Избранные труды. Кибернетика функциональных систем

ФИЗИОЛОГИЯ И КИБЕРНЕТИКА³¹

Бурный рост нового и своеобразного направления научного мышления, объединенного понятием “кибернетика”, вполне законно привлекает к себе пристальное внимание деятелей самых разнообразных научных дисциплин. Успех этого направления понятен: оно не только глубоко научно формулирует и развивает свою теоретическую основу, но также каждодневно убеждает и в своей практической важности, в том, что оно несет с собой новое скачкообразное преобразование всех тех сторон общественной жизни, где решающее значение имеет техника. Совершенно по-но-вому ставится вопрос об управлении различными производящими механизмами в самом широком смысле этого слова. Достаточно указать на полную автоматизацию ряда промышленных предприятий, расчета дальнодействующих аппаратов, снарядов и вообще всех тех явлений в жизни человека, которые требуют коммуникаций, то есть отдаленных связей и управлений.

Конечным пунктом стремлений кибернетики является вскрытие на математическом основании законов деятельности головного мозга и использование этих законов для управления его процессами. На этой основе возникла особая ветвь кибернетики — теория моделирования биологических процессов в механических схемах и устройствах. Кульминационного пункта это направление достигает в попытках моделировать мозг человека в его наиболее тонких формах деятельности — вторая сигнальная система и т.п.

Не удивительно, что именно эта сторона кибернетического направления — моделирование и производство всевозможных “роботов”³² — приобрела особенно широкую известность. И все же более глубокая и всеобщая суть кибернетики находится несколько в другой плоскости. Создание механических моделей является лишь частным следствием этой сути.

Основная трудность состоит сейчас в формулировании того наиболее специфического, что несет с собой кибернетика, и того, какой единый философский смысл заключается в ее неимоверно широкой экспансии положительно во все области человеческого знания до наук о человеческом обществе включительно.

Для обсуждения этих вопросов устраиваются международные конгрессы: почти в каждой стране представители различных областей знания собираются на специальные симпозиумы и т.д. Причем наряду с совершенно законным признанием огромных достижений, которые были получены в технике на основе применения кибернетических принципов, высказываются также и весьма разумные предостережения по поводу чрезвычайно расширяющихся претензий этой новой отрасли знания. Так, например, Луи де Бройль, очень высоко оценивая значение нового направления научной мысли, все же пишет: “...Чувство интереса, а иногда и восхищения принимает у меня оттенок недоверия...”. Дальше он поясняет, на какой основе складывается этот “оттенок недоверия”: “Мне кажется, что устремления кибернетики, столь полезные в качестве стимула к исследованиям, выходят в данное время за пределы той области, которую она может охватить с полным правом. Некоторые же из ее соображений явно выходят за рамки тех результатов, над которыми она может обеспечить действенный контроль”¹.

Эти сомнения становятся особенно настойчивыми и повсеместными, когда от математического анализа “сервомеханизмов” и нескольких удачных примеров моделирования физиологических феноменов кибернетика делает попытки перейти к раскрытию самых высших функций человеческого мозга и в особенности общественного поведения человека. Здесь оказался предел притязаний кибернетики, и именно поэтому возникла широкая дискуссия о смысле и методах этого научного направления.

Следует повторить, однако, что никто при этом не сомнева-

¹ Louis de Broglie “Une generale et philosophique sur la cybemetique”, в журнале “Structure et evolution des techniques”. Paris, 1953—1954, № 35—36,

p.l.

ется в огромной важности кибернетики как области знания, устанавливающей новые перспективы исследования и обеспечивающей чрезвычайно полезные преобразования в области техники. В этом смысле надо признать весьма ценной инициативу акад. С.Л. Соболева, проф. А.А. Ляпунова, А.И. Китова, Э. Кольмана и др., которые на страницах журнала “Вопросы философии” смело поставили вопрос о недопустимости игнорирования кибернетики. Они дали возможность сделать кибернетику предметом открытой дискуссии и этим самым прекратили невежественные попытки объявить её “вредным вымыслом”. Именно после этого выступления в советской прессе появился ряд статей, разбирающих различные стороны кибернетики. Особенно я должен указать на статью Ю.П. Фролова, а также на статью Иона Н. Бэлэнеску (см. журнал “Вопросы философии” № 3 за 1956 г. и № 3 за 1957 г.), которые ближе всего подходят к предмету как данной статьи, так и статьи И.И. Гальперина, помещённой в этом же номере.

Оценивая все имеющиеся в настоящее время наиболее значительные высказывания зарубежных учёных, явившиеся откликом на выступления Норберта Винера, а также и ряд выступлений наших советских учёных, можно сделать несколько существенных, на наш взгляд, замечаний, которые и послужат исходным пунктом для дальнейших наших собственных соображений по этой проблеме.

Можно отметить прежде всего, что почти все работы, касающиеся проблемы кибернетики, берут для обсуждения какие-либо частные стороны этой теории, но не касаются её принципиального содержания, её руководящих положений. Причиной такого положения дела является прежде всего недостаточная чёткость постановки этого вопроса у самого Н. Винера. Он не развил мысль о том, на каком общем основании покоится возможность переноса, сопоставления и аналогизирования механизмов автоматической регуляции в машинных системах с работой таковых в животном организме. Вернее, он недостаточно её развил. Он не указал также и той границы, у которой должно остановиться сопоставление и моделирование живых систем и машин.

Благодаря именно этой нечёткости внимание подавляющего числа исследователей и особенно широкой интеллигенции было направлено главным образом в сторону моделирования различных функций целого организма в машинных схемах и действующих моделях (обучающиеся мыши и т.д.). Между тем моделирование — это далеко не всё то, что содержит в себе кибернетика и что от неё надо ожидать для взаимного обогащения различных наук.

Что такое моделирование? Как полагают некоторые исследователи (см., например, Бэлэнеску), это есть “воспроизведение”(!) в машинных устройствах какой-либо деятельности организма. Однако в данном случае понятие “воспроизведение” употреблено не в соответствии с точным смыслом, и потому оно скорее запутывает вопрос, чем разъясняет его. Так как такие операции с нераскрытыми понятиями начинают уже в настоящее время мешать дальнейшему прогрессу во взаимопонимании различных специалистов, то я считаю необходимым уделить им несколько подчёркнутое внимание.

Прежде всего зададим себе вопрос: что значит “воспроизвести” какое-либо явление из деятельности целого организма? Понятие “воспроизведение”, употреблённое без специальных ограничительных формулировок, всегда предполагает идентичность явлений, процессов и предметов по их существу. Можно, например, воспроизвести другой автомобиль, подобный (!) первому, можно воспроизвести какой-либо индивидуальный организм, который содержит в себе все органические признаки своего вида, но нельзя с помощью радиолампы или полупроводника германия (Ross Ashby, 1952)¹ “воспроизвести” межнейрональный синапс. А между тем во всех случаях, когда речь идёт об .шалогиях машинных и живых систем, понятие “воспроизводить” фигурирует как нечто само собой разумеющееся.

Гак что же всё-таки “воспроизводится” в машинных моделях, и почему они так неотразимо гипнотизируют наше внимание? ')гот вопрос может быть решён только на путях тщательного .шализа всех сторон того многообразного процесса, который

^ Couffignal L. “Methodes et limites de la cybernetique” в журнале Structure et evolution des techniques”. Paris, 1953—1954, № 35 — 36, 10—11).

кажется воспроизведённым. Возьмём в качестве примера проведение через полупроводник германий, который так широко использован Эшби в его “гомеостатах”. Если расположить по отношению к германию соответствующим образом подводящие и отводящие ток провода, то можно создать такие соотношения, которые во многом походят на некоторые формы синаптического проведения. Так, например, два одновременно входящих тока могут “тормозить” друг друга в полупроводнике, и благодаря этому из кристалла германия не выходит ток на отводящие провода. Создаются условия, которые могут быть признаны (как это и делают зарубежные учёные) моделью синаптического торможения, то есть, в конце концов, пессимального торможения.

