имеем синтезирование, по крайней мере, семи разнородных по качеству возбуждения, конвергирующих к этому нейрону из различных источников. Сам же моторный нейрон “выдает” на периферию вполне определенные количество и конфигурацию всегда монотонных свойственных ему разрядов. Но это количество и конфигурация нервных импульсов всегда являются показателями необходимого участия данной мышцы в общем движении на основании синтеза всех конвергирующих в данный момент к моторному нейрону возбуждений.

Нечего и говорить, конечно, что этот афферентный синтез чрезвычайно широк и многогранен в случае выхода эффекторных возбуждений в форме поведенческого акта. Здесь количество и качество афферентных информаций могут быть столь разнообразны, что процесс синтеза их может задержаться на длительный период. Однако во всех случаях, где имеется какой-либо поведенческий акт, ему неизбежно должен предшествовать процесс афферентного синтеза. У целого организма нет других путей и возможностей решить вопрос “что делать” именно в данный момент, как только произведя обработку и синтез всех многообразных внешних и внутренних информаций, имеющихся на этот момент.

Все это делает процесс афферентного синтеза совершенно необходимой и универсальной стадией для всех уровней выхода афферентных возбуждений на периферию.

Сила, объем, направление и время для реализации рабочего или приспособительного эффекта функциональной системы могут быть решены только динамическим синтезом всех имеющихся на данный момент афферентных сигнализаций.

Все сказанное делает совершенно необходимым выделение этой стадии как именно той “творческой” деятельности афферентной системы, о которой с таким предвидением говорил И. П. Павлов.

Если перенести вопрос в область изучения сложных поведенческих актов, то мы должны прежде всего сказать, что ни один поступок и ни одна цель поведения не могут быть сформулированы без предварительного сопоставления многочисленных внутренних и внешних сигнализаций организма, т.е. без афферентного синтеза.

Очень часто приходится встречаться с вопросом: “чем отличается организм от сложной автоматически регулируемой системы”.

Из всего разобранного выше ответ на это возникает в совершенно отчётливой форме.

Одно из существенных отличий заключается в том, что организм ежеминутно и самостоятельно решает вопрос “Что делать”. Для машины это не составляет вопроса. “Что делать” данной машине, решено было уже в конструкторском бюро, в заводских цехах, а может быть, даже и в планирующих организациях.

Значение стадии афферентного синтеза для разбираемой нами проблемы заключается прежде всего в том, что она расширяет возможности сопоставления организма и машины и показывает черты принципиального различия между тем и другим.

Ошибка обычных сопоставлений организма и машин состоит именно в том, что они начинаются после того момента, когда вопрос “Что делать” уже решен, а само сопоставление фактически начинается на второй стадии: “Как делать”. В то время как организм решает вопрос “Что делать” динамически, при всякой новой ситуации через стадию афферентного синтеза новых внешних воздействий, для машины с автоматической регуляцией этот вопрос никогда не является вопросом. Это обстоятельство и составляет совершенно принципиальное отличие организма от машины. Нам всегда казалось странным, что сравнение человека и машины идет уже в фазе, как выполняет машина то, что в нее вложено в результате афферентного синтеза, осуществленного до этого самим человеком.

Ясно, чтобы сравнение могло быть реальным, мы должны были бы спросить: может ли машина сама осуществить афферентный синтез всех условий, до нужды общества в определенном продукте включительно, и решить для себя вопрос, что именно она должна делать?

Говоря строго научно, сопоставление живых организмов и машин может быть начато именно с этой стадии.

Такие новые вопросы ставит перед нами физиология в связи с выделением стадии афферентного синтеза как решающей стадии в формировании всех функциональных систем организма.

Работая по методике секреторно-двигательных рефлексов, разработанной в нашей лаборатории (Анохин, 1932), мы встретились с одной особенностью реакции животного, на которую обратили специальное внимание. Эта особенность состояла в реакции животного в ответ на экстренную (!) замену обычного безусловного подкрепления (хлеб), которое имело место в течение ряда лет, на другое подкрепление — мясо. Собака реагирует на эту замену немедленной ориентировочно-исследовательской реакцией и даже отказом от новой еды.

Поскольку общая реакция животного на эту замену была явно исследовательской (рефлекс “Что такое?”), то неизбежно возник вопрос: что явилось стимулом для этой реакции? Еда была заменена другой едой и даже лучшей, так почему же возникла эта ориентировочная реакция с оттенком некоторого общего беспокойства? Все элементы раздражителей и условного возбуждения, мыслимые в аспекте линейной схемы рефлекса, были налицо, так почему же возникла такая подчеркнутая ориентировочно- исследовательская реакция?

Ясным стало одно, что сумма афферентных воздействий от мяса как внезапно возникшего фактора не соответствовала чему-то. Но чему? Если бы на том же самом месте и в то же самое время появился хлеб, то, как и в сотнях прежних подкреплений, животное съело бы хлеб без всякой ориентировочной реакции. Следовательно, мясо как раздражитель с определенными афферентными свойствами оказалось неадекватным для какого-то комплекса возбуждений, предупредительно заготовленных для хлеба, с афферентными признаками последнего.

Уже одни эти эксперименты заставили нас думать, что в ответ на условный раздражитель возбуждение не просто распространяется в сторону слюноотделительных центров, а создается, прежде всего, некоторый афферентный аппарат системного характера, который предвосхищает афферентные параметры будущих результатов еще не развившегося до конца действия (Анохин и Стреж, 1933). Он является по самой своей сути аппаратом сопоставления и контроля, организующимся по комплементному типу, а не только простым представительством безусловного центра.

Особенно отчетливо необходимость развития такого афферентного контрольного аппарата, в состав которого входят все параметры вероятных результатов будущего действия, выявилась при изучении компенсации нарушенных функций. Оказалось, что постепенный подбор компенсаторных приспособлений не вообще “проба”, а проба, лежащая непременно на пути к правильному эффекту. Какой аппарат регулирует и направляет этот направленный ряд компенсаторных проб и исправлений?

Уже в самом начале восстановления утраченной функции эта функция, например, вертикальное стояние после ампутации конечности у человека, в ее афферентных результатах сформировалась в виде контрольного аппарата, который и отбирает по признаку адекватности все промежуточные “пробы” восстановления функций.

Итак, мы видим, что акцептор действия является, в самом деле, аппаратом контроля результатов действия и сопоставления их с тем “что делать”, которое родилось после афферентного синтеза, как цель к действию.

Здесь мне хочется обратить внимание на одно важное обстоятельство: можно легко заметить, что архитектура функциональных систем организма, на каком бы уровне они ни складывались, является универсальной.

В самом деле, мы видели, что даже в таких простых функциональных системах, какой, например, является регулирование постоянства осмотического давления крови, имеется чрезвычайно стабильный по своим свойствам рецептор конечного эффекта — клетки гипоталамуса. Они служат тем аппаратом “сопоставления получившегося с заданным”, который определяет собой успех подбора необходимых приспособительных действий.

Итак, все функциональные системы организма имеют одну и ту же принципиальную физиологическую архитектуру. Различие их состоит лишь в технике определения. Система со стабильным жизненно важным конечным эффектом (например, осмотическое давление крови) в качестве аппарата сличения использует наследственно заданные свойства соответствующих живых клеток, что и определяет характер подбора промежуточных действий. Наоборот, в эпизодически складывающихся функциональных системах поведенческого типа аппарат сопоставления (акцептор действия) складывается экстренно и каждый раз заново на основе афферентного синтеза всех имеющихся в данный момент внутренних и внешних воздействий на организм.

Общее во всех этих функциональных системах то, что образование аппарата оценки возможных результатов предстоящего действия происходит раньше, чем формируется само действие и появляются его результаты.

В последнее время мы все чаще и чаще получаем материал, говорящий о том, что центральная нервная система весьма широко использует принцип акцептора действия.

Есть основание думать, что в момент выхода на периферию любого эфферентного возбуждения сразу же складывается и аппарат акцептора действия, которому предстоит сопоставить будущие результаты с тем, что “выдано” на эфферентной стороне.

Так, например, в нашей лаборатории была сконструирована такая саморегулирующаяся система дыхания, которая позволяла дыхательному центру управлять не непосредственно дыхательным мышечным аппаратом, как это происходит в норме, а с помощью специального электронного преобразователя нервные импульсы осуществляли управление работой аппарата искусственного дыхания (В.А.Полянцев, I960)⁵.

Такое сочетание физиологических и механических свойств в одной саморегулирующейся системе позволяло нам произвольно вмешиваться в разные моменты деятельности дыхательного центра.

В данном случае для нас представляет интерес тот факт, что такая система позволяла нам применить разработанный еще на безусловном подкреплении (Анохин и Стреж, 1933) прием внезапной подмены подкрепления на такой сравнительно элементарной модели, какой является дыхательная функциональная система.

В самом деле, если во всех разобранных выше функциональных системах аппарат оценки результатов действия формируется раньше, чем появляются сами результаты действия, то спрашивается, как оценивается достаточность или недостаточность реальных результатов в дыхательной системе (объем вдыхаемого воздуха) по отношению к вышедшим на периферию эфферентным дыхательным импульсам?

Для ответа был применен прием “внезапной подмены подкрепления”, поскольку модель легко позволяла это сделать. Соображения были таковы.

Допустим, что дыхательный центр в результате афферентного синтеза всех потребностей организма и состояния самой системы на данный момент посылает на периферию, к дыхательным мышцам определенное количество импульсов. Эти импульсы вызывают, в свою очередь, сокращение дыхательных мышц вполне определенной интенсивности, что реализуется, наконец, в засасывании легкими определенного количества воздуха. И, наконец, это растяжение легкого (альвеол) в форме обратной афферентации о результатах действия (степень растяжения альвеол — количество принятого воздуха) сигнализируется по

Рис. 3. Схема истинной архитектуры дыхательного центра.

Вначале происходит синтез всех афферентных влияний на дыхательный центр (Афф. синт.). После этого немедленно формируются два аппарата с различным функциональным значением. Один из этих аппаратом (ЭДЦ) формирует эфферентные импульсы к дыхательной мускулатуре, другой (АД), формируясь одновременно с первым аппаратом, обеспечивает контроль афферентных импульсов (обратная афферента-ция), точно отражающих полученный на периферии результат (объем воздуха, взятого легким Л). Это и есть аналог аппарата акцептора действия.

блуждающему нерву в дыхательный центр. Эту систему отношений можно изобразить на специальной схеме.

Критический эксперимент состоял в следующем: механическая часть системы была настроена на редукцию истинной эфферентной посылки дыхательного центра во время прохождения ее через электронные блоки преобразования импульсов. В результате таких соотношений дыхательный центр, послав на периферию к дыхательным мышцам нервные возбуждения, в сумме эквивалентные, например, принятию 500 см³ воздуха, оказывается “обманутым”, ибо обратная афферентация от легкого в виде разрядов рецепторов растяжения сигнализирует о взятии легким всего лишь 250 см³ воздуха.

И здесь мы встретились с той же самой закономерностью, которая была вскрыта и в условном рефлексе. Дыхательный центр на получение обратной афферентации от неадекватного периферического результата немедленно реагирует значительным усилением своих эфферентных импульсаций, что должно скомпенсировать происшедший “недобор” воздуха, поскольку 500 см³ точно отражали результаты синтеза всех потребностей организма в кислороде на данный момент.

Однако самый факт немедленной реакции дыхательного центра увеличением своей эфферентной импульсации на уменьшение (!) афферентных возбуждений, пришедших от легкого, представляет собой явное нарушение обычных физиологических соотношений. Он, несомненно, говорит о наличии аппарата, регистрирующего рассогласование между посланным на периферию рабочим залпом импульсов и реальным результатом, полученным на периферии в виде захвата воздуха. Таким образом, мы вновь, но уже на уровне дыхательного центра, получили доказательство наличия аппарата акцептора действия (рис.З).

Весьма возможно, что подготовка аппарата акцептора действия, т.е. аппарата проверки будущего результата, есть универсальная закономерность организма, проявляющаяся во всех случаях, когда на периферию посылаются эфферентные возбуждения, доза которых установлена предварительным афферентным синтезом. Однако эта идея должна быть еще проверена в специально организованных экспериментах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные выше закономерности формирования функциональных систем на различных уровнях организации убеждают нас в том, что имеется один универсальный архитектурный принцип в деятельности организма. Он лишь модифицируется в зависимости от того, на каком уровне формируется та или иная система — на уровне гомеостатических соотношений или на уровне поведенческих актов.

Такое постоянство способа формирования функций на самых различных уровнях организации убеждает нас в том, что принцип функциональной системы в эволюции был развит и закреплен уже на очень ранних стадиях развития жизни на Земле.

Вместе с тем, с точки зрения кибернетического подхода к проблеме жизни, все разобранное выше заставляет нас высказать одно важное положение: ни одна попытка понять общую архитектуру приспособлений, а тем более моделировать какие-либо жизненные проявления, не может быть признана достаточной, если в ней не учтены должным образом разобранные выше принципы организации функциональных систем организма: афферентный синтез, акцептор действия, формирование действия и обратная афферентация о его результатах.

Все эти свойства функциональной системы делают ее нелинейной организацией, поскольку одни аппараты ее опережают события, а другие возвращают информацию о результатах действия в центральную нервную систему. Вместе с тем, она становится физиологически структурным выражением принципа саморегуляции, так красочно сформулированного И.П.Павловым еще в 1932 году.

Литература последних лет, как у нас, так и за рубежом, полна иллюстраций того, насколько частные результаты и детальные механизмы в изучении функций организма и особенно при моделировании этих функций все яснее и яснее вписываются в ту архитектуру функциональной системы, которая была разобрана выше.

Можно указать на ряд весьма прогрессивных и успешных попыток применения принципа функциональной системы к процессам восстановления речи, к проблеме компенсации функций, к проблеме физиологической структуры речи и т.д. (А.Р.Лурия,

1959).

Достаточно указать, например, что ни падежа, ни ударения на каком-либо слоге, в середине фразы мы не могли бы сделать без предварительной организации контроля произношения.