Но “воспроизвели” ли мы здесь в самом деле торможение? И какую его сторону мы воспроизвели? Если произвести строжайший логический анализ этого “воспроизведения”, то окажется, что мы имеем перед собой феноменологическую сторону “отсутствия чего-то” и поскольку при торможении также, в конце концов, отсутствует какая-то заторможенная деятельность, то от феномена отсутствия делается интерполяция и в существо процесса, которому и приписывается термин “торможение”.

Можно было бы мне возразить, что ведь каждое моделирование предполагает получение какого-либо сходного, то есть аналогичного, феномена и что ни одна модель не претендует на тождество природы механизмов. Это действительно так. Но отсутствие чётких формулировок, определяющих, что именно моделируется и что именно “воспроизводится” в каждом отдельном случае, мешает до конца разобраться в этом запутанном вопросе, а часто ведёт к вульгаризации и самой идеи моделирования. Опасность такой неопределённости состоит прежде всего в том, что часто за сходными внешними феноменами лежит пропасть между принципиальными качествами сравниваемых механизмов. В самом деле, если выражаться языком математической кибернетики, за феноменом синапса лежат необъятно широкие вероятности изменений, поскольку его протоплазматический и ионный состав представляет собой структуру с бесконечно большой пластичностью. Наоборот, возможности полупроводника чрезвычайно ограничены, и это отнюдь не только количественные различия.

Становится ясно, что “воспроизведение” феноменологической стороны, как одной из многочисленных сторон такого сложного явления природы, как синаптическое проведение, отнюдь не дает нам оснований питать иллюзии о полном отождествлении этих узловых пунктов в системе моделируемых процессов. Как увидим ниже, это обстоятельство является решающим в оценке кибернетики вообще как перспективного направления научной мысли.

Вместе с тем следует отметить, что весьма интересно поставленный И.Бэлэнеску вопрос, несомненно, продвигает вперед всю проблему о сходстве и различии механических и физиологических систем саморегуляции. Однако И.Бэлэнеску довольно часто высказывает категорическое положение о принципиальном различии физических и физиологических явлений, не указывая, где кончается сходство между ними и начинается различие. Так, например, сопоставляя работу механических систем и работу мозга, он пишет: “Процессы нервной системы, головного мозга являются биологическими процессами, в то время как процессы машины, как бы сложна и совершенна она ни была, являются физическими процессами (механическими, электрическими, электронными и т.д.)”³³.

Заслуживает внимания интересная попытка И.Бэлэнеску выработать классификацию тех общих законов, которые в одинаковой степени применимы как к механическим, так и к живым системам. Конечно, эти законы слишком общи и не дают пока видимой связи между законами живой и неживой природы, тем не менее они направляют мысль исследователя в определенную сторону при искании этой связи и потому могут быть приняты за положительные факторы.

Интересно отметить, что неясность и нечеткость общих принципиальных положений, на которых кибернетика объединяет разнородные научные направления, приводит к не вполне правильным заключениям даже у такого знатока этого дела, каким является Э.Кольман. Разбирая достоинства и свойства новых

< татистических машин, он пишет: “Тогда и были введены статистические машины, построенные на принципе перфорируемых карточек. В определенном месте на карточке пробиваются дырки,

< оответствующие всем учитываемым признакам. После этого перфорированные карточки вкладываются в машину, которая по желанию подсчитывает число карточек по какой-нибудь совокупности признаков. Статистические машины, или, более общо, счетноаналитические машины, выполняют, следовательно, логическое действие классификации...”³⁴. (Разрядка моя. — ПЛ.)

Стоит лишь внимательно вдуматься в достаточно четкое описание этой машины, чтобы заметить ошибку заключения. Действительно, выполняет ли машина в самом деле “логическое действие классификации”? Не требуется большого труда, чтобы увидеть, что суть всей работы машины раскрывается как раз во второй фразе, то есть когда “в определенном месте (!) на карточке пробиваются дырки, соответствующие (!!) всем учитываемым признакам (!!!)”. Иначе говоря, все логические действия проделал человек, исследователь, и задолго до того, как начала работать машина. Но что же здесь делает машина? Конечно, никакого “логического действия” она не производит и никогда не произведет. Она лишь на конструктивно-механическом основании “выдает” нужное логическое распределение карточек, сделанное задолго до того, как она стала работать. Комбинационные возможности такой машины могут быть весьма обширными, тем не менее эти машины есть только “стимуляторы”, как их остроумно назвал де Бройль, то есть они воспроизводят только какие-то отдельные, нерешающие черты многообразного процесса. Умозаключения, основанные на таком сопоставлении, представляют собой разновидность хорошо известного еще в аристотелевской логике приема, получившего название “pars pro toto”. Весь вопрос, конечно, в том, какая часть этого целого берется для моделирования.

Должен оговориться, что я отнюдь не являюсь противником моделирования вообще. Это было бы по меньшей мере неразумно. Но, учитывая то, что мы переживаем самый начальный период развития кибернетики как всеобщей научной теории “перекрестного оплодотворения”, я полагаю, что строгая и четкая формулировка понятий, определяющих процессы и механизмы, подлежащие в каждом отдельном случае моделированию, может только помочь нам в определении границ и возможностей этого научного направления. Это особенно касается области, которая мне ближе всего, — физиологии центральной нервной системы.

Здесь мы имеем самые неожиданные заключения, способные вселить смущение в умы людей, интересующихся кибернетикой.

Так, например, оказывается, безусловный рефлекс можно моделировать, условный также можно, а рефлексы второй сигнальной системы нельзя (Ю.П.Фролов). Почему? Никаких убедительных оснований к этому не дано. Здесь мы имеем опять тот же результат отсутствия четких формулировок того, в чем именно кибернетика находит общие основания для разнородных процессов и как далеко это общее может простираться. Бросается в глаза также и другой эпизод. И.И.Гальперин в своей интересной статье с особенной настойчивостью отстаивает возможность называть машины “рефлекторными”. Как увидим ниже, в самом этом требовании есть глубокая противоречивость, поскольку он наряду с этой тенденцией также отрицает возможность моделирования второй сигнальной системы. Явный парадокс! Если вторая сигнальная система (“сигналы сигналов”) действует так же на основе принципа рефлекса, как и два более низких уровня организации (первая сигнальная система, безусловный рефлекс), то спрашивается, почему же вторая сигнальная система не может быть моделирована “рефлекторными машинами”?

Наряду с этим отрицанием возможности моделирования имеются также примеры и весьма общих и расплывчатых аргументов, приводимых уже с другой целью, — для доказательства возможности моделирования. Так, например, Э.Кольман, разбирая вопрос о постепенной замене мышц руки человека орудиями и машинами, считает, что также легко может быть заменен соответствующими машинами и мозг человека. В своей общей форме эта идея несомненно правильная. Однако как ее аргументирует автор? Он говорит: “Ведь наш мозг, вся наша нервная система столь же материальны, как и наши руки и созданные ими машины, и сами наши мысли, абстрактные идеи также являются порождением материи...” (там же, стр. 159).

Совершенно очевидно, что приведение к такому весьма общему знаменателю, как материя, самых разнородных объектов и механизмов не имеет никакого конструктивного значения для самой проблемы о границах кибернетики. Такой аргумент приведен только потому, что автором не была вскрыта та существенная общая основа, которая вносится кибернетикой в науку и которая обеспечивает ей на сегодняшний день победное шествие по континентам и академиям.

Как было отмечено выше, в большинстве литературных публикаций и в нашей советской научной прессе и в зарубежной в центре внимания стоят лишь фрагменты кибернетики. Мне приходилось не раз слышать доклады “по кибернетике”, которые начинались с понятия информации и заканчивались им. Но ведь информация, как и сама теория информации, представляет собой только часть кибернетического принципа, только средство, с помощью которого создается целостная функциональная архитектура, приобретающая после этого черты, обязательные для любого другого аналогичного образования. Таким образом, весьма важный фрагмент теоретической кибернетики приобретает как бы самостоятельное значение и начинает обсуждаться и анализироваться без определения его места в общей системе кибернетических представлений.

Такая изоляция одного из звеньев целостной архитектуры особенно остро сказывается на разработке соотношений кибернетики и физиологии нервной системы. Здесь изоляция “информации” сводится к отдельному рассмотрению процессов нервной сигнализации. При такой редукции общей архитектуры целой функциональной системы организма кибернетика для физиологии теряет фактически всякий конструктивный смысл. Конечно, теория информации, чрезвычайно широко разработанная математикой, рассматриваемая даже в отдельности, способна дать направляющие идеи в изучении, например, анализаторных функций центральной нервной системы (Г.В.Гершуни, 1956). Однако этот частный процесс целой функциональной системы, сколь бы он глубоко ни разрабатывался отдельно, в отрыве от целостной архитектуры функции, никогда не умножит того специфического, что принесла кибернетика в физиологию целого организма.

В последнее время, пожалуй, еще более широко разбирается принцип “обратной связи”, как обязательное включение в систему автоматически регулирующихся механизмов. Здесь также имеются попытки искать аналогичных соотношений и в живом организме. Однако и в данном случае “обратная связь” обсуждается как что-то самодовлеющее, без детального анализа ее роли в системе целой реакции. Не ставится четко вопрос: что общего между организмом и машиной в отношении обратной связи и на какой основе генетически возникли эти аналогичные соотношения? Положение в этом вопросе несколько усугубляется еще и тем, что физиология целые столетия существовала без осознания обратной связи и потому даже вполне конкретные многолетние призывы нашей лаборатории к обязательному учету обратных афферентаций (в случае восстановления нарушенных функций) лишь с большим трудом входят в поле зрения исследователей. Следует отметить при этом, что абсолютная необходимость обратных афферентаций при восстановлении нарушенных функций целого организма нами была формулирована в совершенно отчетливой форме задолго до того, как вообще возникло само кибернетическое движение (П.К.Анохин, 1935).

Только недостаточно внимательным отношением физиологов к достижениям своей собственной науки можно объяснить то ложное мнение, согласно которому идея об “обратных связях” пришла в физиологию якобы от кибернетики. На самом деле, повторяю, она давно уже была тщательно разработана нами на основе конкретных экспериментальных моделей. Суть дела состояла в следующем.

После ряда перерезок нервных стволов у собаки эти стволы перешивались друг к другу перекрестно, то есть создавались условия так называемого “гетерогенного анастомоза нервов”. Впоследствии эти модели получили название “химер”, поскольку перекрестно сшитые нервные стволы проявляли целый ряд парадоксальных функциональных черт. Так, например, при прикосновении рукой к коже передней ноги можно было получить кашель и даже рвоту, передняя конечность проделывала вместе с диафрагмой “дыхательные движения” и т.д.

В большой серии этих экспериментов было выяснено, что восстановление функции нервной системы, то есть “переучивание центров”, происходит при непрерывном обратном афферентировании с периферии каждого этапа восстановления функций. Можно скачать, что в каждый отдельный момент животное при восстановлении функций только тогда переходит к следующему этапу восстановления, когда оно получит с периферии обратную аффе-1>гнтацию, информирующую центральную нервную систему о достигнутом эффекте. Без этой обратной афферентации не может быть и не происходит никакого восстановления нарушенных функций. Анализируя этот процесс восстановления (компенсация функций), мы пришли к выводу, что особенное значение для организма имеет та обратная афферентация, которая сигнализирует в центральную нервную систему окончательное достижение полезного эффекта. Эта обратная афферентация полностью стабилизирует (“санкционирует”) то распределение возбуждений в аппаратах коры и подкорки, которое смогло дать на периферии окончательный полезный эффект. В силу такой роли конечной обратной афферентации она нами была названа “санкционирующей афферентацией” (П.К.Анохин, 1935).

В последнее время наблюдается не совсем разумная, на мой взгляд, тенденция подменить физиологические термины и понятия терминами, заимствованными из арсенала кибернетики. Широко вводятся понятия “информация”, “кодирование”, “программирование”. Но особенно в этом отношении повезло понятию “обратная связь”. Я должен категорически высказаться против такого формального переноса, ибо введенное нами понятие “обратная афферентация” и понятие “обратная связь” не только не совпадают по своему содержанию, но, наоборот, последнее значительно обедняет первое!

В самом деле, говоря о регулирующем значении обратной афферентации, физиолог немедленно же ставит перед собой вопрос о составе этой обратной афферентации как в пространстве, так и во времени. Иначе говоря, понятие обратной афферентации “зовет” к дальнейшим исканиям и ставит перед исследователем конкретные исследовательские задачи. Наоборот, понятие “обратная связь” констатирует лишь самый факт наличия связи и не нуждается в дальнейшем уточнении. В этом смысле мне казалось бы нерациональным стремиться к обязательному внедрению именно кибернетической терминологии в специальные биологические вопросы.

Приведенный нами материал о роли обратных афферентаций в саморегулирующихся приспособлениях организма убеждает нас прежде всего в том, что “обратная связь” так же, как и “информация”, не могут быть вырваны из системы циклических связей, приводящих в конечном итоге к полезному эффекту. Наоборот, их смысл становится совершенно ясным именно только в этой системе циклических связей.

Сделанные в последнее время попытки приложить теорию информации к разрешению проблемы стимуляции различных форм поведения животных показали, что вся работа по применению идей кибернетики к физиологическим проблемам имеет явно ошибочную направленность.

Так, например, статистическая сложность раздражителя берется как нечто вполне определенное в смысле количества входной информации. Количество последней исчисляется по соответствующей формуле, в которой довольно полно предусмотрены все возможности градации частоты, силы и времени действия данного комплекса раздражений. Таким образом, все, что необходимо для исчисления и точного расчета информации, получаемой какой-либо машиной с автоматической регуляцией, здесь имеется. По крайней мере именно на этом пути теория информации впервые получила свое развитие и принесла богатейшие полезные материалы.

Однако положение резко меняется, когда теория информации начинает применяться к оценке и определению целостного поведения животного, как это, например, сделали в последние годы Гарнер и Хэйк (Garner and Hake, 1951).

Проблема приложения теории информации к исследованию физиологии нервной системы, и особенно физиологии высшей нервной деятельности, является чрезвычайно сложной и актуальной. Физиология, несомненно, должна взять от теории информации все, что обеспечит ей более быстрый прогресс. Но вот вопрос: что именно она должна взять?

Сделанные до сих пор попытки представляют собой только первые шаги и не вскрывают значительных трудностей на этом пути. Так, например, так называемая статистическая сложность раздражителя учитывает лишь наличное количество информации, представленное действительными внешними и внутренними агентами. Однако для организма эта статистическая сложность раздражителя, хорошо рассчитываемая математически, не составляет

< .»мой существенной информации. Для него максимальную важность имеет сигнальное значение этой информации, то есть в конечном счете биологическая значимость того, что последует тлько в будущем. Вот эту-то наиболее значительную долю информации теория информации пока и не может рассчитать, поскольку здесь решающим моментом в реакциях организма является пережитая им история.