Весьма обстоятельно эту физиологическую архитектуру поведенческих актов разрабатывает в последние годы Н.А.Бернштейн.

Все это вместе взятое дает нам основание думать, что физиология, несомненно, стоит сейчас накануне больших обобщений, которые позволят ей установить еще более тесный контакт с теми пограничными проблемами математики, физики и техники, которые объединены под общей эгидой кибернетики.

В такой же степени ощущается необходимость в формировании каких-то новых понятий и принципов, которые позволили бы физиологам и кибернетикам в более общей форме формулировать перспективы дальнейшей совместной творческой работы.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА КАК УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ИЗУЧЕНИЯ УРОВНЕЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ¹

П.К. АНОХИН

оздание общих концепций помогает экспериментатору не

только объяснять уже полученный материал и поставить

его в соответствующее место в большой и организованной системе процессов, но и ставить новые вопросы, предвидеть результаты их решения и таким образом обогащать исследование в более ускоренных темпах, чем это имеет место при обычных приемах чисто аналитического исследования.

Сейчас во всем мире идут поиски системных подходов и синтетических концепций, которые позволили бы исследователю не потонуть в половодье разрозненных сведений, а, наоборот, помогли бы ему вскрыть общие закономерности, обобщить конкретные факты и объяснить их в рамках общих теорий. В связи с этим организуются международные симпозиумы, создаются специальные международные центры по изучению систем. Обширная литература (например, [5], [6] и др.) возникла в поисках таких концепций, которые были бы способны объединить в единую систему разрозненные, хотя по отдельности и блестящие, факты.

Создание общих концепций немыслимо без точного определения понятий. Концепции, понятия которых неопределенны, обычно бывают малоэффективными. В научной литературе, посвященной исследованию систем, встречается много терминов: “организация”, “структура”, “структурные уровни”, “система”, “интеграция” и т.д., которые перекрывают друг друга и строго не определены, что порождает поразительное взаимонепонимание и бесплодность общих дискуссий.

В связи с этим встает настоятельная необходимость раскрыть качественные критерии, например, понятия организованности.

Что такое организованность? Какой наиболее специфический критерий организованности мы возьмем? Есть ли разница между терминами “организация” и “система”, “структура” и “интеграция” и т.д. Отсутствие точных дефиниций в таких терминах крайне ограничивает плодотворность теоретических исследований. К счастью, когда речь идет о строгом эксперименте и о решении конкретных исследовательских задач, то сама жизнь, практика, заставляет исследователя искать точные формулировки и границы каждого понятия.

Обычно, когда говорят “система”, то под этим подразумевают всего только нечто “более организованное, чем если бы не было системы”. Для физиологов, биологов система появляется там, где у этой организации имеются какие-то приспособительные, полезные для жизни животного результаты. Нет системы там, где не получается никаких полезных результатов для животного. Тогда это просто собрание множества каких-то компонентов, пусть даже внешне и организованное.

В период разработки теории функциональной системы (1935 г.) мы установили, что компоненты системы, сколько бы их ни было, как бы они ни функционировали, ведут себя таким образом, что их “взаимодействие” неизбежно превращается во “вза-имосодействие” [1]. По сути дела, система может включать новые компоненты только по одному-единственному критерию — в какой степени этот компонент способствует и облегчает получение приспособительного результата.

Присмотритесь внимательно к кошке во время осуществления ею так называемого “чесательного рефлекса”. Производя точечные раздражения за ухом кошки, можно вызвать движение ее задней лапы к пункту раздражения и затем ряд чесательных движений. Со времен Шерингтона этот феномен получил название “чесательного рефлекса”. На такое название, конечно, в значительной степени повлияло господство классической трехчленной рефлекторной дуги. Но так ли протекает весь процесс чесания, как это трактуется с точки зрения рефлекторной теории Декарта?

В самом деле, к пункту раздражения не только тянется задняя лапа кошки, но и вся голова и шея направляются к приближающейся лапе — следовательно, мышцы шеи и мышцы лапы совершенно очевидно содействуют получению конечного приспособительного результата — удалению раздражающего агента.

Ш

Однако дело здесь не ограничивается только содействием шейной мускулатуры и мускулатуры задней конечности. В эту интеграцию включается и осевая мускулатура тела. В самом деле, изгибается все туловище, а другая задняя конечность занимает позицию, способствующую удержанию тела в равновесии при данных условиях деятельности всего организма.

Итак, вся мускулатура тела выстраивается в одном-единственном направлении, способствующем прикосновению когтя лапы к пункту раздражения. Таким образом, мы можем действительно сказать, что в данном случае систему процессов создают не просто какие-то сокращения мышц, а такие сокращения, которые по избирательности, по количеству вовлеченных мышц и по силе сокращения способны обеспечить прикосновение когтя задней конечности именно к пункту раздражения.

На меня неизгладимое впечатление произвело одно случайное наблюдение в поле у пасущегося стада коров. Был жаркий летний день, и я заметил, как животные хлестали себя непрерывными ударами кончика хвоста по местам, на которые садились кровососущие насекомые — оводы. Но вот один овод, очевидно, сел и кусал на таком месте кожи, которое не могло быть, так сказать, “прострелено” ударом хвоста. Все туловище животного изогнулось дугой, голова сделала максимальный поворот в области шейных суставов, вытянулась шея, и язык, вытянувшись в неожиданно для меня длинную “палку”, пытался достать то место туловища, где уселся овод. Все мышцы туловища находились в судорожном движении, однако все до единого сокращения были направлены в одну сторону — обеспечить прикосновение кончика языка к месту укуса. Одновременно подкожная мышца того места, на котором сидел овод, сильно сокращаясь, приближала овода к кончику языка. Здесь, таким образом, мы наблюдаем поразительное взаимосодействие самых разнообразных мышц тела для обеспечения сбрасывания овода с кожи. Вот такая обширная организация, включающая мышцы, нервы, рецепторы, нервные центры и т.д., и может быть названа системой, поскольку она приводит к получению конечного полезного результата.

Это рассуждение подводит нас к выводу, что результат системы является главным ведущим ее фактором. В самом деле, мы легко можем выразить все процессы в системе в понятиях результата, ибо именно он представляет собой жизненно необходимый момент в поведении животного.

Любая система, прежде всего, должна решить вопрос, “какой” и “когда” должен быть получен результат. После этого возникает вопрос, “каким образом” должен быть получен результат. И когда уже получен результат, возникает последний вопрос, «достаточен ли» полученный результат в соответствии с потребностями биологической системы. В случае, если этот результат достаточен, животное переходит к выполнению следующего этапа своего поведенческого цикла. Если же этот результат недостаточен, то у животного начинает действовать весьма интересный механизм, который возбуждает его ориентировочно-исследовательскую реакцию, обеспечивающую высокий уровень возбудимости всей центральной нервной системы и, в особенности, коры головного мозга. Этот последний механизм способствует подбору новой информации, ведущей к построению новой программы действия, которая и обеспечивает в конце концов тот результат, который более соответствует потребностям данного момента.

После этого обратная афферентация сигнализирует о достаточном результате, чем и заканчивает поиск. Именно поэтому она и была названа нами много лет тому назад (1935 г.) “санкционирующей афферентацией” [1].

Итак, мы видим, что результат обеспечивает все стадии развития системы и, следовательно, он является тем своеобразным “паспортом”, по которому и должна быть оценена качественная сторона системы.

Из сказанного выше следует, что все разнообразные термины, которыми обычно желают выразить сложность организации, или повторяют друг друга, или оказываются лишними. Так, например, очень часто говорят “системно-структурная организация” или даже просто “структурная организация”. С точки зрения развитых выше представлений о системе, как видно, нет необходимости во всех этих терминологических вариантах. Само понятие функциональной системы уже неизбежно включает в себя материальный субстрат, т.е. структуру, которая много раз реорганизуется на основе принципов функционирования вплоть до получения конечного полезного эффекта. С этой точки зрения в дальнейшем я буду употреблять выражение “функциональная система” именно в этом его содержании. Анализ же конкретных морфологических и физиологических механизмов функциональной системы еще более убедит в справедливости этого положения.

Более того, я могу утверждать, что любые комбинационные взаимоотношения структур также подчинены получению конечного результата, а раз это так, то все структурные взаимоотношения с точки зрения приспособительной могут быть только функционирующими структурами.

Когда Норберт Винер в своем предсмертном интервью указал, что именно система может выручить исследователей, утов-нувших в обилии огромного количества разрозненных фактов, то он, по сути дела, имел в виду именно это организующее влияние системного мышления. Именно этими же соображениями вызваны к жизни научные организации, институты и центры, которые ставят своей задачей раскрытие законов формирования систем и их специфических черт, отличающих системный подход от несистемного подхода к исследовательскому процессу и к его результатам.

При разработке теории функциональной системы, которая была сформулирована нами в 1935 г. [1], т.е. фактически задолго до упомянутого выше “системного движения”, мы встали перед необходимостью сформулировать и разработать конкретными физиологическими приемами ее узловые механизмы. Эти механизмы должны были сделать функциональную систему в одно и то же время и инструментом расшифровки многообразных экспериментальных результатов, полученных уже ранее, и инструментом формулировки новых исследовательских задач и перспектив науки в целом.

Мы смогли раскрыть целый ряд специфических свойств функциональной системы, который принадлежит только ей и составляет предмет ее специфических отличий от общего “системного подхода”, оперирующего с глобальными и гомогенными понятиями. Эти отличия следующие:

1. Функциональная система включает в себя “системообразующий фактор”, который на закономерных вполне изучаемых основаниях превращает хаотическое множество компонентов в функциональную систему. Этим фактором является полезный результат системы, обладающий через обратную афферентацию императивным влиянием на распределение активностей по ком-нонентам системы. Признание решающим фактором системы результата ее деятельности дает возможность вскрыть изомор-фические черты и приложить теорию функциональной системы к самым различным классам систем, где полезный результат является решающим компонентом (организм, общество, машины). Из этого следует, что функциональная система является теоретическим принципом универсального применения.

2. Функциональная система имеет хорошо раскрывающуюся в деятельности внутреннюю операциональную архитектонику, составленную из вполне конкретных специфических узловых механизмов. Это последнее обстоятельство дает возможность избежать таких глобальных и гомогенных понятий, как “общая теория систем”, “целостность”, “система вообще” и т.д. Совокупность всех этих качеств, присущих именно функциональным системам, дает нам основание сформулировать “общую теорию функциональных систем”.

Философский смысл этих, казалось бы, на первый взгляд, чисто экспериментальных исследований функциональных систем состоит в том, что многие проблемы, стоявшие как перед фитологией, так и перед философией, оказались разрешенными на материалистической основе. Так, например, понятие целесообразности, являвшееся много лет одиозным, поскольку оно всегда несло в себе привкус “надорганических целей”, в настоящее время легко может быть понято и расшифровано до тончайших нейрофизиологических процессов нервной системы. Точно так же можно сказать и относительно понятий “предвидение”, “интуиция” и других, которые долгое время были форменным жупелом для рационалистически настроенных исследователей.

К сожалению, еще и по сию пору традиция отдавать “цели” первое место в формировании поведенческого акта иногда имеет место даже в серьезных математических и физических работах.

Так, например, при анализе “больших систем”, которые в настоящее время начинают занимать внимание и биологов, и жономистов, и электроников, рассуждения всегда начинаются с постановки “цели” или “задачи” данной системы. С философской точки зрения такая постановка вопроса исходит из молчаливой предпосылки, что все начинается с постановки цели работы. Между тем изучение функциональных систем чисто физиологическими методами неизбежно ставит вопрос о том, что такая цель не может сформироваться, как выражался И.П.Павлов, “ни оттуда, ни отсюда”. Ей неизбежно должна предшествовать обширная работа по перебору многочисленных информационных материалов, прежде чем будет принято решение о том, как надо получить наиболее подходящий именно к данной ситуации результат.

Так постепенно в нашей лаборатории сформулировано было понятие об “афферентном синтезе”. Афферентный синтез, как один из узловых механизмов функциональной системы, является абсолютно неизбежной стадией в развитии как сложных поведенческих актов животного, так и в формировании функций со значительно более простым результатом (например, поддержание постоянства кровяного давления, поддержание постоянного осмотического давления крови и т.д.).

Прежде всего перед нами встал вопрос о составе афферентного синтеза в смысле специфических процессов, участвующих в нем. Мы установили, что по крайней мере четыре составных механизма участвуют в афферентном синтезе, а их участие и взаимодействие обеспечиваются тремя нейродинамическими процессами, которые помогают осуществлению самого афферентного синтеза. Специфические афферентации, которые составляют афферентный синтез, являются следующими:

а) доминирующая на данный момент мотивация организма, или мотивационная афферентация;

б) обстановочная, или ситуационная, афферентация, которая определяет в нервной системе фон внешних и внутренних процессов, вмешивающихся в формулировку цели на данном этапе поведения;

в) пусковой стимул, или пусковая афферентация (под этим понимается обычно тот толчок, который приурочивает действие и получение результата к определенному моменту жизни организма);

г) память как источник постоянных процессов, включающихся в афферентный синтез и корригирующих задачу данного момента на основе прошлого опыта организма.

Наряду с этим имеются еще три нейродинамических процесса нервной системы, которые представляют собой непременно сопутствующие факторы, облегчающие сам афферентный синтез в

смысле наиболее успешных взаимодействий и ассоциаций между отдельными возбуждениями. Эти динамические процессы были подробно охарактеризованы в нашей лаборатории с точки зрения основных нейрофизиологических закономерностей.

Первым из них является процесс восходящей активации, который всегда сопровождает ориентировочно-исследовательскую реакцию и создает благоприятное соотношение общей возбудимости на синаптических образованиях коры мозга. Вторым динамическим процессом является процесс реверберации возбуждений между различными функционально связанными пунктами центральной нервной системы (и в особенности между корой и подкоркой). И, наконец, третий процесс, который, очевидно, также имеет реверберационный характер, — это центробежное повышение возбудимости или снижения порога периферических рецепторов, вовлеченных в активный подбор дополнительной информации из внешнего мира в момент афферентного синтеза.