Не удивительно поэтому, что американские авторы Гарнер и Хэйк допустили весьма существенные ошибки в приложении теории информации к объяснению целостного поведения, взяв за критерий получаемой информации ошибочность или правильность конечной реакции. Для физиолога ясно, что этот критерий никак не может быть использован для оценки информации. Тем более трудно согласиться с предположением, что если возникла ошибочная реакция, то мы имеем дело с “потерей информации” (?).

Как раз наоборот, чем более “тренируется” какая-либо реакция и, следовательно, чем большей становится вероятность ее правильности, тем все более и более редуцируется первоначальный состав афферентных влияний. Эта закономерность нами была названа еще двадцать лет назад “сужением афферентации”. С другой стороны, при всяком внезапном увеличении внешних афферентных воздействий, как правило, увеличивается и вероятность ошибочной реакции. Таким образом, приложение теории информации к целостному поведению животного убеждает нас, что имеющихся материалов в этой области далеко не достаточно. Здесь перед физиологами и математиками стоят крайне увлекательные проблемы.

Заключая разбор тех трудностей, которые встречаются в настоящее время на пути развития кибернетики и именно ее связей с физиологией центральной нервной системы, мы можем сказать, что весь этот вопрос находится в самой начальной стадии развития. Не удивительно поэтому, что внимание исследователей направлено в сторону наиболее заметных и выделяющихся фрагментов общей системы циклических взаимоотношений, представляющих собой самую характерную и решающую черту кибернетики. В противоположность этому общие принципы кибернетики, занимающие пограничное положение с философией, вскрываются и используются с большими трудностями, а следовательно, и с меньшй охотой. Однако мы уже не раз указывали, что четкая формулировка универсального характера этих общих принципов кибернетики является обязательным условием для постановки частных задач в будущих исследованиях. Именно поэтому я считаю необходимым сделать попытку установить генетическое родство между такими, казалось бы, разнородными областями научной мысли, как физиология мозга и кибернетика.

Чем они объединяются? На какой основе между ними возникает творческий контакт, который сулит все большие и большие практические результаты? Вот вопросы, которые должны быть освещены нами в последующих разделах этой статьи.

По общему признанию, заслуга кибернетики состоит в том, что она установила тончайшие логические нити, связывающие такие области знания, которые много лет развивались независимо друг от друга. Именно здесь надо искать ответ на поставленный нами выше вопрос об общей основе, которую дает кибернетика всем наукам для “перекрестного оплодотворения”.

И здесь мы должны обратиться прежде всего к самому 11орберту Винеру, декларировавшему общие задачи кибернетики.

15 предисловии к своей последней книге он дает довольно отчетливое указание на то, откуда он получил первый толчок к поискам общего у различных, на первый взгляд, научных направлений. Он излагает взгляды Гиббса, который поставил вопрос о возможности поисков общего у различных миров явлений: насколько ответ, полученный для одного мира явлений, может быть допустим для объяснения явлений других миров? Вероятность такого переноса закономерностей одного мира на закономерности другого мира, по Гиббсу, тем меньше, чем более индетерминис-гичен или чем больше вероятность случайностей в каком-либо ич миров. И, наоборот, возможность переноса и установления общих закономерностей между двумя мирами тем больше, чем меньше в них вероятность случайных изменений, чем менее ипдетерминистичен данный мир явлений. Так постановка вопроса об общих законах в различных мирах явлений неизбежно должна <*ыла войти в органический контакт с учением об энтропии.

В самом деле, с нарастанием энтропии и с уменьшением ■ ^чайностей, определявших индивидуальность двух миров, становится все более и более вероятным выявление той общей «и новы, которую они имеют. Математика дает нам возможность и* крыть вероятности общей основы у различных классов явлении, и это составляет новую черту в консолидации и в зависимом Iмчвитии различных наук нашего времени. В этом смысле кибернетика делает довольно смелые попытки объединить, казалось бы, несравнимые классы явлений по их общим свойствам. Так, например, Винер, разбирая необходимость обратных коммуникаций при управлении шлюзами Панамского канала, заключает: “Следовательно, административные руководители, будь то правительства, университеты или общественные корпорации, должны принимать участие в двустороннем потоке коммуникаций, а не только в одном, идущем сверху вниз. Иначе, высшие чиновники могут столкнуться с тем, что они основывали свою политику на совершенном непонимании тех фактов, которыми располагают их подчиненные”³⁵.

Таким образом, мы видим, что понятие “обратная связь” особенно широко распространенное применительно к механическим системам автоматического регулирования, с одинаковым успехом применяется и к явлениям общественного порядка. Мы хорошо знаем, как эта “обратная связь” необходима в правильной организации общественно-трудовых соотношений, и каждый может для этого найти многие примеры в своей повседневной жизни. Достаточно указать, что всем известный принцип проверки результатов, получивший ходовое обозначение “контроля исполнения”, представляет собой типичный пример обратных коммуникаций. Таким образом, первое теоретическое положение кибернетики о наличии общих закономерностей у различных рядов явлений и в различных науках эмпирически может быть реализовано на самых разнообразных примерах.

Однако это всего лишь только иллюстрация закона. Но такие иллюстрации далеко не достаточны для того, чтобы ответить на конкретный вопрос о природе такой общности закона обратных коммуникаций. В самом деле: почему так сложился мир физических, живых и общественных систем, что какие-то формы функционирования для них оказываются в одинаковой степени обязательными? На этот кардинальный вопрос Винер не дает ответа. Он даже не делает попытки и поставить его. Для нас же, с точки зрения философской, именно этот вопрос является центральным, ибо, ответив на него, мы легко сможем объяснить и использовать все дальнейшие разветвления логических построений кибернетики. Так как ответ на этот кардинальный вопрос касается прежде всего механических и биологических аналогий, особенно аналогии в работе машин и центральной нервной системы, то мы считаем необходимым попытаться дать такой ответ.

Прежде всего мы должны поставить вопрос: чем вызвано появление в процессе эволюции обратных афферентаций, которые положительно у всех живых существ дают информацию о степени успешности и полезности произведенного действия? Простой разбор любого рефлекторного акта убеждает нас, что обратная крферентация неизбежно должна была появиться и причиной для >того является обязательная биологическая полезность любой реакции животного, любого приспособительного акта. Живая система существует как целое до тех пор, пока ее жизненно важные константы строго поддерживаются на определенном уровне. Но вот здесь-то и должно было возникнуть препятствие для сохранения жизни. Дело в том, что любая реакция животного или любой приспособительный эффект, с точки зрения теории вероятностей, есть одна из многих возможных вариаций одной и той же реакции.

Эта рассеянность степеней свободы реакции, зависящая от особенностей многочисленных связей в центральной нервной системе, была бы одним из серьезных препятствий для развития совершенного приспособления животного к внешнему миру. Можно представить себе, что реакция животного А в зависимости от условий может иметь варианты в виде целой серии Ьлизких реакций — а¹, а², а³... а^п Какая из них закрепится в

< труктурах организма как наиболее полезная? Как организм оценит эту степень полезности данной реакции? Естественно, что без этой оценки полезности все приспособительное поведение животного превратилось бы в сплошной хаос.

И вот в процессе эволюции живых существ, вероятно, уже на очень ранней стадии развития, возникло универсальное при-« пособление в виде обратной сигнализации о полезности совершенного действия. Этим самым был достигнут тот уровень Развития, при котором степени свободы каждой реакции (рас-

• гннность реакции) значительно уменьшились, а организм получил возможность на основе этих обратных сигналов осуществлять непрерывную “подгонку” своего поведения вплоть до получения максимального полезного эффекта. Именно в этой форме при изучении компенсации функций обратная афферентация и была впервые открыта в нашей лаборатории. Следовательно, обратная информация в мире живых существ является абсолютно необходимым условием выживания и потому получила свое широкое развитие задолго до того, как на Земле появился человек. Это положение очень важное. Оно нам понадобится в дальнейших рассуждениях.