Характерными физиологическими признаками афферентного синтеза являются два признака, делящие понятной необходимость этой стадии в формировании поведенческого акта.

Прежде всего надо отметить первый факт, что все компоненты афферентного синтеза должны обрабатываться абсолютно одновременно (симультанно), несмотря иногда на последовательность поступления их в ЦНС, и именно только в этом заключается успех окончательного принятия решения. Мы изучали нейрофизиологически эту симультанность всех процессов афферентного синтеза и нашли, что встреча всех видов афферентаций неизбежно должна произойти на одном и том же нейроне и только после этой взаимной “примерки” формируется как “принятие решения”, так и вся дальнейшая цепь механизмов функциональной системы.

Второй особенностью афферентного синтеза является то, что и нем так же, как и в других узловых механизмах, физиологическое и морфологическое, т.е. функция и структура, неотделимы друг от друга, а если опуститься до молекулярных процессов клетки, то они, по сути дела, являются реально едиными.

Исследования, являясь по своей сути аналитическими на молекулярном уровне, для нас выступают не только как аналитические, поскольку мы точно знаем положение этих деталей в системе и что афферентный синтез — это момент, когда обрабатывается вся информация и благодаря этой обработке формируется решение и цель действия.

Чтобы немного яснее представить афферентный синтез, приведу пример перехода улицы с очень интенсивным движением транспорта. В тот момент, когда вы стоите на краю тротуара и намереваетесь перейти улицу, вы оцениваете, сколько машин идет в одну сторону и сколько в другую, как быстро идут машины, и только после этого принимаете решение, под каким углом вам нужно переходить улицу. К этому прибавляется еще оценка ваших собственных возможностей, как человека, который чувствует себя или способным, или неспособным быстро перейти улицу. Пожилой человек будет ждать, пока движение машин совершенно прекратится; молодой человек, который быстро двигается и может быстро проскочить между машинами, принимает более оперативные решения. Но всегда только после синтеза всех этих факторов возникает момент принятия решения.

Следовательно, для функциональных систем этот афферентный синтез является в высшей степени важным и обусловливающим успех развития всех последующих стадий.

Вся эволюция мозга, и особенно эволюция рецепторных частей, т.е. органов чувств, отражала усложнение условий жизни, а следовательно — и усложнение принятия решения. Вопросы “когда”, “как”, “где” и “что делать” становились все сложнее и сложнее в процессе эволюции, с расширением сферы действия животных, и особенно сложными они стали тогда, когда появился человек.

Вернемся к примеру с переходом улицы человеком. Здесь имеются два этапа. Первый — это афферентный синтез внутренней и внешней информации, завершающийся принятием решения. Первый этап переходит в обработку программы действия — какие мышцы должны реализовать принятое решение, по какому направлению следует идти и т.д. Это уже второй этап. Дальше действие дает результаты, а результаты благодаря своим афферентным параметрам воздействуют обратно на аппараты афферентного синтеза. На этом этапе осуществляется контроль полученного результата, контроль по его параметрам: соответствует ли он тому решению, которое было принято на основе афферентного синтеза. Такой контроль обеспечивается весьма тонким аппаратом, который широко изучается сейчас у нас в лаборатории. Еще давние (1933 г.) эксперименты показали нам, что параметры результата предсказываются мозгом ранее [2].

Рассмотрим вопрос о “предсказании результатов”. Этот вопрос до последних лет, пожалуй, до открытия аппарата акцептора результата действия, не имел субстратного решения. Уже до принятия решения определенная группа клеток формирует на основе проделанного афферентного синтеза некоторую модель последовательности действий и будущих результатов еще не свершившегося действия. Эта модель в основном имеет афферентное содержание, включающее в себя основные афферентные параметры последовательности действий и будущего результата. Кроме того, как только программа действий начинает реализовываться, то по специальным нервным волокнам (коллатерали) команда дает от себя копию к тому же нервному аппарату предсказания результатов.

Таким образом, прежде чем совершится само действие, которое было решено афферентным синтезом, уже оказывается сформированным аппарат, мобилизующий прошлый опыт и точную копию той команды, которая пошла на периферию. Когда же действие совершено и когда получены результаты, тогда по афферентным путям афферентные параметры результатов в форме обратной афферентации приходят в тот же аппарат предсказания результатов.

Данный этап поведений заканчивается, если информация о результатах действия совпадает с предсказанными параметрами этих результатов в акцепторе действия.

Однако если информация оказывается не соответствующей тому, что извлечено из памяти, то немедленно возникает рассогласование и через возобновление афферентного синтеза начинаются поиски нового, более совершенного действия. Разработанный нами аппарат предвидения результатов может дать очень многое для проведения моделирования. Его нейрофизиологическая основа ясна [4].

Много лет тому назад, еще в начале нашего столетия, ученые обратили внимание на то, что крупные нейроны коры отдают от своих аксонов боковые коллатерали. Физиологи обычно констатировали, что функция этих коллатералей непонятна и на первый взгляд бессмыслена. Действительно, зачем нейрону, когда он, получив информацию, посылает команду периферическим органам, давать затем 30—40, а иногда и даже 100 “копий” этой команды уже в коре головного мозга.

Роль коллатералей выяснилась, когда мы тщательно изучали те пункты, куда приходят эти копии, команды. Благодаря изучению микроэлектродным методом отдельных клеток мы нашли, что нервные клетки, получающие копии эфферентных возбуждений, являются поливалентными, т.е. мультисенсорными, способными получать на себя огромное количество афферентных сигнализаций с периферии — подчеркиваем, с периферии.

Оказалось, что коллатерали аксонов подходят к специальным группам клеток, состоящим из 5—7 нейронов и, очевидно, связанным циклическими взаимодействиями. В результате этого прошедшее к ним эффекторное возбуждение оказывается в цикле связей и сильно укрепляет свое существование. Есть основание думать, что до того момента, когда на периферии будет получен результат, возбуждение циркулирует в подобных группах клеток. Тогда миллионы импульсов возникают от параметров результата и идут к центральной нервной системе; некоторые из них попадают туда, где есть вызванные к жизни циклические возбуждения. И тогда круг замыкается.

Таким образом, получается, что в момент, когда наш мозг осуществляет самое начало действия, он уже заряжен и на ожидание результата. Этот механизм чрезвычайно интересен для познания поведения, для физиологии поведения: еще не реализованное действие уже захватывает мозг, настраивает его на ожидание предстоящих результатов и на последующую оценку этих результатов.

В каждом случае кодирование обратной информации различно, но в совокупности описанных выше рабочих комплексов статистически получается оценка системой полученных результатов.

Детальные исследования показывают, что в момент начала действия тысячи таких кругов, “ожидающих” результата, уже возбуждены и находятся в непрерывном возбуждении. Когда действие совершается (например, вы взяли предмет в руку), по всем рецепторам идет обратная афферентация. Она поступает в описанные выше нервные круги, где и осуществляется оценка результата действия.

Сейчас у нас возникло предположение, что эти комплексы, оценивающие результат, отличаются и некоторыми особенностями своей структуры в нейрохимическом отношении. По крайней мере, клетки этого комплекса (синапсы) реагируют, например, на наркотики раньше всех остальных клеток коры мозга. Это открывает широчайшие возможности новых исследований.

Но возвратимся к понятию функциональной системы. Только потому, что исследование ведется не вразброс, не впрок, не на будущее, а в пределах определенных узловых механизмов функциональной системы, каждый частный механизм удается объяснить как совершенно четко очерченную функцию этой системы.

Приняв теорию функциональной системы, можно совершенно радикально изменить и некоторые, казалось бы, устоявшиеся точки зрения на некоторые проблемы.

Возьмем в качестве примера одно из очень важных положений о том, что с каждым уровнем структур связаны определенные качественные характеристики. Это совершенно верно, но мы, беря только различие, вероятно, не продвинемся глубоко в анализе природы уровней и природы качества. Почему? Потому что дальнейшее изучение и анализ функциональной системы как универсального образования, общего для всех организмов, привели к выводу, что и зарождения жизни не могло быть без формирования тех же узловых механизмов функциональной системы, в которой есть и афферентный синтез, и оценка результатов. Все фрагменты системы, имеющиеся, например, у человека, имеются и должны иметься даже у предбиологических систем. Это серьезная проблема для философского осмысливания. Специфические черты функциональной системы являются универсальными для всех уровней жизни, и лишь только характер иерархического объединения субсистем и качественная сторона “заполнения” узловых механизмов системы могут значительно различаться (см. мою работу [3]).

Результат действия таких систем на первичных уровнях развития может состоять просто в поддержании устойчивости. Сама устойчивость примитивной системы уже может быть ее результатом. Поскольку стабильность саморегулирующейся системы (чяла ее главным признаком, то всякие новые взаимодействия системы с окружающими ее условиями оценивались только на весах этой устойчивости. В систему в процессе эволюции входили только те элементы, которые укрепляли эту устойчивость и, наоборот, не входили те, которые или разрушали ее, или мешали ей быть стабильной.

Таким образом, говоря о происхождении жизни, мы не стали бы искать, как соединялись под влиянием электрического разряда метан, аммиак и т.д. и получался белок, а стали бы искать целостную динамическую организацию, которая и стала впоследствии “колыбелью” для белковых тел.

Вопрос о происхождении жизни в аспекте формирования устойчивых функциональных систем (может быть, даже еще на предбиологическом уровне) разобран мною подробно в указанной выше книге (“Диалектический материализм и методы естественных наук” [3]), и поэтому здесь я ограничусь лишь вышеприведенными замечаниями.

Сейчас же я хочу подчеркнуть, что эволюция шла через примитивные функциональные системы, обладавшие устойчивостью, а эта последняя на протяжении миллионов лет привела в конце концов к образованию полимеров, к которым относится и белок.

Когда мы сосредоточиваем внимание на эволюции структур по уровням, мы можем видеть появление некоторых качественно новых систем. Но если стать на позицию, которая здесь развивалась и которая во многом оправдана экспериментальными исследованиями, то возникает вопрос: а как же в процессе усложнения организма обстоит дело с архитектурой функциональной системы? Функциональная система, бесспорно, меняется по составу компонентов своей архитектуры, начиная с первичных форм и до самой высшей — человека. Но по общим принципам этой архитектуры, по составу своих узловых механизмов, перечисленных выше, она остается одной и той же. Подчеркиваю — по составу своих решающих механизмов. В этом и состоит изоморфность функциональных систем самых различных классов явлений. Так, например, афферентный синтез есть начальная фаза в формировании функциональной системы, которая на ранних стадиях развития жизни еще очень примитивна.

В самом деле, если мы возьмем пример аллостерического торможения ферментных процессов, т.е. так называемое торможение конечным продуктом, то даже и здесь “принятию решения” предшествует афферентный синтез. Только здесь он представлен тремя относительно простыми, но интегрированными компонентами: исходным субстратом, рецепцией его ферментом и рецепцией тем же ферментом определенной концентрации конечного продукта. И только при вполне определенных взаимодействиях этих трех “афферентаций” ферменты могут начать длинную цепь химических превращений. Наоборот, когда мы имеем поведенческий акт, например сложный акт человека, мы видим, что хотя общие принципы архитектуры функциональной системы и сохраняются, однако она обрастает огромным количеством дополнительных компонентов.

Наши конкретные данные убеждают нас в том, что иерархия систем — это есть, по сути дела, иерархия результатов субсистем на каждом уровне — как на молекулярном, так и на уровне целого организма.

В самом деле, мы знаем, например, как сложна сократительная деятельность мышечных волокон. “Сокращение” протекает сначала на молекулярном уровне, потом вмешивается сократимый белок, и, в конце концов, тысячи молекул дают сокращение целого мышечного волокна, волокна группируются в функционирующие комплексы, и таким постепенным усложнением мы, наконец, поднимаемся до целенаправленного движения в сторону Дома ученых на Симпозиум по структурно-системным организациям...

А между тем на любом из этих уровней мы имеем системы саморегуляторного характера со всеми характерными для функциональной системы узловыми механизмами. И, следовательно, перед исследователем неизбежно возникает сакраментальный вопрос: на основе каких законов выстраивается эта изумительная иерархия от совсем маленьких систем через средние, большие и, наконец, функциональные системы, регулирующие поведение целого человека? Какими своими частями и конкретными механизмами, которые теперь нам хорошо известны, присоединяются субсистемы к суперсистемам? Короче говоря, мы неизбежно приходим к постановке вопроса об интимных морфологических и физиологических механизмах иерархизации систем.

К сожалению, современная естественнонаучная и философская литература ограничивается лишь простой констатацией факта наличия субсистем (“малые системы”) и суперсистем (“большие системы”) без попытки вскрыть конкретные механизмы их консолидации в целом организме. Наш личный опыт убеждает нас в том, что связующим принципиальным звеном иерархизации является результат каждой функциональной системы, независимо от уровня, на котором она функционирует.

Конечно, в целом организме процессы иерархизации гораздо сложнее, они не идут лишь в одном направлении от субсистем к суперсистемам. Как только эти последние сформировываются, они приобретают центробежный контроль от суперсистем к субсистемам. Это и есть одно из средств организма, с помощью которого он поддерживает единство своих систем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анохин П.К. Проблема центра и периферии в современной физиологии нервной деятельности. — Проблемы центра и периферии в физиологии нервной деятельности. — Горький, 1935.

2. Анохин П.К., Стреж С.К. Изучение динамики высшей нервной деятельности. VI. Характеристика рецептивной функции коры больших полушарий в момент действия безусловного раздражителя. — Физиологический журнал СССР, 1933, т. 17, вып. 6.

3. Диалектический материализм и методы естественных наук. — М.,

1968.

4. Анохин П.К. Теория функциональной системы. — Успехи физиологических наук, том I, № 1, 1970.