Обращает на себя внимание один существенный момент, что в центре этих эволюционных превращений стоит полезность эффекта, ради обнаружения и оценки которого появилась на сцену обратная афферентация. Оно и понятно: там, где вопрос стоит

о полезности эффекта, необходима и оценка степени этой полезности. Не удивительно поэтому, что эта дочеловеческая общая закономерность в последующем направляла и эволюцию человека.

В самом деле, первобытный человек, употребив впервые примитивное орудие, свое отношение к этому последнему строил также на основе оценки конечного полезного эффекта. Весь выбор орудий и их преобразование должны были покоиться на основе этого универсального закона, ибо, разумеется, не оценив полученного эффекта (обратная афферентация), первобытный человек не знал бы, в какую сторону изменять свои примитивные орудия.

Положение дела не изменилось и тогда, когда ^человек употребил более или менее сложные орудия, например, соху для обработки земли. Здесь, как и во всех предыдущих случаях, полезный эффект неминуемо должен был оцениваться непрерывно, на основе зрительных афферентаций, получаемых от вспаханной земли. В зависимости от характера этого конечного эффекта человек делал те или иные движения и усиливал или ослаблял давления на поручни сохи.

Здесь важно отметить одну замечательную особенность: несмотря на то, что человек начал употреблять орудия, принципиальное значение обратной афферентации в циклической системе трудового акта нисколько не изменилось. В цикл включилось лишь новое звено — орудие. И хотя некоторые трудовые процессы уже давно были подвергнуты автоматической регуляции (Ползунов, 1763; Д.Уатт, 1784), еще весьма долгое время человек был центральным звеном даже самых сложных машин. Он сам оценивал конечный полезный эффект машины и в зависимости от этой оценки направлял энергетические воздействия на регулируемый объект. Как мы знаем, еще и в настоящее время по такому способу работает множество машин. В чем состоит здесь роль человека? Он получает от полезного эффекта, производимого машиной, обратную афферентацию и в зависимости от ее значения производит какую-то настраивающую работу, приводящую в конечном итоге к сдвигу полезного эффекта в желаемую сторону. По самой своей сути это — циклический процесс, и в него человек вставлен как “чувствительный элемент” и как некоторое “преобразующее устройство”, если выражаться языком техники автоматического регулирования.

Современный этап в развитии техники автоматического регулирования дал возможность полностью исключить человека из циклических связей при получении какого-нибудь производственного полезного эффекта. Это значит, что сигнализацию о степени полезности эффекта машины теперь получает уже специальное механическое или электронное устройство, которое сконструировано таким образом, что является специфическим “рецептором” именно для данного полезного эффекта. Здесь полезный эффект “оценивается”, и в зависимости от этой оценки через целую серию приборов в машину направляется регулирующее энергетическое влияние.

Если приведенные пять этапов развития оценки полезного эффекта изобразить в общепринятых символах техники автоматического регулирования, то мы получим весьма поучительный ряд схем (см. рис. 1).

Первая часть рисунка (1) дает изображение тех натуральных отношений в нервной системе, которые соответствуют натуральному приспособительному поведению живых существ. Мы видели, что такая система отношений сформировалась в истории живых существ как единственно возможная. Она является следствием той вариантности поведения, которая составляет один из кардинальных законов мира. Эта система непременно должна быть всюду, где речь идет о полезности приспособительного эффекта, и потому она неминуемо должна была сопутствовать и первым попыткам первобытного человека ввести в эту циклическую систему орудие как средство повышения полезности натурального приспособительного эффекта (II).

В сущности, на всех последующих этапах речь шла только о

Рис. 1.

Соха

ц.н.с

Обратная

афферентация

III

, (Выход | системы — отклонение -регулируемой величины)

Схематическое изображение пяти стадий развития циклической системы с обратной сигнализацией оценки полезного эффекта деятельности системы. I — циклическая функциональная система животных на ранних стадиях развития жизни на Земле (дочеловеческая эра). II — стадия употребления примитивного орудия. III — стадия употребления усовершенствованных орудий труда. IV — стадия машинного производства, в котором человек является “аппаратом” оценки полезного эффекта машины и нового регулирующего воздействия на регулируемый объект. V — стадия полного устранения человека в механизмах с автоматической рефляцией. Видна принципиальная схема цикличности, которая является спутницей всего процесса в дочеловеческой и человеческой стадии развития приспособительного поведения. Части циклической системы, относящиеся к участию животного и человеческого организма, обведены

пунктиром.

более эффективном заполнении этой циклической системы различными, сначала механическими, а затем и электрическими узлами, которые все более и более освобождали человека от излишних усилий (III, IV). И, наконец, на последнем этапе технического усовершенствования регуляторная роль человека в этой циклической системе была полностью устранена. Человечество вступило в век автоматической регуляции полезной деятельности машин (V). На этом пути человечество произвело несколько технических революций: сначала появились паровые машины, затем на сцену выступило электричество и сделало неузнаваемым не только промышленность, но и быт человека. Теперь мы вступили в век радио, электроники и атомной энергии. Пред человечеством открываются необъятные возможности усовершенствования его быта, коммуникаций, промышленности.

Однако если мы сравним I и V этапы нашей схемы, то заметим один поразительный факт: принципиальная схема циклических зависимостей, определяющая получение любого полезного эффекта, осталась извечной и сохранила именно ту форму, в какой эволюция нащупала ее на самых первых шагах развития жизни на Земле. По-прежнему полезный эффект имеет несколько вероятностей и потому должен быть регулируем центральной нервной системой или электронными устройствами на основе сигналов обратной связи.

Здесь мы имеем дело с одним из самых кардинальных законов жизни, который определяет собой все формы полезных приспособлений человека, до сложных машин автоматической регуляции включительно. Этот закон мог бы быть сформулирован следующим образом: всякая функциональная система, механическая или живая, созданная или развившаяся на получение полезного эффекта, непременно имеет циклический характер и не может существовать, если не получает обратной сигнализации о степени полезности произведенного эффекта.

Это и есть та общая основа, которая должна была бы быть

< формулирована в четком виде в самом начале, чтобы мысль исследователей различных специальностей была строго детерминирована в обсуждении проблем кибернетики. Последняя в самом деле нащупала” узловой пункт в развитии жизни и техники человека.

Но именно потому, что ни сам Винер, ни его последователи не сделали этот закон очевидным и не поставили его в качестве исходного пункта для всякого рода интерполяций, мы оказались в настоящее время перед грандиозным “смешением языков”...

В самом деле, если познакомиться с современной, довольно уже обширной литературой по кибернетике, то бросается в глаза огромное разнообразие частных интересов, вкусов и точек зрения отдельных авторов. Некоторые из них все свое внимание уделяют теории коммуникаций, другие — энтропии, а третьи — теории информации. Но чем объединены эти искания? Из приведенных нами схем ясно, что представленная на них циклическая система может существовать как целое только при том условии, если между ее отдельными узлами будет непрерывно циркулировать адекватная для каждого отдельного момента сигнализация. Окончательный полезный эффект такой циклической системы будет всегда находиться в зависимости от того, какая это сигнализация (или информация) в каждом отдельном звене, какой ее состав и каковы “полосы ограничения”.

Именно на этой основе, то есть на основе математической обработки вероятностей входной и выходной информации, возникла теория информации. В своем теоретическом арсенале она уже имеет много изученных закономерностей и в некоторых случаях проявляет явную тенденцию к автономности и замкнутости. Однако нельзя ни на минуту забывать, что результаты этой теории могут быть использованы только в пределах той циклической системы, которая обеспечивает полезный эффект, и здесь не имеет значения, какая это система — автомат, общественные коммуникации или что-либо другое. Строго говоря, теория информации является теорией о поддержании сигнализаций и связей в пределах какой-либо циклической системы — живой или механической — с действующей установкой на получение максимально полезного эффекта.

Из приведенной формулировки видно, что разработка отдельных частных вопросов теории информации в порядке нарастающей специализации дает несомненно полезный результат только потому, что эта работа ведется в пределах все той же целостной циклической архитектуры, которая нами была разобрана выше. Следовательно, на всех этапах работы инженера, физиолога и математика их объединяет эта универсальная общая закономерность.

Здесь может возникнуть один недоуменный вопрос: почему, несмотря на столь глубокую древность закономерности циклического характера при получении всякого полезного эффекта, ее универсальные черты были вскрыты только сейчас? Иначе говоря, почему кибернетика появилась на арене научных исканий с таким большим запозданием? Ответ на этот вопрос может быть в некоторых отношениях весьма поучительным для различных специалистов, и потому ему следует уделить особое внимание.

Достаточно взглянуть на нашу схему и сопоставить ее I и V этапы, чтобы получить убедительный ответ на поставленный вопрос. Механике и физике эту общую закономерность помешал вскрыть человек, который, находясь в центре “замкнутого контура”, ручной настройкой приборов и оценкой полезного эффекта машины маскировал циклическую зависимость между отдельными звеньями этого контура. И только тогда, когда путем внедрения электронных релейных установок стало возможным полностью устранить человека из управления машинами, во всю ширь встал вопрос об “обратных связях” и их кардинальном значении в теории автоматического регулирования.

Но почему же тогда физиология, имея дело на протяжении столетий с функциональными системами циклического характера, не вскрыла их истинного смысла и не “подсказала” технике идею моделирования этих циклических зависимостей в различных машинных устройствах? Теперь уже не подлежит сомнению, что физиологии в этом деле помешала рефлекторная теория Декарта. Ее чрезвычайный авторитет и та огромная польза, которую она приносила физиологическим исследованиям, на целые столетия скрыли от глаз физиолога ее недостаточность в объяснении полноценного натурального поведения животных.

Рефлекс Декарта оканчивается только ответным действием, то есть третьим и последним звеном классической “дуги рефлекса”. По самой своей сути он не мог ничего дать для оценки результатов совершившегося действия. Короче говоря, физиология на протяжении целых столетий не замечала наличия обратной афферентации, которая является абсолютно обязательным звеном всякого приспособительного поведения животных. Ближайший анализ причин этого факта убеждает нас в том, что виной этого была вивисекция, которая по понятным причинам на целые столетия заняла доминирующее место в анализе рефлекторной деятельности центральной нервной системы. В самом деле, никакая обратная афферентация о рефлекторном эффекте не может способствовать наилучшему приспособлению у собаки, привязанной к операционному столу. Она просто здесь не нужна, а поэтому и не смогла быть выявлена в многочисленных работах физиологов.

Мне не раз приходилось указывать на необходимость расширения наших обычных представлений о “дуге рефлекса”, что было в свое время подтверждено вескими экспериментальными данными. И надо сожалеть, что совершенная необходимость обратных афферентаций в организме стала очевидной только сейчас, с таким значительным запозданием и к тому же лишь в результате изучения такой далекой области, как машины с автоматической регуляцией. Ясно, однако, что “обратная связь” пришла в машины только потому, что ее достоинство и полезность были проверены природой на протяжении сотен миллионов лет.

В свете этих замечаний вызывает улыбку чрезвычайная настойчивость, с которой И.И.Гальперин бьется за право называть автоматически регулирующиеся машины “рефлекторными”. Смею заверить И.И.Гальперина, что если бы машины с автоматической регуляцией “задумали” работать по правилу “дуги рефлекса”, они немедленно вышли бы все из строя и их деятельность была бы абсолютно бесполезной для человека. К счастью, они располагают обратной связью, которая помогает регулирующему устройству получать информацию о результатах действия, то есть именно то, чего нет в рефлексе в его декартовом понимании.

Мне могут заметить, что в условном рефлексе И.П.Павлова имеется обратная афферентация в виде “подкрепления”. Это верно, но ведь подкрепление безусловным раздражением никогда не рассматривалось в школе И.П.Павлова, как именно обратная (!) афферентация. И только лишь в 1952 году в одной из наших специальных работ этот вопрос после некоторого анализа был поставлен именно в такой плоскости, в результате чего мною было предложено рассматривать “подкрепление” условного рефлекса безусловным в качестве частного случая (!) универсального правила обратной афферентации любого приспособительного акта животных и человека. Вместе с тем хорошо известно, что сам И.П.Павлов несколько раз подчеркивал, что в основе его работы по высшей нервной деятельности лежит “представление Декарта о рефлексе”. О каком же рефлексе говорит И.И.Гальперин? Едва ли рационально поэтому настаивать на том, чтобы машины с автоматической регуляцией назывались “рефлекторными”, поскольку они представляют собой циклические системы, работающие по описанному выше типу³⁶.

Поэтому вряд ли можно поддержать И.И.Гальперина в его заключениях, да и сам он, определяя рефлекс как совокупность трех (!) звеньев, фактически опровергает свои выводы. Принимая наличие обратной афферентации о результатах рефлекторного действия, И.И.Гальперин тем самым нацело отрицает самую возможность применить термин “рефлекс” к машинам с автоматической регуляцией, поскольку даже безусловный рефлекс не является исключением из этого общего закона постоянного афферентирования результатов действия. Все дело лишь в том, что в случае безусловного рефлекса аппарат обратной афферентации не складывается в ходе постепенного приобретения опыта, а фиксируется в нервных структурах на протяжении больших эпох исторического развития данного вида животных.

Попробуйте экстренно изменить состав питательной смеси, приготовляемой для только что родившегося ребенка, и вы получите немедленную реакцию отрицательного характера: ребенок будет выплевывать эту новую смесь, и дело может дойти даже до рвотных движений (наблюдения проведены в нашей лаборатории К.В.Шулейкиной). О чем говорит этот опыт? Он говорит о том, что в процессе эволюционного развития, когда “некоторые условные рефлексы переходят в безусловные” (И.П.Павлов), происходит фиксация в нервных структурах и самого принципиального четвертого звена рефлекса — оценки результатов рефлекторного действия с помощью аппарата обратной афферентации (П.К.Анохин, 1956).

В связи с этим недостатком концепции И.И.Гальперина неизбежно возникли и последующие неправильные выводы. Так, например, он весьма ошибочно объясняет тормозные рефлексы, а также и другие явления высшей нервной деятельности.

Установив общую основу для явлений разного порядка — живых, механических, общественных, — мы должны поставить перед собой вопрос: как далеко это тождество общей архитектуры соотношений может быть распространено на свойства и сущность отдельных узлов и отдельных звеньев всей циклической системы соотношений? В этом пункте как сам Винер, так и его последователи во всех странах имеют, как мне кажется, довольно определенную солидарность, хотя здесь есть много такого, с чем нельзя безоговорочно согласиться. Поскольку от четкого решения этого вопроса зависит и то, насколько успешно мы можем разрешить проблему моделирования, я позволю себе несколько подробнее представить здесь точку зрения самого Винера на этот предмет.

Он рассуждает следующим образом: если механическая система и живая система функционируют “одинаковым образом”, то есть в обоих случаях имеются обратные связи и автоматическая регуляция, и если для понимания механической системы имеется математическая теория, то, следовательно, эта математическая теория в одинаковой степени может быть применена и к физиологическим системам. Так, например, теория информации может быть целиком применена к исследованию получаемых организмом всевозможных сигнализаций из внешнего и внутреннего мира, теория коммуникаций с особенностями ее расчетов (“полоса пропускания” и т.д.) также может быть применена к изучению проведения возбуждений по самым разнообразным проводникам центральной и периферической нервной системы.