5. Bertalanffy L. von. General System Theory. Foundation, Development. Applications. N.Y., 1969.

6. Mesarovic F. (ed.). Systems Theory and Biology. N.Y., 1968.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ КИБЕРНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ¹

Общеизвестно, что кибернетический подход получил в настоящее время наиболее широкое развитие в технических науках и в областях, где применяются разного рода электронные машины и приспособления. Но кибернетическая революция это не только технические преобразования: это прежде всего революция в мышлении, в самом подходе к явлениям природы и в методе анализа. Фиксация внимания только лишь на технических аспектах кибернетики рано или поздно станет убыточной для научного прогресса в целом.

Вместе с тем недостаточными являются и попытки философского осмысления самого существа тех кибернетических положений, которые пришли в науку вместе с ней. Так, до сих пор не уделено серьезного внимания такому кардинальному вопросу: какие законы лежат в основе того парадоксального факта, что явления различных классов, относящиеся к технике, живой природе и обществу, развиваются и действуют на основе одних и тех же общих принципов функционирования? Этот вопрос по своему характеру является именно философским. И мне кажется, например, что корень той неопределенности, с которой мы встречаемся при попытке определить, что такое кибернетика, лежит именно в этом.

В самом деле, возьмем наиболее полное и наиболее устоявшееся определение кибернетики как науки об управлении в живых и механических системах.

Если остаться на уровне частных закономерностей жизни в видимых ее пределах, то такое определение как будто удовлетворяет нас. Однако как только мы захотим определить в более общем аспекте само управление, то сейчас же возникает новый вопрос: кому необходимо это управление, как вообще могла возникнуть сама необходимость управления как организационного принципа жизни? Действительно, с точки зрения материалистической диалектики управление не может не иметь истории развития и, следовательно, не может не иметь вполне закономерных причин своего возникновения.

Этот вопрос приобретает еще большую актуальность, если мы остановимся на другом определении кибернетики, а именно: кибернетика есть наука о преобразовании информации в живых и технических системах. Это определение также немедленно вызывает вопросы: что такое информация и чем вызвана необходимость ее преобразования? Иначе говоря, какие более общие законы предопределяли появление информационных зависимостей, как и где родилась или возникла первичная информация, почему она должна преобразовываться и какие законы направляют это преобразование? Философский аспект этих вопросов является гораздо более широким, чем тот, в котором принято рассматривать их в обычных кибернетических формулировках.

То же самое относится и к самому центральному пункту кибернетического мышления — к наличию у всех классов явлений обратной связи.

Никто не сомневается в том, что обратная связь является “душой кибернетики” и что только она почти нацело определила все успехи технической кибернетики. Не случайно поэтому некоторые исследователи считают, что мы живем в “эру обратных связей”⁶. К этой центральной закономерности кибернетического мышления также приложимы аналогичные вопросы, которые были поставлены выше: почему обратная связь стала такой универсальной закономерностью, пригодной и для машины, и для организмов, и для общества? Когда и при каких условиях эта закономерность могла возникнуть в истории земного шара?

Отсутствие ответа на эти вопросы показывает, что, несмотря на развитие кибернетического направления в технике, биологии и в общественных науках, все же более широкий план особенностей кибернетики, именно философский план, остается до сих пор мало разработанным.

Очевидно, что этот аспект кибернетики можно будет считать в той или иной степени ясным только в том случае, если будет точно определена всеобщая роль кибернетических закономерностей в эволюции нашей планеты как историческая необходимость.

Ниже мы попытаемся использовать добытые нами экспериментальные данные для раскрытия некоторых исторических причин формирования основных кибернетических закономерностей.

Одной из самых примечательных черт современного развития наук является поиск “ключа”, который позволил бы наиболее быстро понять огромное разнообразие фактических результатов научного исследования, добытых в различных науках.

Таким универсальным “ключом” является понятие системы.

Предсказывая в одном из своих предсмертных интервью, какой будет физика и биология в 1984 г., Норберт Винер выразил эту мысль в весьма отчетливой форме.

Он рассказывал о своей совместно с доктором Делла Риччи работе над развитием идеи, согласно которой в квантовой физике и в квантовой механике должна играть большую роль организация системы. Главное направление развития биологии также пройдет, по его мнению, через организацию системы в пространстве и во времени. Здесь самоорганизация должна играть основную роль. Следовательно, полагал Винер, не только биологические науки будут сближаться с физикой, но и физика также будет ассимилировать некоторые биологические идеи.

Роль системы как обобщающего и организующего фактора в развитии всех наук особенно выпукло представлена в формулировках Эллиса и Людвига, которые опубликовали недавно книгу “Философия системы”, установив, что “эпоха джетов”, “эпоха кибернетики” и “эпоха космоса” — все они обязаны своим происхождением появлению систем с универсальными свойствами саморегуляции: они предлагают назвать нашу эпоху “эпохой системы”⁷.

Тяга ученых к обобщению особенно драматически прозвучала в одном из интервью знаменитого американского физика Р.Оп-пенгеймера. Он отметил, что “прогресс науки сопровождается такой специализацией, что отныне любой человек может овладеть всего лишь незначительной долей человеческих знаний. Это вызывает ощущение невежества и одиночества, и, очевидно, это ощущение возникает тем сильнее, чем больше знает человек. Современные ученые тоскуют по единому ключу, по той единой оси любых форм знаний, в которую верили их предки и которую они уже никогда не встретят в будущем”⁸.

Если оставить в стороне несколько пессимистический характер высказывания Р.Оппенгеймера относительно самой возможности существования “общего ключа” для различных наук и явлений, то вообще он очень хорошо охарактеризовал беспомощность ученого перед лицом огромнейшего количества информации, полученной в результате разрозненных исследований.

Вполне естественно поэтому, что именно в кибернетических обобщениях многие ученые увидели спасение от половодья разрозненных научных фактов.

Такая надежда была в какой-то степени обоснованной. Специалисты различных областей знания нашли в кибернетике общий язык, и начались широкие научные контакты, обеспечивающие взаимообогащение. В практику вошли симпозиумы и конгрессы, в которых наряду с математиками и физиками принимали участие биологи, физиологи, филологи, лингвисты.

Эту роль кибернетики особенно полно и точно охарактеризовал в своей монографии “Кибернетика и философия” Г.Клаус: “Кибернетика имеет большое значение в первую очередь потому, что эта наука осуществляет общую тенденцию к интегральному объединению многих наук... Она выдвигает много проблем, общих для самых различных специальных наук. Она конструирует понятийное поле, в котором объединяются многие элементы, присущие разным специальным наукам; при помощи общей системы своих категорий и понятий она стремится подвести фундамент под тенденцию к интеграции расчлененных конкретных наук”⁹-.

Возвращаясь к вопросам, которые были поставлены нами во вступительной части этой статьи, мы могли бы сказать, что именно происхождение этой “тенденции” кибернетики к обобщению и формированию ею “понятийного поля” и составляет одну из научных проблем философии кибернетики. Мы должны и здесь опять-таки поставить перед собой прежний вопрос: в чем состоит причина того факта, что именно кибернетика создала такое “понятийное поле”, которое смогло выявить нечто общее в огромном разнообразии наук и явлений жизни?

Именно потому, что кибернетика вызвала к жизни много новых ветвлений и частных теорий и особенно практических применений кибернетических правил, создалась диспропорция в развитии ее общих принципов и частных механизмов. Стало совершенно очевидным, что необходим тот “общий знаменатель”, который помог бы выразить с помощью единой основы разнообразие линий исследований и такое же разнообразие фактов и понятий.

Можно присоединиться к Винеру, Клаусу, Эллису и Людвигу и к другим исследователям, которые считают, что “система” является наиболее удобным понятием для организации научного исследования и построения обобщающих гипотез. Однако сейчас же встают вопросы: как определить самое понятие системы и как выразить в четких формулировках наиболее характерные признаки, отличающие ее от “несистемы”?

Несмотря на широко принятое употребление термина “система”, основные характеристики ее остаются несформулированными. Отсюда и проистекает досадное взаимонепонимание между учеными различных специальностей, а иногда даже в пределах одной и той же специальности.

Успех кибернетического направления определяется главным образом тем, что кибернетика ввела в жизнь систему с весьма четкими параметрами, поддающимися математической обработке. В сущности это и должно служить нам отправным пунктом для обсуждения. Другое дело в биологии. Здесь понятие системы всегда употребляется в том случае, когда хотят отметить что-то сложное, превосходящее по масштабам обычные процессы, механизмы и элементы. И даже Эшби с его строгим математическим мышлением, желая охарактеризовать системы разного масштаба, употребляет такие неопределенные выражения, как “малая система” и “очень большая система”, ставя при этом акцент только лишь на простом увеличении количества компонентов и на объеме взаимодействий между системами и субсистемами⁹.

Успех обсуждения любой проблемы обычно находится в прямой зависимости от того, насколько точно будут определены все параметры объекта дискуссии и общее направление самой дискуссии. Именно поэтому мне хотелось бы дать характеристику тех свойств кибернетической самоуправляемой системы, которые могут быть приписаны только системе, а не ее компонентам.

Эта формулировка покоится на многолетней разработке в нашей лаборатории функциональных систем организма (см. ниже) и, следовательно, имеет экспериментальное обоснование.

1. Ни одна организация, сколь обширной она ни была бы по количеству составляющих её элементов, не может быть названа самоуправляемой, саморегулируемой системой, если её функционирование, т.е. взаимодействие частей этой организации, не заканчивается каким-либо полезным для системы результатом и если отсутствует обратная информация в управляющий центр

о степени полезности этого результата. Только при таком условии все части системы вступают в консолидацию, взаимную координацию и субординацию. Благодаря этому вступление в действие каждого компонента системы происходит в точно определённый момент, иначе говоря, взаимодействие между ними имеет организованный и направленный характер.

У всякого другого объединения хотя бы и взаимодействующих частей, но не имеющих конечного полезного результата, нет просто основного условия для системной работы. Система самоуправления — это не простое взаимодействие, это интегрирование активности всех компонентов в одном единственом направлении — на получение необходимого в данный момент и специфического для системы приспособительного результата. У системы нет другого пути для упорядочения работы её компонентов, как фокусирование степени их участия в конечном результате.

Посмотрите на котёнка, который проделывает ритмические чесательные движения, устраняя какой-то раздражающий агент в районе уха. Это не только тривиальный “чесательный рефлекс”.

Это в подлинном смысле слова консолидация всех частей системы на результате. Действительно, в данном случае не только лапа тянется к голове, т.е. к пункту раздражения, но и голова тянется к лапе. Шейная мускулатура на стороне чесания избирательно напряжена, в результате вся голова наклонена в сторону лапы. Туловище также изогнуто в таком виде, что облегчаются свободные манипуляции лапой. И даже три не занятых прямо чесанием конечности расположены таким образом, чтобы с точки зрения позы тела и центра тяжести обеспечить успех чесания.

Как можно видеть, весь организм “устремлён” к фокусу результата и, следовательно, ни одна мышца тела не остаётся безучастной в получении полезного результата. Мы имеем в подлинном смысле слова систему отношений, полностью подчинённую получению полезного организму в данный момент результата.

Прямые эксперименты нашей сотрудницы М .Чепелюгиной с перерезкой задних и особенно передних корешков для задней ноги в весьма отчётливой форме показали этот факт “взаимосо-действия” частей системы при достижении результата¹⁰.

2. Из предыдущего тезиса видно, что результат самоуправляемой системы приобретает центральное значение для её организации во времени и в пространстве. Именно полезный результат составляет тот операционный фактор, который способствует тому, что система в случае недостаточности данного результата может полностью реорганизовать расположение своих частей в пространстве и во времени, что и обеспечивает в конце концов необходимый в данной ситуации приспособительный результат организма. Можно указать на конкретный пример ампутации конечности, который показывает, что такая система представляет собой логически оформленный комплекс процессов и механизмов. Причём последнее распределение мышечных усилий немедленно закрепляется обратной санкционирующей афферентацией от полученных положительных результатов

(Анохин, 1935).

Именно констатация и выявление полученного результата являются решающей задачей для определения объёма системы и её качественной характеристики.

Акцент на результате саморегуляции как наиболее характерном и ведущем параметре системы нами сделан не случайно. Необходимость такого акцента вытекает уже хотя бы из анализа современных физиологических концепций. Если посмотреть наиболее важные концепции физиологии, то они сформулированы при полном устранении именно понятия результата.

Эти формулировки породили огромное количество недостаточных по глубине анализа исследований, и, наоборот, изучение целостного поведения животных и человека на нейрофизиологическом основании развивалось с определённой задержкой во времени. Достаточно указать тот факт, что все термины, употребляемые ещё и в настоящее время в физиологии, страдают этим коренным недостатком. Так, например, мы говорим “чесательный рефлекс”, “мигательный рефлекс”, “хватательный рефлекс”.

Что выражено в этих терминах? В них выражено только то, что произошло действие чесания, действие мигания, действие хватания и т.д. Рефлекс расценивается по действию. Результат же этих действий совершенно скрыт. А между тем животному, как и человеку, совсем не важно, как это действие называется и какой комбинацией рабочих аппаратов оно произведено, а важен именно положительный приспособительный результат¹¹.

Аргентинский философ Бунге в своей книге “Причинность”, переведённой на русский язык, специально отмечает эту традиционную недостаточность нашего мышления. Он пишет: “Смешение причины с основанием и смешение действия с результатом распространено, кроме того, и в нашей собственной повседневной речи”¹².

Так, в примере с “чесательным рефлексом” имеется все для того, чтобы понять “чесательный рефлекс” как “чесательное действие”. Но обычно его не связывают с результатом, который именно является, как показано выше, решающим критерием для деятельности данной функциональной системы. Именно этот результат — устранение периферического раздражения — и сигнализируется в центральную нервную систему в форме отсутствия вредящего раздражения, что замыкает “рефлекторную дугу”, превращая всю архитектуру в функциональную систему.

В этом же примере демонстративным является также и факт содействия компонентов системы друг другу в получении конечного результата. Как уже указывалось нами, здесь не только конечность направляется к пункту раздражения, но, кроме того, и пункт раздражения движется навстречу конечности благодаря избирательному сокращению мышц шеи и мышц всего туловища.

Наши исследования над живыми системами привели нас к полному убеждению в том, что любое физиологическое исследование будет во много раз продуктивнее, если оно будет придерживаться вышеприведенного представления о системе. Поскольку каждая такая система несет определенную функцию с четко очерченными результатами, мы и назвали ее в свое время функциональной системой¹³.

Как было установлено, такая функциональная система непременно содержит ряд специфических узловых механизмов, принадлежащих только ей, как интегральному образованию¹⁴.

Так как все дальнейшее изложение нашего представления о философском смысле и методологическом значении основных кибернетических закономерностей будет основано на теории функциональной системы, я считаю совершенно необходимым дать здесь хотя бы краткую характеристику ее основных узловых механизмов, как они представляются нам по последним экспериментальным данным.

Эта стадия является начальной в развитии любого приспособительного акта животного.

Важность этой стадии состоит уже в том, что только после завершения её наступает следующий этап в формировании поведенческого акта. Афферентный синтез является, пожалуй, наиболее обширным и сложным механизмом функциональной системы. Есть основания думать, что вся эволюция мозга и особенно все те усложнения, которые он приобрёл на последних этапах своего развития (кора головного мозга и особенно её лобные отделы), связаны были с нарастающим усложнением именно афферентного синтеза. Это станет понятным, если представить себе, что именно в этой стадии любой организм решает три важнейших вопроса своего поведения: что делать, как делать, когда делать?

В процессе эволюции животных с прогрессирующим усложнением условий их существования именно эти три вопроса потребовали для своего разрешения всё более и более сложных мозговых структур. В этом можно видеть смысл той высокой оценки “афферентного отдела” центральной нервной системы, которую дал ему в своё время И.П. Павлов.

Многочисленные исследования моих сотрудников (А. Шумилина, Ф. Ата-Мурадова, К. Судаков) привели нас к выводу, что афферентный синтез осуществляется на основе четырёх важнейших компонентов, имеющих весьма разнородные возбуждения. Взаимодействию же этих возбуждений (и последующему “принятию решения”) помогают три нейродинамических фактора: ориентировочно — исследовательская реакция, конвергенция возбуждений на нейроне и корково-подкорковая реверберация возбуждений. Эти механизмы способствуют объединению всех разнородных возбуждений, сопоставлению их и вынесению “решения” об осуществлении определённого поведенческого акта, наиболее подходящего для данной ситуации.

В состав же самого афферентного синтеза у высших животных непременно входят следующие четыре формы афферентации корковых нейронов: доминирующая мотивация, обстановочная афферентация, пусковая афферентация, аппараты памяти. Конвергенция и сопоставление всех этих возбуждений на отдельных нейронах коры и последующая интеграция результатов этого взаимодействия в масштабах целого мозга приводят в конце концов к формированию цели самого действия и к “принятию” наиболее эффективного решения, т.е. к выбору наиболее эффективной в данных условиях программы действия.

“Принятие решения” является реальным подарком кибернетики физиологам, поскольку этот узловой момент в совершении любого поведенческого акта оставался скрытым из-за преимущественной линейной точки зрения на формирование поведения, принятой рефлекторной теорией. В самом деле, если представить себе, что внешний стимул является толчком к действию, то по сути дела на протяжении всей рефлекторной дуги нет места “принятию решения” как механизму, с помощью которого формируется цель и программа предстоящего действия.

Понятие цели, как оно было представлено в статье И.П. Павлова “Рефлекс цели”, предполагает неизбежное опережение событий, т.е. формирование модели последнего этапа действия раньше, чем окончились начальные его этапы. Едва ли кто будет утверждать, например, что он поставил перед собой цель “купить шляпу” только в тот момент, когда он оказался в магазине головных уборов. Ясно, что “принятие решения” и формирование “цели действия” неизбежно опережают и даже подсказывают ход будущих событий и, следовательно, весь процесс не является последовательно линейным.

Однако, несмотря на чёткую постановку вопроса И.П. Павловым, проблема цели в исследовательском плане не стала объективно-научной проблемой, поскольку этому не соответствовал общий уровень нейрофизиологических знаний того времени. По-видимому, этим и надо объяснить тот парадоксальный факт, что сам И.П. Павлов никогда больше не возвращался к своей смелой попытке рассматривать “цель” как рефлекс.

Итак, принятие решения и формирование цели к получению определённого результата составляют непременный результат стадии афферентного синтеза, вместе с тем эти процессы предрешают ход событий.

Другой характерной чертой принятия решения является его исключающая, ограничительная роль. Благодаря принятию решения к совершению вполне определённого акта организм тем самым освобождается от огромного количества потенциальных степеней свободы, которые он мог бы реализовать в каждый данный момент (А.А. Ухтомский, Л. Васильев, М. Виноградов, 1927).Принципиально в данный момент организм может совершить миллион различных действий, что находится в прямой зависимости от композиции многообразных связей в центральной нервной системе и от пластичных объединений мышечных групп тела. Однако в момент принятия решения из этих бесчисленных степеней свободы делается выбор всего лишь одного-единственного действия, которое наиболее полно приспосабливает организм к данным условиям и в данный момент.

Теперь уже не подлежит сомнению то, что эту пригонку выбора действия к совокупности данных условий нервная система производит именно в стадии афферентного синтеза после всесторонней обработки имеющейся на данный момент внутренней и внешней информации.

Из сказанного ясно, что принятие решения представляет собой весьма важный узловой пункт всей функциональной системы, поскольку окончательный успех или неуспех приспособления будет находиться в прямой зависимости от того, насколько точно сделан выбор необходимого поведенческого акта.

В пределах обычного поведения момент принятия решения является в той или иной степени замаскированным и часто совершается в высшей степени быстро. Это обстоятельство и является причиной того, что в физиологических исследованиях ему не уделяли абсолютно никакого внимания, полагая по традиции, что наличие одного начального стимула вполне достаточно для того, чтобы был сформирован соответствующий поведенческий акт.

Многочисленные эксперименты показывают, что момент принятия решения сопутствуется немедленным возникновением двух взаимосвязанных комплексов возбуждений: а) адекватной программы действия, т.е. интеграла эфферентных возбуждений, и

б) специфического аппарата предсказания результатов еще не законченного действия. Следует подчеркнуть, что этот последний комплекс афферентных признаков результата появляется задолго до того, как совершится само действие и будут получены реальные результаты. Оба эти комплекса возбуждений связаны теснейшим образом. Как показывают, например, тонкие микрофи-зиологические исследования, посылка эфферентных возбуждений, благодаря аксонным коллатералям, принимает самое близкое участие в формировании нейрофизиологических механизмов афферентной модели будущих результатов действия (Правдивцев, Синичкин, Котов, Журавлёв и др.).

Кажется удивительным, что проблема будущего, т.е. такие решающие моменты нашего поведения, как постановка цели данного действия, предсказание результатов, которые должны получиться при осуществлении этой цели, не были предметом специального объективного научного исследования. Впервые эта проблема попала в поле зрение чистого физиолога после того, как выявилось, что внезапная подмена стандартного безусловного раздражителя другими безусловными раздражителями (например, хлеба на мясо) ведет на первый взгляд к совершенно непонятным поведенческим проявлениям: к отказу от пищи, к возникновению исследовательской реакции и т.д. С точки зрения описательной_; эти проявления нельзя было иначе понять, как “рассогласование” между тем, что “ожидалось”, и тем, что “появилось” на самом деле¹⁵. Ясно было, что наличная, но необычная еда, т.е. мясо, не соответствовала по своим характерным признакам какому-то комплексу возбуждения, который был уже “заготовлен” в ответ на условный раздражитель до появления самой еды. При первых попытках объяснить физиологическую сторону этого феномена мы исходили только из этого одного несогласия и назвали поэтому это возбуждение “заготовленным возбуждением”.

Последующие исследования подобных фактов, названных нами “методом сюрпризов”, на человеке, на животных, а также и на примере вегетативных функциональных систем (дыхание) убедили нас в том, что речь идет о новом феномене в деятельности мозга. Было показано, что любые функциональные системы организма, начиная от вегетативных и кончая сложными поведенческими актами, если только они заканчиваются полезным эффектом, непременно осуществляются через стадии: афферентного синтеза, “принятия решения” и предсказания результата будущего действия в форме центрального моделирования афферентных признаков этого результата. В начале действия, до его

завершения, в мозгу формируется афферентная модель будущих результатов.

Если к этому процессу в целом подойти с точки зрения психических эквивалентов поведения, то этот аппарат является, вероятно, близким по своему содержанию к изучаемому И.С.Бе-риташвили в виде поведения, направляемого “образом”¹⁶.

Несомненный успех, который получил при этом подходе И.С.Бериташвили в расшифровке поведения, лишний раз убеждает нас в том, что быстрые процессы мозга всегда опережают медленно организующиеся отдельные этапы поведения.

В последние годы в нашей лаборатории были предприняты шаги к дальнейшей конкретизации состава и тонких нейрофизиологических механизмов акцептора действия, т.е. к дальнейшей материализации предсказания будущего. Были получены весьма интересные результаты, раскрывающие эволюционную и нейрофизиологическую суть функции “предсказания будущего”.

Мы вполне можем рассматривать механизм конвергенции разнородных возбуждений на одном и том же нейроне как начальную стадию сложной интегративной деятельности целого мозга. Конечная же интеграция в масштабе целого мозга, несомненно, рождается на основе многочисленных связей между этими нейронами, в которых уже до него были обработаны на основе механизма конвергенции разнородные возбуждения.

До последнего времени нейрофизиология отмечала только такие типы конвергенции возбуждений на одном и том же нейроне, в которых приходящие к клетке возбуждения имели исключительно афферентный характер — зрительный, слуховой, тактильный и т.д. (так называемая мультисенсорная конвергенция).

Оказалось, однако, что этим видом конвергенции далеко не исчерпывается афферентный синтез, начинающийся уже в масштабе одной нервной клетки. В нашей лаборатории было показано, например, что существует особая категория корковых нейронов, вероятнее всего промежуточных нейронов, которые принимают на себя не только разнообразные афферентные возбуждения, но, что особенно важно, и эфферентные возбуждения, приходящие к этим же промежуточным нейронам по аксонным коллатералям от пирамидных клеток коры мозга.

Все эти исследования были проведены микроэлектродным методом при различной комбинации кортикопетальных, кортико-фугальных и антидромных возбуждений¹⁷. Конвергенция на одной и той же нервной клетке “копии команды”, т.е. афферентного возбуждения, вышедшего на аксоны нервной клетки, с афферентными возбуждениями, приходящими от периферических рецепторных аппаратов, представляет собой все необходимые условия для оценки полученных результатов. Этот же механизм после ряда его тренировок сразу при выходе командных возбуждений и формирует функцию предсказания сенсорных параметров будущих результатов.

С раскрытием описанного выше нейрофизиологического механизма, удивительным образом созданного эволюцией для предсказания свойств будущих результатов, радикально изменилось и наше отношение к “целесообразным актам”, к “предвидению” и вообще к любому прогнозированию хода будущих событий.

Здесь очень важно оценить степень вероятности самого предсказания. Некоторые авторы, принявшие в общем нашу концепцию акцептора действия, вводят, однако, различные понятия, как, например, “вероятностное прогнозирование” (Файгенберг), “потребное будущее” (Н.Бернштейн) и др.

Для успеха дела здесь уместно будет отметить, что в каждом поведенческом акте мы всегда имеем два фактора: предсказанный результат в параметрах акцептора действия и реальный результат, полученный уже при завершении действия. Из этих двух факторов наибольшей вероятностью обладает акцептор действия, поскольку его параметры подсказаны потребностью самого организма и всем процессом афферентного синтеза.

Наоборот, реальный результат в силу значительного разброса эфферентных возбуждений и чисто технических возможностей организма имеет значительно меньшую вероятность, которая оценивается и повышается при помощи обратной афферентации путем поиска и сопоставлений до уровня прогноза акцептора действия. В этом и состоит физический смысл акцептора действия — в формировании приспособительного поведения вообще.

Следовательно, выражение “вероятное (?) прогнозирование” просто не соответствует физиологическому смыслу событий и поэтому неправильно ориентирует читателей, интересующихся нашими работами.

Вероятность прогноза, т.е. параметров акцептора действия, всегда максимальна и равна единице, поскольку он отражает потребность организма на данный момент. Наоборот, результат всегда менее вероятен по отношению к акцептору действия, и, следовательно, употребление выражения “вероятностное прогнозирование” едва ли является полезным при изучении живых систем.

Нельзя не отметить также того важного обстоятельства, что наконец-то стало понятным значение аксонных коллатералей, имеющих место у значительного большинства корковых, подкорковых и спинальных нейронов. Наличие их в огромном количестве являлось до последнего времени абсолютно загадочным. Зачем, казалось бы, рассылать по всему мозгу тысячи “копий команды”, посылаемой в данный момент к периферическим рабочим органам?

Не удивительно поэтому, что многие исследователи последних лет останавливались в нерешительности перед этим богатейшим нервным аппаратом, ограничиваясь при оценке его замечанием о том, что “функция этих нервных образований до сих пор остается таинственной”¹⁸.

Мы подвергли подробному обследованию функцию этих аксонных коллатералей с помощью микроэлектродной техники и выявили, что их функция состоит в длительном поддерживании циклических возбуждений, своеобразных “кругов ожидания”. Поскольку таких коллатералей в общем тысячи, а каждая из коллатералей еще ветвится на несколько более тонких окончаний, то возникает представление о поразительной широте охвата действующими в данный момент эфферентными возбуждениями различных районов коры и подкорки головного мозга. Так, например, пирамидный тракт отдает еще тысячи коллатералей на уровне ретикулярной формации. Эти коллатерали через аппарат ретикулярной формации и через восходящие возбуждения еще раз способствуют поддержке активности в уже созданных “кругах ожидания” (А.С.Синичкин). Изучение длительности возбуждения в этих “кругах ожидания” показывает, что она вполне достаточна для того, чтобы с периферии уже поступила информация о результатах.

Таким образом, получил функциональное объяснение массовый характер казалось бы ненужных аксонных коллатералей у корковых клеток.