Особую смелость Винер проявляет в допущениях, касающихся функции собственно центральной нервной системы. Если доказано, что функция нервной системы в отношении ряда регуляций проявляется в форме сервомеханизмов, а последние уже имеют разработанную математическую теорию, то нет никаких препятствий, с точки зрения Винера, к тому, чтобы применить эту математическую теорию и к объяснению деятельности нервной системы.

Таким образом, мы видим, что на основе действительного и несомненного тождества принципиальных циклических систем, по которым развертывается саморегуляция машин и саморегуляция функций организма, делается определенная попытка отождествить и те конкретные звенья передач “информации”, которые поддерживают единство этих систем.

Однако как далеко может быть распространен на конкретные механизмы тезис тождества общей архитектуры циклической системы организма и системы механической? От того, как мы ответим на этот вопрос, зависит и наше представление о пользе кибернетики как новой формы мышления для разработки проблем физиологии центральной нервной системы. Именно на этом пути происходит вульгаризация самого принципа аналогий.

Можно на конкретном примере показать, к каким результатам приводит в отдельных случаях перенос закономерностей механических схем на физиологические явления. Допустим, что человек полез в ящик письменного стола, чтобы взять конверт, который там обычно находится. Однако, раскрыв ящик, он не увидел конверта. Проделав несколько ищущих движений среди бумаг ящика и не найдя конверта, он закрывает ящик и начинает искать конверт на столе и в шкафах, пока его не найдет. Но может случиться так, что конверта вообще не окажется, и тогда человек может взять его у соседа, послать кого-либо на почту или сам пойти на почту, но в конце концов конверт оказывается приобретенным и письмо посланным.

Если сопоставлять, как нами дано в универсальной схеме, все эти поведенческие акты с машиной автоматической регуляции, то в известных границах мы найдем то же архитектурное сходство. В самом деле, человек, поставив пред собой цель (под действием обстановки) найти конверт, открывает ящик — это рефлекторное действие. Но это действие не закончилось тем полезным эффектом, достижение которого было поставлено как цель. Выражаясь языком физиологии, все органы чувств человека не получили той обратной афферентации, которая должна соответствовать нахождению конверта. В результате этого в центральную нервную систему поступает афферентация, не соответствующая поставленной цели.

В технике автоматического регулирования такое соотношение получило название “рассогласования”. Это значит, что в регулирующее устройство вместо заданной величины Uq, которая должна быть получена при устойчивой работе системы в порядке обратной информации от регулируемого объекта, поступает ин-

М 2449 формация Up Тогда U₂—U_} — U₀ будет выражать величину рассогласования. До сих пор аналогия между машиной и человеком по общей схеме саморегуляции может быть достаточно полной. Однако реакция организма и машины на рассогласование и поиски решения поставленной задачи значительно разнятся и принципиально не могут быть аналогизированы.

В самом деле, рассогласование в машине автоматической регуляции с заданными величинами и с известным диапазоном колебаний обратной информации может быть выражено математическими уравнениями и формулами. Точно так же и реакция регулирующего устройства на рассогласование может быть в точности рассчитана как по интенсивности, так и по составу. В результате мы имеем установку полезного эффекта на нужном уровне, а рассогласование при этом сведется к нулю.

Если мы посмотрим, каковы реакция человека на рассогласование между целью поведения и его конечными результатами, то мы можем с определенностью утверждать, что никакой математической формулой не охватить все те возможные условия, которые толкают человека на разнообразные поведенческие акты.

Кроме того, в машинах с автоматической регуляцией есть точная пропорциональность между величиной рассогласования и реакцией регулирующего устройства на эти рассогласования. Наоборот, в приведенном нами примере несовпадение между целью действия и обратной афферентацией от результатов действия не имеет никакой пропорциональности и находится в прямой зависимости от побочных условий, не входящих в данную систему циклической регуляции (нет конверта у соседа!).

Из разбора этого конкретного примера мы видим, что положение Винера о возможности перенесения математической теории сервомеханизмов на частные механизмы человеческого поведения неверно. Во всяком случае, это положение совершенно пока не обосновано разбором конкретных примеров в сравнительном плане. Между тем уверенность в возможности применения математической теории сервомеханизмов к человеческому поведению ведет и к уверенности в возможности моделирования всех без остатка поведенческих актов человека.

С этой точки зрения, надо признать совершенно правильным и сомнение Куффиньяля, который указывает на то, что “математический анализ показывает, что это неосуществимо... Одни лишь сервомеханизмы сами по себе не могут создать все человеческое мышление, и таким образом приходится отказаться от первой важной части доктрины Винера”³⁷.

Разобранный пример показывает, что хотя архитектурные черты циклических систем саморегуляций и являются общими для явлений различных классов, тем не менее свойства звеньев, узлов и механизмов таковы, что математические теории механических систем не всегда могут быть с успехом использованы для анализа и понимания частных механизмов живой системы мозга. Во всяком случае, на этом пути предстоит основательная и вполне конкретная аналитическая работа по установлению степени приложимости математических теорий и расчетов к отдельным конкретным формам функций и механизмов. Только при том условии возможно движение вперед в этом весьма интересном, но уже изрядно запутанном вопросе.

Не случаен тот факт, что и сам Винер, и многие его последователи, да и критически настроенные авторы при анализе перспектив развития кибернетики непременно заканчивают изложение характеристикой отношения ее к условным рефлексам и к поведению человека. Мы видели из приведенной схемы, что эта органическая связь вытекает из самой эволюции циклических систем с обратной связью.

Обсуждая значение обратной связи для поведения животных, Винер называет ее “способностью живого существа устанавливать свое будущее поведение на основании прошлого опыта”. Он пишет: “Обратная связь может быть такой же простой, как при обычном рефлексе, но она может быть и обратной связью высшего порядка, при которой прошлый опыт используется для регулирования не только специальных движений, но и целой линии поведения. Такая обратная связь, определяющая поведение, может проявляться, да часто и проявляется, в виде того, что нам известно в одном аспекте, как условный рефлекс, а в другом, — как обучение” (N.Wiener. Цит. выше соч., стр. 33). Луи де Бройль, обсуждая проблемы кибернетики, пишет: “...Теория счетных машин, теория передачи сигналов... должна дать нам много сведений о нормальной и патологической деятельности нервной системы и, в частности, о механизме рефлексов”. “Блестяще изученные Павловым условные рефлексы также входят в эту общую схему”³⁸.

Можно привести и еще ряд подобных высказываний, но дело не в этом. Нам важно сейчас установить, что именно в условном рефлексе кибернетики находят удобным для своих далеко идущих аналогий. Из приведенных высказываний следует, что приобретение опыта и использование приобретенного опыта для будущего поведения являются теми общими способностями животных и человека, подражание которым в машинных моделях закрыло бы принципиальную пропасть между “роботом” и человеком, до сих пор существующую и осознаваемую всеми кибернетиками. Но именно здесь-то и надо вспомнить то сомнительное положение кибернетики, по которому общность функциональных проявлений должна соответствовать общности их частных механизмов. При ближайшем знакомстве с этим вопросом можно видеть, что сторонники кибернетики при обращении к условным рефлексам имеют в виду то кардинальное и принципиально новое, что дало открытие условного рефлекса в начале девятисотых годов. Однако для более детального обсуждения вопроса этого уже недостаточно. Необходимо установить, какую внутреннюю архитектуру и какие механизмы имеет условный рефлекс, если его рассматривать в аспекте всех последних достижений как школы И.П.Павлова, так и вообще нейрофизиологии.