После систематических исследований в этой области мы можем представить себе всю ту картину циклических процессов между центром и периферией, которая в целом обеспечивает как получение полезного результата в итоге предпринятых действий, так и оценку этого результата в кругах возбуждения, сформировавшихся до получения результата, но уже содержащих в себе афферентный код этого будущего результата.

Как только принимается решение о каком-либо действии и как только возбуждение выходит на эфферентные пути, то уже в этот самый момент коллатеральные возбуждения, распространяясь по самым различным отделам мозга, создают в масштабе целой коры многочисленные системы циклических возбуждений, отражающих посланную на периферию команду и воспроизводящих опыт прошлых результатов в форме акцептора действия.

Следовательно, в момент начала действия в соответствии с принятым решением уже весь мозг, и особенно, конечно, кора головного мозга, подготавливают модель будущих результатов — акцептор действия. Эта модель осуществит в дальнейшем прием обратной афферентации от полученных результатов, произведет сопоставление этой информации о реальных результатах с предсказанной (или прогнозированной) моделью этих результатов. В сущности, это и есть конкретный субстрат предсказания, нозбуждение которого все время опережает ход событий в функциях целого мозга.

Благодаря этим последним исследованиям вопрос о приспособлении организма к ходу будущих событий получил в нашей лаборатории чисто нейрофизиологическое решение.

Под обратной связью в кибернетике имеется в виду более или менее точная информация о конечных результатах, полученных в какой-либо саморегулирующейся системе. И только в этом смысле обратная связь делается неотъемлемым фактором организации успешного результата. Но по самой своей сути обратная афферентация в биологических системах является изменчивой в зависимости от широких флуктуаций самого результата, и, следовательно, непременно должен быть аппарат, который ее принимает и оценивает, т.е. санкционирует тот приспособительный результат, о котором она информирует.

Именно поэтому такая афферентация в нашей лаборатории первоначально и была названа санкционирующей афферентацией, хотя впоследствии оказалось, что правом “санкции” обладает лишь акцептор действия^.

Сама же обратная афферентация есть пассивное следствие любого результата, и успешного и неуспешного. Момент сопоставления всех параметров обратной афферентации, сигнализирующих о свойствах результата действия, с афферентной моделью этих результатов, закодированных в акцепторе действия, является критическим моментом, завершающим логику любого отдельного поведенческого акта.

Если сопоставление показывает, что параметры реально полученных результатов, закодированные в обратной афферентации, соответствуют параметрам предсказанного афферентным синтезом результата, то данный акт завершается, и организм переходит на формирование очередного поведенческого акта. Если же оказывается, что параметры результатов, закодированных в обратной афферентации, не совпадают с тем, что было сформировано в принятии решения и в акцепторе действия, то наступает момент рассогласования, являющийся стимулом для новой цепи реакций.

В этом последнем случае прежде всего немедленно возникает ориентировочно-исследовательская реакция с весьма быстрой и сильной активацией корковой деятельности¹⁹.

Это способствует активному подбору новых компонентов для афферентного синтеза и, что особенно важно, облегчает интра-кортикальные взаимодействия восходящих возбуждений²⁰.

В результате такого расширения афферентной информации формируется в конце концов и более совершенная программа действия и, следовательно, более успешные результаты, соответствующие принятому решению и акцептору действия.

Нарисованная выше картина общей архитектуры поведенческого акта является выражением универсальной закономерности в построении живых систем. Имеющая место в современной литературе тенденция найти систему, которая обеспечила бы возможность собрать в единой архитектуре результаты отдельных исследований, наилучшим образом воплощена в той физиологической архитектуре, которая получила у нас название функциональной системы.

Однако если бы мы захотели сопоставить эту архитектуру функциональной системы с любым типом саморегулирующихся механических систем или даже с функциональной организацией взаимоотношений общественного характера, то мы увидели бы то поразительное сходство принципов функционирования, которое с такой настойчивостью подчеркивал Норберт Винер. Правда, он писал об этом в своей хорошо известной книге “Кибернетика”²¹, имея в виду всего лишь обратную афферентацию, или обратную связь — фид-бэк. Адрес этой обратной связи для биологических систем не был еще известен. Им стал для нас акцептор действия.

Спрашивается, в чем причина такого поразительного сходства к архитектурных чертах функционирования столь различного класса явлений? Почему и в организме, и в обществе, да и в машинах контрольный аппарат формируется раньше, чем появят-

< я результаты, которые будут подлежать контролю?

Наша концепция, по которой результат действия является центральным пунктом любой системы отношений, позволяет ответить на эти вопросы вполне четко. Наличие тождественных физиологических черт обеих систем диктуется тем, что и в той и в другой системах конечным продуктом деятельности является четко очерченный полезный результат. Именно последний представляет собой тот уравнивающий фактор, который и в том и в другом случае неизбежным образом требует одинаковой функциональной архитектуры.

И если бы получаемые результаты всегда математически точно соответствовали заданным результатам, то по сути дела полностью исключалась бы необходимость контроля их и не исключался бы лишь только стимул этих результатов к формированию последующего звена непрерывной поведенческой мелодии. Однако в действительности результаты всегда имеют множественный разброс около какого-то предсказанного акцептором действия эталона, необходимого именно в данный момент. Вот именно для устранения избыточных степеней свободы в получении результатов и служит во всех случаях контроль или управление на основе заготовленной модели результатов.

Где причина этого удивительного подобия функциональных архитектур у систем различного класса, какие исторические факторы обусловили организующую роль результата действия? Эти вопросы поднимают самое понятие результата на ступень исторического анализа и подчеркивают его универсальное и, следовательно, философское значение в картине того мира, в котором мы живем. Единственная возможность ответа на поставленные выше вопросы я вижу в анализе того критического периода в жизни нашей планеты, когда после длительного периода всевозможных “предбиологических” комбинаций материи возникла первичная организованная жизнь.

Необходимость полезного результата, как движущего и стабилизирующего систему фактора, возникла именно где-то здесь, на стыке предбиологических и примитивных биологических комбинаций материи. Следовательно, искать ответа на поставленные выше вопросы об универсальной роли результата в поддержании стабильности систем надо именно здесь.

Широкая общность законов и, следовательно, “философский корень” кибернетики надо искать в том периоде развития нашей планеты, когда сложилась первичная необходимость полезного результата.

Однако в связи с этим нам придется несколько по-новому посмотреть на диалектико-материалистическую формулировку жизни. Сохраняя свое принципиальное содержание, эта формула, как нам кажется, на новом этапе развития наук должна включить в себя все то, что создано в последние годы биологическим и физиологическим экспериментом.

Уже сам тот факт, что центральным пунктом прогресса жизни является полезный результат действия, заключенный в единую функциональную систему, указывает на то, что для полной характеристики жизненного процесса сейчас уже недостаточно только чисто субстратного основания. Материальный субстрат не может быть основой жизни без того, чтобы он не составил какую-либо систему отношений с более или менее стабильным конечным результатом, в каком-то отношении полезным самой системе. Это вытекает из свойств саморегу-ляторной динамической организации, которая была нами рассмотрена выше.

Как известно, диалектико-материалистическая формула жизни, вытекающая из общих установок “Диалектики природы” Энгельса, состоит в том, что на первый план ставится специфика субстрата, т.е. белковые тела. Несомненным остаётся и сейчас, что эта формулировка Энгельса: “Жизнь есть способ существования белковых тел”²² — является по своей глубокой материалистической сущности верной. Именно белковые тела составили тот субстрат, без которого невозможен был прогресс жизни и невозможно было совершенствование её форм.

Однако, согласно последним достижениям молекулярной биологии, “белковые тела” представляют собой настолько высокую « топень организации материи, что исторический подход к развитию жизни на Земле заставляет нас поставить неизбежный вопрос: а как произошли сами белковые тела? Являются ли они пассивным продуктом случайных предбиологических химичес-ких комбинаций, в миллионных количествах возникавших на основе самых разнообразных физических и химических условий нашей планеты? Или сам белок как высокополимеризо-ванный продукт является продуктом каких-то активных процессов, толкнувших пред биологические системы на путь неудержимого прогресса?

Специальная литература о происхождении жизни на Земле и в особенности о происхождении предбиологических систем подчинена почти исключительно субстратной концепции жизни и направляет свое внимание в сторону всех тех возможных физических условий, когда-то существовавших на нашей планете, которые способствовали формированию именно таких субстратов.

Достаточно посмотреть последнюю литературу, относящуюся к происхождению жизни, чтобы увидеть, что все попытки разрешить проблему происхождения жизни на Земле связаны с поисками тех возможных условий физического, химического и метеорологического характера, которые могли бы сформировать нечто близкое по составу какому-либо из белковых компонентов. Если отвести в сторону вопрос о межпланетных причинах происхождения жизни на Земле, то в этом смысле особенно важно отметить теорию А.И.Опарина²³, Холдейна²⁴, Бернала²⁵ и др.

Характерной чертой “субстратных теорий” происхождения жизни являются поиски тех критических соединений, которые, однажды сложившись, могли бы в процессе дальнейших превращений привести в конце концов к формированию белковой жизни. Интересно отметить, что эти теории жизни, почти как правило, считают наиболее важным и критическим моментом в появлении примитивной жизни на Земле ее способность к воспроизведению, т.е. по сути дела наиболее поздний и производный фактор жизни.

Вполне естественно поэтому, что в связи с новыми открытиями в области биологических наук (генетика) внимание ученых стало сосредоточиваться на роли в этом процессе дезокси- и рибонуклеиновых образований.

Однако концепция поиска случайных субстратных комбинаций и планетарных катаклизмов неизбежно должна была привести к тому представлению, что само возникновение жизни находится в зависимости от случайного наличия только соответствующего материала — белка или его компонентов.

Как уже говорилось выше, это положение в своей общей форме правильно, ибо на всех этапах развития жизни именно белковые полимеры оказались способными обеспечить выживание. Однако последние достижения молекулярной биологии, и особенно ее достижения на клеточном уровне, дают возможность высказать предположение, что субстрат жизни, взятый как таковой, не является единственной и решающей причиной ее появления. Сейчас уже невозможно обойтись без динамических характеристик первичной организации, назвать ли ее “предбио-логической” или даже “предорганической”.

Становится все более ясным, что белковые тела, являясь высокоспециализированными и более поздним субстратом жизни, не могут быть исключительным фактором, который подготовил ?кизненную организацию в ее предбиологической фазе, а может быть даже и в предбелковой стадии.

Наоборот, последние достижения науки дают все основания думать, что появлению белка как полимерного образования и даже появлению одного единственного нуклеотида неизбежно должны (ияли предшествовать такие динамические принципы организации материи, которые впоследствии на более высокоорганизованном уровне послужили своего рода “колыбелью” для появления и развития самих дефинитивных белковых образований.

Что же это за принципы организации? И почему они оказались столь решающими в дальнейшем подборе все более и (юлее совершенных форм структурного развития? В разделе этой

< татьи, озаглавленном “Система и результат”, я уже подчеркнул го важное положение, что никакая, хотя бы самая обширная, комбинация процессов и элементов не способна составить саморегулирующуюся систему, если эта комбинация не приводит к появлению каких-то результатов, обратно влияющих на распределение взаимодействующих сил в системе и тем самым полезных самой системе.

Следовательно, до тех пор пока при взаимодействии процессов результат деятельности этой системы не станет стабилизирующим и саморегулирующим фактором, система не может быть устойчивой. Становится ясным, что всякий субстрат может быть оцениваем только на фоне уже сложившейся устойчивой динамической системы, т.е. только с точки зрения того, в какой степени, входя в систему, он способствует или совершенствует получение соответствующего результата. А это означает, что сами поиски субстрата жизни должны быть расширены поисками той формы устойчивого результата, который, став своеобразным фокусом, стал обрастать все более и более новыми компонентами, усовершенствующими или уничтожающими уже созданные ранее устойчивые системы.

Едва ли будет преувеличением, если я скажу, что стабилизация на основе принципов саморегулирования является самой первичной и самой решающей чертой жизненного процесса и именно она обеспечила поступательное развитие структур в предбиологическом периоде. Можно говорить с уверенностью, что никакие близкие к жизни субстраты, в том числе и белок, сами по себе не могут составить жизни, если они не вовлечены в какую-то более обширную систему, функционирующую по принципу саморегуляторной стабилизации.

Приведенные выше рассуждения ставят перед нами в несколько новой форме те кардинальные вопросы, которые связаны с изучением происхождения жизни на Земле. Мы неизбежно должны поставить вопрос: что произошло ранее, белковые тела и биогенные амины, которые впоследствии составили саморегу-ляторную систему — жизнь, или наоборот, вначале создалась какая-то или какие-то примитивные химические стабилизации с каким-то, может быть, даже еще не биологическим, результатом? Но этой стабильной устойчивости было вполне достаточно для того, чтобы такая длительно “переживающая система” стала пунктом дальнейшего субстрата усовершенствования на основе пусть весьма примитивного, но все же “естественного

В самом деле, уже самый факт наличия какой-то стабильности саморегуляторного типа и появления результата, хотя бы только в форме самой устойчивости системы, становится неизбежным фактором резистенции такой примитивной системы против всякого рода внешних возмущающих воздействий. Следовательно, с появлением каких-то устойчивых систем саморегуляции критерием допустимости или недопустимости нового ингредиента системы становится его значение для ее стабилизации: если от присоединения чего-то нового система становится еще более стабильной, то этого достаточно, чтобы компонент нашел в ней свое место, а система стала еще более устойчивой. И наоборот, если внешний физико-химический фактор вредит стабилизации системы, то последняя или преодолевает его действия, или сама перестает существовать как стабильная система.

На все эти вопросы можно дать только один ответ: первичной могла быть только какая-то стабильная система процессов, для которой вначале единственно полезным результатом, очевидно, была сама ее устойчивость.

Мы хорошо знаем из теории ультрастабильных систем, что каждая такая система неизбежно приобретает некоторую резистентность по отношению к внешним воздействиям, хотя бы уже по одному тому, что она “стремится” сохранить стабильность.

Разбирая подробно способность стабильных и полистабиль-ных систем к адаптации, Эшби, например, пишет, что повторяющиеся действия на такую систему способствуют “отбору форм, обладающих особой способностью противостоять ее изменяющему действию”. И дальше, говоря о “системах с миллионными переменами”, которые на протяжении миллиона лет на поверхности Земли претерпевают самые разнообразные комбинации взаимодействий, он пишет: “Разве только чудо могло предохранить ее (Землю. — П~А.) от тех состояний, в которых переменные группируются в комплексы, способные к интенсивной самозащите”²⁶.

Я хочу еще и далее пояснить развитую выше точку фения. Есть все основания думать, что эти первично

< габилизовавшиеся системы, которые вначале могли быть

весьма простыми в химическом отношении, в последующем могли бы стать сами своеобразными “воспитателями” сложных полимерных продуктов, которые становятся уже неотъемлемым признаком более высокого уровня предбиологических и биологических организаций.

Изложенная нами выше точка зрения не исключает грандиозной роли белковых тел в развитии жизни, она лишь только предполагает появление белковых тел, как решающего этапа жизни в системе уже сформированных стабильных систем, может быть₇ даже и неорганического или элементарного органического характера. Поддерживая устойчивость за счет саморегуляторных соотношений с окружающей средой, эти системы в последующем становятся усовершенствованной основой биологических систем в подлинном смысле этого слова.

С этой точки зрения наиболее близкой к истине гипотезой происхождения жизни является, как нам кажется, гипотеза А.И.Опарина о коацерватных капельных объединениях, где многие компоненты могли бы вступать между собой в самые различные взаимодействия. Этой гипотезе не хватает лишь того, чтобы разнообразные химические ингредиенты, входящие в состав этих капель, составили какую-то саморегуляторную устойчивую систему за счет динамических взаимодействий с внешней средой.

Ясно одно, что как бы ни была мала эта первичная саморегулирующаяся система, она должна иметь стабилизирующий ее конечный результат. Этот результат и должен служить поддержанию ее стабильного состояния. При этих условиях все другие окружающие систему субстраты и факторы среды могут служить или в форме доставки ей исходных материалов или в форме потребления ее конечного продукта.

Таким образом, в целом это должна быть открытая система, которая теоретически может поддерживать устойчивость столь долго, насколько окружающая ее среда будет удовлетворять описанным выше требованиям. Иначе говоря, эта гипотетическая самая первичная устойчивая система в самой своей стабилизации приобретает “полезный результат” и неизбежно должна обладать свойствами настойчиво “защищать” этот результат от посторонних “возмущений”.

Особенно интересно подчеркнуть, что именно в этот момент и должна была родиться “целесообразность” в ее объективном, научном и материалистическом смысле, или, как говорил И.П.Павлов, “в дарвинском смысле”.

Поскольку у этих первичных систем устойчивость, стабильность была первым полезным результатом их деятельности, мы можем сказать, что всякая встреча этих систем со средой, приводившая к укреплению этой устойчивости, была полезной для системы в целом. Наоборот, все то, что нарушало ее устойчивость, становилось для нее отрицательным, неполезным. Иначе говоря, устойчивость первичных предбиологических систем стала решающим критерием самых разнообразных соотношений этих систем с окружающей их средой.

При такой точке зрения неизбежно должен возникнуть вопрос: какие же химические организации в первородном океане могли бы вступить в такого рода стабилизированные взаимодействия, и имеем ли мы что-либо подобное в известных нам в настоящее время химических взаимодействиях? Молекулярная биология дает нам достаточное количество примеров для того, чтобы допущение существования таких первичных систем стало вполне правдоподобным. И здесь прежде всего следует обратить внимание на те узловые пункты химических систем разной степени сложности, которые носят признаки самоорганизации.

Для примера можно взять хотя бы феномен так называемого “ретроингибирования”, или “торможения конечным продуктом”. Этот феномен имеет место у таких дробных частей обширных ценных химических реакций, что эти части по праву могут быть названы узлами стабилизации. Для таких открытых систем вход формируется на основе специфических реакций с окружающей средой, а выход, состоящий в формировании како-го-то результата — продукта, связан с уходом или потреблением этого продукта также во внешнюю среду.

Современная литература полна примерами, когда на очень узком отрезке какого-то обширного метаболического процесса формируется своеобразный стабилизирующий комплекс, регулирующий на основе обратного влияния весь ход метаболизма и данной области. Литература по саморегуляторным приспособлениям протоплазмы на молекулярном уровне в настоящее время обширна. Можно указать, например, работы Жакоба и

Моно²⁷, Диксона и Веба²⁸, Новика и Сциларда^ и многих других, которые показали, что в ряде случаев определенная концентрация конечного продукта в цепи метаболических реакций оказывает тормозящее действие на начальную стадию всей цепи реакции.

Совершенно очевидно, что здесь мы имеем элементарную, но типичную саморегулирующуюся систему, которая может поддерживать совершенно стабильный уровень, например, триптофана или изолейцина в данной среде и обладает определенными чертами устойчивости. Если же все, что окружает узел этой химической реакции, принять за среду по отношению к этой, как ее назвал Жакоб, “аллостерической системе”, то мы будем иметь нечто подобное той предполагаемой первичной устойчивой системе, о которой мы говорили выше. Здесь уже не только устойчивость как таковая является результатом системы, но и сам конкретный продукт сам себя поддерживает в данной среде на определенном уровне его концентрации.

Пожалуй, наиболее демонстративно этот процесс развивается в случае биосинтеза цитидин-5-трифосфата. Здесь исходным продуктом является карбамилфосфат, который с помощью целой серии ферментов через стадии L-дигидроотовая кислота, орото-вая кислота, оротидин-5'-фосфат, уридин-5'-фосфат приходит к образованию цитидин-5'-трифосфата. Мы имеем типичную саморегулирующуюся систему с весьма четким исходным материалом и конечным продуктом.

Само собой разумеется, что вся динамика этой системы будет зависеть от того, в какой степени внешняя среда по отношению к этой системе может непрерывно поставлять карбамилфосфат и аспарагиновую кислоту и в какой степени та же среда сможет потреблять конечный продукт этой саморегулирующейся системы, т.е. цитидин-5'-трифосфат.

Важно отметить одно обстоятельство, что такой универсальный механизм создания и усовершенствования стабильных систем, как ретроингибирование, может эволюционировать, совершенствоваться и, следовательно, вступать в более комплексные отношения с окружающей средой системы. Конечно, следует помнить, что в данном случае мы имеем систему с органическими компонентами, т.е. систему, уже в какой-то степени получившую свое оформление в пределах обширной живой системы. Но едва ли можно сомневаться в том, что в первородном океане, который содержал миллионы различных компонентов и значительно больше этого различных комбинаций взаимодействий, что там не создавались системы подобного типа на примитивном органическом уровне, например, на основе фотосинтеза и с неорганическими катализаторами.

В разобранной выше устойчивой системе первый фермент — аспартат-транскарбамилаза в процессе эволюции может приобрести специфический пункт для ингибиторного воздействия от конечного продукта. Это показывает, что и сам фермент является специфическим продуктом саморегуляционной, устойчивой системы, приспособленным к ее химическим свойствам, т.е. по отношению к вполне определенному конечному продукту.

Этот последний факт лишний раз подтверждает вышеприведенные положения, что начальным этапом в прогрессе предбиологических систем должна была быть первичная устойчивая система с чертами саморегуляции. И только в процессе “защиты” этой устойчивости и в процессе многообразных взаимодействий системы с внешними факторами среды происходит непрерывное “обрастание” ее все новыми и новыми компонентами, вступающими в прогрессивное взаимодействие с уже имевшимися ранее компонентами этой системы.

С этой точки зрения, и первичные белковые тела, и более

< пециализированные белки в виде ферментов явились следствием постепенно совершенствовавшихся стабильных предбиологических систем, послуживших основой для развития жизни на Земле.

В заключение этого раздела статьи отметим три важных обстоятельства.

1. Само появление устойчивых систем с чертами саморегуляции стало возможным только потому, что возник первый результат

• гой саморегуляции в виде самой устойчивости, способной к сопротивлению против внешних воздействий. Следовательно, регуляторная роль результата системы была первым движущим фактором развития систем, который сопровождал все этапы предбиологического, биологического и социального развития материи.

2. Мы не имеем возможности допустить сейчас, что белковые тела, и в частности рибонуклеиновые кислоты, возникли как нечто отдельное и самостоятельное, на основе только чисто субстратных перекомбинаций на нашей планете, как это, например, полагает Эренсверд²⁹. Сама химическая структура белковых образований, и особенно ферментов, настолько точно и очевидно приспособлена к детальным функциям саморегуляторного характера у весьма различных систем, что нет никакой возможности допустить, чтобы они могли возникнуть как бы спонтанно и независимо от этих систем, т.е. вне принципов, удерживающих систему в стабильном состоянии.

3. Эти новые положения, сформулированные нами, как можно было видеть, не снимают той огромной роли белковых тел в жизненном процессе, которая была сформулирована ©.Энгельсом, и, следовательно, диалектико-материалистическое понимание основ жизни остается в силе. Однако приведенные выше рассуждения, основанные на успехах кибернетического, физиологического и биохимических исследований живых систем, дают возможность представить себе развитие жизни на Земле и, следовательно, белковых полимеров в связи с совершенствованием результата как центрального фактора саморегулирующихся систем.

В предыдущем изложении не раз отмечалось, что существующая до сих пор физиологическая терминология практически исключила результат действия из основных понятий рефлекторной деятельности. Это обстоятельство, как мы видели, значительно повлияло на физиологические подходы к объяснению целостных поведенческих актов.

По сути дела, то же самое в какой-то степени мы имеем и в области кибернетических представлений. Целый ряд терминов и понятий кибернетики, хотя и имеет широкое хождение среди исследователей, но именно в силу того, что из них также исключено понятие результата как основного фактора саморегуляции, эти понятия имеют весьма ограниченное влияние на самый исследовательский процесс. Ниже я постараюсь разобрать некоторые из таких кибернетических понятий, чтобы показать, в какой степени меняется их трактовка и подход к ним при внесении в кибернетические модели понятия о результате.

а) “Управляющая система”. В числе общих представлений о кибернетике широкое хождение получил термин “управляющая система”. Мне хотелось бы здесь отметить тот факт, что это понятие ни лингвистически, ни логически не соответствует тому объему представлений, которые составляют основу кибернетического мышления.

В самом деле, термин “управляющая” означает лишь то, что какое-то устройство воздействует с помощью определенных сигналов на управляемый объект, находящийся за пределами данного устройства. Иначе говоря, семантически “управляющий” и “управляемый” не могут быть выражены частным термином “управляющий”. Кроме того, весь смысл кибернетических взаимоотношений состоит именно в том, что “управляемый”, т.е. результат действия системы, должен непременно сообщать о степени его достаточности или недостаточности туда, где используется результат системы и где формируется программа действия.

Таким образом, выражение “управляющая система” не может быть принято хотя бы уже в силу того, что оно не отражает всего смысла кибернетических взаимоотношений. Это особенно четко вытекает из того, что смысл выражения “управляющая система” не включает в себя конечный полезный результат саморегулирующейся системы.

Предложенное нами еще в 1935 г. понятие “функциональная система”, как можно было видеть выше, наиболее полно отражает основной смысл кибернетических закономерностей. Функциональная система включает в себя центральную нервную систему, в которой происходит афферентный синтез, принятие решения и складываются программы действия. Она включает также управляющее воздействие на периферический аппарат, т.е.

формирование самого действия, она включает формирование результата этого действия и весьма специфическую сигнализацию о нем, наконец, принятие и сопоставление этой информации в акцепторе действия.

Все звенья этой системы связаны взаимовлиянием, которое не происходит хаотически или неориентированно, а развивается таким образом, что все компоненты системы содействуют друг другу, т.е. их усилия фокусируются на путях получения полезного результата для данной системы или для организма в целом. Следовательно, в функциональной системе результат является универсальным организующим фактором. Именно это и определяет, в какой степени, в каком месте и в какое время включится тот или иной компонент системы.

б) “Иерархия систем” — иерархия результатов. Принятие положения, что результат является центральным пунктом системы, неизбежно ведет нас к иному пониманию организации целого организма, в котором происходит объединение систем и субсистем в определенной иерархии.

Прежде всего любая система, как бы она ни была незначительна по объему участвующих компонентов, должна непременно заканчиваться полезным результатом. Организм не мог бы существовать как гармоническое объединение систем с огромным количеством результатов, если бы объединялись только лишь системы в их целостном содержании. Биологический смысл формирования каждой более высокой системы на основе субсистем состоит в том, что объединяются именно результаты суб-систем, а уже это объединение результатов составляет новый уровень саморегулирующихся систем с новым конечным полезным результатом.

В свою очередь эти более высокоорганизованные функциональные системы заканчиваются также результатом, а эти последние результаты могут объединяться в функциональные системы еще более высокого уровня.

Из этих положений с очевидностью следует, что когда мы говорим о том, что более высокоорганизованная система состоит из субсистем, то это надо понимать отнюдь не в прямом смысле этого выражения. Правильнее было говорить, что всякая функциональная система более высокого уровня организации составляется на основе результатов субсистем, т.е. результатов функциональных систем более низкой организации. Мне кажется, что этот подход к соотношению “систем” и “субсистем” значительно расширяет наши представления об интегративной деятельности целого организма, заканчивающейся полезным приспособительным результатом.

в) Кибернетика и “причинные сети”. Недавно на страницах нашей печати возникла дискуссия о том, какое содержание вложить в понятие “кибернетики” как науки. Как мы уже видели, в первом параграфе этой статьи были сделаны самые разнообразные акценты на детальных сторонах саморегуляции, обеспечивающих динамическое целостное образование.

С точки зрения А.А. Маркова, акцент при определении кибернетики делается на детерминистическом характере взаимодействия частей системы³⁰. Что такое “причинная сеть”, если к ней применить критерий результата как центрального пункта саморегулирующейся системы? Сам А.А.Марков предлагает считать кибернетику как науку о “причинных сетях”.

При ближайшем рассмотрении концепции А.А. Маркова в аспекте кибернетических закономерностей становится совершенно отчетливым, что причинная сеть не является организованным целым в кибернетическом смысле: она не имеет цели, прогноза результатов своего функционирования и, что самое главное, не имеет полезного результата функционирования, а следовательно, никак не связана в своих реорганизациях с информацией о полученном результате.

Такая причинная сеть не может быть пластичной, самоорганизующейся, ибо такая самоорганизация происходила бы вхолостую, неизвестно для чего, не приводя ни к какому положительному эффекту и не получая от этого последнего обратную информацию. Примеры с циркуляцией чемоданов по цепи человеческих рук могут быть объектом обработки с математической точки зрения. Однако, не составляя, с точки зрения кибернетической, “замкнутого цикла”, они не являются удачным аргументом для определения содержания кибернетики как науки.

Если принять во внимание все приведенное нами в предыдущих разделах статьи, то формулировка и трактовка “причинной сети” А.А. Марковым являются наилучшим аргументом за необходимость принятия результата деятельности системы в качестве основного параметра саморегуляции. В противном случае все изменения в “причинной сети” не будут достаточно детермини-рованны и целенаправленны. Мы должны помнить, что никаких “причин” в этой сети не может быть вне формирования конечного полезного результата, и, следовательно, только он может определить, какая причина и какие следствия должны быть получены в каждом данном участке системы.

г) “Надежность” как кибернетическое понятие. Хорошо известно, что надежность, пожалуй, самое устоявшееся понятие в кибернетике. Мы можем часто встретить выражение, что задачей кибернетики является “построение надежных систем из ненадежных элементов”. Исходя из органического единства “система — результат”, мы должны сказать, что это выражение представляет собой кибернетический нонсенс.

В самом деле, может ли быть система “надежной”, если “ненадежны” ее элементы? Говоря о надежности элементов, мы в первую очередь, конечно, предполагаем или их “выход из строя”, или их внезапную изменчивость в процессе работы системы. Но если отдельные элементы системы оказываются изменчивыми или нарушенными, то может ли при этом система быть “надежной”, т.е. не изменить и не нарушить взаимодействия всех ее остальных компонентов?

Поясню этот вопрос конкретным поведенческим примером. В лабиринтных опытах у крысы был выработан в ответ на определенный сигнал навык побежки к кормушке, где крысу подкрепляли кормом. После того как крыса выработала этот навык и безошибочно различала все ходы лабиринтов, ведущих к кормушке, у нее были ампутированы все четыре конечности. Естественно, что теперь крыса не могла передвигаться обычным способом. Однако оказалось, что и теперь в ответ на те же сигналы крыса нашла возможность передвигаться к тем же кормушкам: она продвигалась к ним бочкообразно, т.е. подобно тому, как катится бочка. Благодаря этому способу она докатывалась к той же самой кормушке и получала тот же самый результат, т.е. то же самое пищевое подкрепление.

Постараемся понять этот эксперимент с точки зрения приведенных выше рассуждений. Что здесь произошло? Ясно, что из обширной локомоторной системы животного были вырваны ее весьма значительные компоненты — конечности. Следовательно, компоненты большой системы поведенческого акта, несомненно, стали “ненадежными”. Значит ли это, что вся локомоторная система осталась “надежной”, т.е. неизменившейся и ненарушенной?

Физиология нервной системы на это отвечает вполне определенно: все элементы локомоторной системы в приведенном случае подверглись значительному изменению, произошло радикальное перемещение удельного веса отдельных оставшихся мышечных компонентов и резкое изменение распределения возбуждений по системам в целом. Таким образом, совершенно очевидно, что у гармонически сочетанной функциональной системы, обладавшей всеми чертами саморегуляции, каждое нарушение или изменение ее элементов немедленно ведет к перестройке и перераспределению роли всех других компонентов системы.

Но что же тогда в данном примере является все-таки действительно “надежным”? Надежным является результат деятельности системы, т.е. получение пищи. Именно он остался одним и тем же, несмотря на радикальные изменения как отдельных элементов, так и всей системы в целом.

И в этом состоит универсальный закон приспособления живых систем ко всякого рода экстренным нарушениям. Итак, приведенное выше ходячее выражение о “ненадежности” элементов и “надежности” систем является парадоксальным с точки зрения понятия о системе.

Во всех приведенных выше определениях надежности результат системы не фигурирует как фактор, определяющий все возможные модуляции и перестройки взаимоотношений элементов в пределах целой системы. Модифицируя общеупотребительную формулу надежности, мы могли бы сказать, что термин “надежность” во всех саморегулирующихся системах, как общественных, так и биологических и механических, может быть применим только к результату деятельности системы. Именно надежность результата представляет собой тот примум мовенс (primum movens), который своими отклонениями определяет любую “надежность”, любое изменение и любую перестройку как в элементах, так и в целой системе.

Иначе говоря, как бы ни была изменена функциональная

< истема и как бы ни было перераспределено участие ее компонентов,

г. 2449 элементы и вся система всегда будут надежными, если и в этих случаях оказался надежным результат ее деятельности. Применительно к живым системам это положение можно было бы сформулировать следующим образом: результат действия только потому и может стать надежным, что и элементы системы, и сама она в целом могут быть пластичными, т.е. “ненадежными”.

д) Понятие “информационного эквивалента ’ результата. В первом параграфе мы говорили о том, что определения кибернетики, основанные на понятии преобразования информации, хотя и берут существенную сторону саморегуляции, однако являются недостаточными, поскольку они не отражают специфического характера архитектурных особенностей саморегуляции. В самом деле, информация может циркулировать и преобразовываться и в таких взаимодействиях отдельных компонентов, которые могут быть и не саморегуляционными. Достаточно взять те жесткие причинно-следственные отношения, которые мы, например, имеем в примере А.А. Маркова с электрическим звонком, где также происходит непрерывное преобразование информации. Однако информация, циркулирующая в саморегулирующейся системе, организует ее взаимодействия, которые оканчиваются полезным приспособительным результатом. Именно этот решающий факт заставляет нас посмотреть и на преобразования информации с несколько другой точки зрения. В этом смысле мне хотелось бы обратить особое внимание на одно из высказываний Эшби в отношении того, что представляет собой циркуляция информации в системе.

Давая в одной из своих последних работ математическое выражение переходным состояниям системы и кодирования в ней информации, он пишет: “...Суть идеи машины, которая уже давно понималась интуитивно, будучи выражена строго, сводится к тому, что в “машине” мы видим кодированный вариант простой последовательности событий

Едва ли можно согласиться с Эшби, что в “машине”, а в данном случае под машиной им подразумевается биологическая система, кодирование подчиняется “простой последовательности событий”. Конечно, в любой системе, поскольку она подчинена временной структуре нашего мира, события развертываются и кодируются последовательно. Однако в любом изолированном “блоке системы”, функция которого заканчивается полезным результатом, эта последовательность и это кодирование не могут быть безотносительными к этому результату.

В самом деле, фактически на любом этапе циркулирования информации в функциональной системе сама информация неизбежно кодирует какую-то долю предстоящего результата, будучи подчиненной этому конечному результату. Любой элемент системы в какой-то степени отражает долю своего локального участия в получении конечного результата, и, следовательно, его информационные взаимоотношения неизбежно должны отражать какой-то эквивалент его участия в получении результата.

Постараюсь пояснить все вышесказанное конкретным физиологическим примером. Дыхательная система, постоянным промежуточным результатом которой является поддержание устойчивой концентрации С0₂ — 0₂ в крови, служит хорошим примером того, что информация, на каких бы этапах системы она ни циркулировала, не может быть безотносительной к конечному полезному результату.

Допустим, что в дыхательном центре сложилась такая ситуация, что после обработки информации от хеморецепторов сосудистой системы, от хеморецепторов ткани, от хеморецепторов сердца и хеморецепторов самого дыхательного центра, т.е. после афферентного синтеза, дыхательный центр дает “команду” на периферию забрать 600 кубиков воздуха. Эта команда в объ-смном коде выражает нужду организма в кислороде на данный момент. Постараемся понять, как эта информация, или “команда”, будет распространяться по дыхательной функциональной системе через все информационные каналы.

Из моторной части дыхательного центра возбуждение выходит по спинному мозгу и по дыхательным нервным стволам на псе дыхательные мышцы: диафрагму, межреберные мышцы, брюшные мышцы, головные мышцы и т.д. Однако эта информация дыхательного центра распределяется по дыхательным мышцам отнюдь не беспорядочно. Каждая мышца получает нервные импуль-(ации в таком временном распределении, что в конечном счете все мышцы грудной клетки сокращаются ровно настолько, что в легкие пходит именно 600 см^ воздуха. Следовательно, возбуждение, распространявшееся по нервам, закодировало в количестве им-пульсаций и интервальных соотношениях именно 600 кубиков воздуха. Наряду с этим дыхательные мышцы грудной клетки в своих сокращениях проявили тот же самый ход, т.е. сократились в такой степени, что забирается именно 600 кубиков воздуха.

Пожалуй, самым интересным элементом дыхательной системы является движение информации в обратном направлении, т.е. когда взяты 600 кубиков воздуха. Статистически выражаясь, п-е количество альвеол растянуты в такой степени и в такой градации, что они забирают именно 600 кубиков воздуха. Но тогда совокупность весьма разнообразных импульсов от растяжения альвеолярных рецепторов обоих легких будет такова, что в целом эти обратные афферентации по всем волокнам блуждающего нерва должны быть эквивалентны информации именно о 600 кубиках воздуха, взятого легкими. Таким образом, круг замыкается.

Дыхательный центр после обработки всей входной информации посылает потоки эфферентных импульсов, в которых как по частоте, так и по интервалу закодирован будущий результат -— взятие 600 кубиков воздуха. Дыхательные мышцы воспринимают эту информацию и трансформируют ее в сократительный процесс, который также в совокупности мышечных волокон отражает исходный код дыхательного центра расширить грудную клетку для взятия 600 кубиков воздуха. Растянутые воздухом альвеолы, несмотря на все многообразие степеней растяжения, в статистической совокупности посылают от своих рецепторов в дыхательный центр информацию о взятии именно 600 кубиков воздуха, а не 500 и 400. Эта информация приходит в дыхательный центр и вступает в сопоставительный контакт с уже известным нам аппаратом — акцептором действия. Такое соотношение было показано в целой серии специальных экспериментов.

Таким образом, сам факт получения приспособительного результата системой неизбежно определяет объем и кодирование информации на всех путях ее распространения: она всюду должна быть эквивалентна результату действия, и на путях его получения, и на путях сигнализации о получении в центральную нервную систему.

Таким образом, из теории функциональной системы следует, что циркуляция информации по компонентам системы не может быть “информацией вообще”; это всегда информация, которая в специфическом коде данного конкретного элемента системы содержит эквивалент или будущего или уже полученного результата.

Все эти соображения, разработанные нами для всех основных функциональных систем организма, дают нам возможность сформулировать следующие положения:

а) наличие приспособительного результата во всякой саморегулирующейся и самоорганизующейся системе радикально ориентирует все потоки информации в системе на этот результат;

б) любой элемент системы проводит или преобразует информацию только в эквиваленте какой-то доли этого результата;

в) каждый элемент системы, информация которого не отражает параметров результата, делается помехой для системы и немедленно преодолевается пластическими перестройками всей системы в целом.

Мы считаем поэтому необходимым для более продуктивного исследования функциональных систем организма ввести понятие “информационного эквивалента результата”. Как мы видели, этот эквивалент имеет место во всех звеньях системы, и, следовательно, приняв, что информация, циркулирующая в системе, всегда в какой-то степени отражает эквивалент результата, мы облегчаем себе изучение ее природы и ее функционального смысла на всех этапах циркуляции.

Мне хотелось бы в заключение этого раздела возвратиться к полемике, которая возникла между А.Н.Колмогоровым и А. А.Марковым.

Несомненно, преобразование информации в системе является одной из самых характерных черт кибернетики, хотя, как мы видели, этим понятием и не покрывается весь смысл ее как нового направления мышления. Сама информация должна быть оценена и понята всегда как какой-то эквивалент результата. Гаким образом, мы можем с достаточной степенью уверенности сказать, что “причинные сети” А.А.Маркова едва ли могут быть целиком приняты в качестве основы для характеристики основных черт кибернетики как науки. Тот факт, что понятие информации в причинных сетях заменено причинно-следственными отношениями, уводит всю проблему от изучения саморегулирующихся систем и от их полезного результата.

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящий очерк имел целью провести анализ основных кибернетических закономерностей под углом зрения более общих законов мира, которые определили на различных этапах жизни нашей планеты формирование этих закономерностей. Мне кажется, что современный материал, привлеченный нами в этом очерке, убеждает нас в необходимости выработки новых взглядов на некоторые как бы устоявшиеся общепринятые истины.

Задача дать философско-методологический анализ кибернетических закономерностей и с этих позиций по-новому посмотреть на некоторые стороны самой кибернетики, несомненно, далека от выполнения. В этом большом вопросе трудно быть уверенным, что ты стоишь у границы разрешения проблемы. Очень часто ученому приходится удовлетвориться тем, что он ставит вопрос в несколько ином плане, чем этот вопрос разрабатывался раньше.

Как можно было видеть, я попытался вывести на свет тот главный фактор, который, несмотря на его определяющий характер, остается как-то вне поля зрения исследователей. Этот главный фактор — результат деятельности системы.

Сопровождая жизнь на всем протяжении ее эволюции, результат подчинил себе все свойства и конструкции функциональной системы, которые в свою очередь обеспечили ему все более и более тонкое приспособление к все усложнявшимся условиям существования от биологического к социальному уровню. В этом именно и состоит главный смысл наличия общих законов функционирования у явлений различного класса: машин, организмов и общественных образований. Все эти классы явлений возникли, развивались и существуют в наше время на основе получения конечного полезного результата. Но именно этот последний оказывает свое императивное влияние на всю систему и на переорганизацию ее компонентов. Он и лежит в основе общих закономерностей различных классов систем.