Только вскрыв глубокие физиологические механизмы условного рефлекса, мы сможем установить, что именно и в каком виде может быть заимствовано кибернетикой для моделирования и построения различных аналогий. Вместе с тем глубокий физиологический анализ механизмов условного рефлекса может показать нам, какими конкретными средствами нервная система позволяет животному и человеку использовать прошлый опыт для построения

Рис. 2. Принципиальная схема условно-рефлекторного ответа в новом освещении. А, А*, А — анализаторы, на которые падают раздражения от обстановки (обет.) и от пускового условного раздражения (У.Р.). АФФ.С. — афферентный синтез, включающий в себя и возбуждения, поступающие через ретикулярную формацию ствола мозга. Ф.Р. —формирование рефлекторной реакции. ОБР.АФФ. — обратная афферентация о результатах реакции. А.Д. — акцептор действия.

будущего поведения. А разобрав эти специфические особенности механизмов условного рефлекса, мы, естественно, сможем поставить вопрос и о том, имеются ли аналогичные приспособления в машинных устройствах с автоматической регуляцией.

Все эти вопросы можно разрешить только на конкретной схеме механизмов условного рефлекса, которые мы можем в настоящее время считать просто установленными (см. рис. 2).

Приведенная схема является синтетической. Она включает в себя все достижения современной нейрофизиологии, помогающие понять архитектуру условного рефлекса, и, кроме того, в ней отражены и те данные по физиологии высшей нервной деятельности, которые получены были нами за последние годы.

Первый пункт, требующий тщательного обсуждения, состоит в особенностях соотношения двух видов афферентных раздражений, на которых строится условный рефлекторный ответ. Их можно назвать соответственно: а) “пусковой афферентацией”, представленной непосредственным действием самого условного раздражителя (У.Р.), и б) “обстановочной афферентацией”, представленной совокупностью раздражений от обстановки эксперимента и от всех тех предшествовавших опыту раздражений, которые создают определенное доминантное состояние животного.

Что касается пускового раздражения, то его значение не подлежит сомнению, и именно оно более всего изучалось в многочисленных экспериментах школы И.П.Павлова. Значение же обстановочных раздражителей, подготавливающих специфическую предпусковую интеграцию нервных процессов в форме скрытой доминанты, стало ясным только в последние годы. Решающая и направляющая роль этой предпусковой интеграции нервных процессов с особенной отчетливостью была выявлена в двух формах эксперимента: в динамическом стереотипе (Купа-лов, Асратян, Скипин) и после удаления лобных отделов коры больших полушарий (А.И.Шумилина). В первом случае нарочито созданная стереотипная обстановка предрешает (!), в какой форме проявится условный рефлекс, независимо от того, какой пусковой раздражитель будет применен. В этой форме эксперимента была получена отчетливая диссоциация обстановочной и пусковой афферентаций, органически объединенных при экспериментировании с условным рефлексом.

Недавние эксперименты с прямым электроэнцефалографи-ческим анализом феномена динамической стереотипии показали, что это предпусковое доминирование достигается тем, что к моменту предстоящего действия условного раздражителя в соответствующих областях коры и подкорки происходит опережающее повышение возбудимости (П.К.Анохин, А.Д.Симоненко).

Во второй форме эксперимента, проделанного в нашей лаборатории, было показано, что органическое объединение обстановочных и пусковых афферентаций и их последовательное действие осуществляются при прямом влиянии лобных отделов коры мозга. Удаление лобных отделов нарушает этот афферентный синтез, и обстановочные раздражители становятся пусковыми раздражителями, полностью дезинтегрируя условные двигательные реакции животного.

Уже сейчас можно отметить, что для кибернетики во всех ее попытках моделировать условный рефлекс или какие-либо его фрагменты, это органическое объединение обстановочных и пусковых афферентаций, несомненно, составит “камень преткновения ”. В самом деле, как мы видели, совокупность обстановочных афферентаций создает предпосылку к развертыванию той или другой условной реакции. Но состав обстановочных афферентаций исключительно сложен и, что особенно важно, разнообразен и динамичен до бесконечности. Сможет ли машина когда-либо построить свое поведение в зависимости от синтеза обстановочных и пусковых воздействий на нее? Во всяком случае, это первая, но еще не последняя трудность на пути подражания условному рефлексу. Обычно же для анализа и моделирования берется изолированное действие только какого-либо пускового раздражителя.

Из приведенной схемы условного рефлекса видно, что все раздражители внешнего и внутреннего мира неизбежно должны пройти стадию афферентного синтеза. Физиологический смысл выделения этой стадии состоит в том, что никакое рефлекторное действие не может быть сформировано в эффектных аппаратах до тех пор, пока не закончен синтез всех афферентных воздействий, падающих на организм в данный момент. Именно результаты афферентного синтеза определяют, какое действие должно быть сформировано при наличии данной совокупности афферентных раздражений. Важно помнить, что без этой стадии не может быть сформирован ни один поведенческий акт животного и человека. Однако этим дело не ограничивается. Многолетние работы нашей лаборатории показали, что точно в тот же момент, когда заканчивается синтез всех афферентных раздражений и когда начинается формирование в эффекторной части соответствующего рефлекторного действия, складывается особый аппарат, названный нами в свое время акцептором действия (см. рис. 2, А.Д.). Физиологические свойства этого аппарата нами были подробно описаны в специальных публикациях, и потому я сейчас не буду на этом подробно останавливаться (см.

П.К.Анохин, 1949, 1952, 1955).

Для настоящей же статьи нам важно лишь отметить два важнейших свойства этого аппарата, о которых, к сожалению, не имеют представления авторы, делающие попытки моделировать условный рефлекс. Прежде всего этот аппарат формируется раньше, чем будет сформирован сам условный рефлекс. Следовательно, он на какое-то время опережает появление ответного действия. Это обстоятельство определяет и его дальнейшую физиологическую роль: принимая на себя (см. рис. 2, А.Д.), в форме обратной афферентации (Обр. афф.), все афферентные раздражения, которые возникают от результатов действия, аппарат акцептора действия производит сопоставление результатов афферентного синтеза с результатами произведенного действия. Таким образом, совпадение этих возбуждений заканчивает весь циклический процесс, в то время как их “рассогласование” вызывает целый ряд новых реакций, которые должны дать в конце концов рефлекторный ответ, соответствующий характеру акцептора действия. Во всех случаях так называемого произвольного поведения, как и при появлении условного рефлекса в ответ на условный раздражитель, акцептор действия является постоянным направляющим фактором, дающим возможность определить соответствие произведенного действия исходному замыслу.

Как мы уже видели из предыдущего материала статьи, во всех представлениях кибернетики вопрос “обратных связей” является центральным, поскольку благодаря им осуществляется последующая подгонка соответствующих воздействий на “регулируемый объект”. Однако во всех случаях моделирования условного рефлекса по внешним чертам сходства авторы никогда не думали о том, что в головном мозгу раньше, чем появится действие, всегда формируется аппарат оценки этого действия. Мне представляется, что это — второе принципиальное препятствие для моделирования условного рефлекса, так как без акцептора действия немыслима никакая приспособительная деятельность животных и особенно человека. Фессар в своей недавней статье по кибернетике указывает, что нечто подобное существует в машинах автоматического регулирования, но он не знает аналога этому в деятельности нервной системы. Он пишет: “Употребляются также цепи “предвидения”, когда рабочий механизм предупреждается заранее о будущем приходе приказа. Очень вероятно, что такие же приспособления существуют и при работе нервной системы. Нейрофизиологам надо попытаться решить эту трудную задачу — доказать существование таких приспособлений в различных частных случаях”³⁹. (Разрядка моя. —

ПА.)

Мы уже показали выше, что аппарат “предвидения” уже давно нами найден и, следовательно, надо только посмотреть, в какой мере он может быть воспроизведен в соответствующих механических моделях. Я лично сомневаюсь, чтобы он смог быть смонтирован в механических моделях, поскольку он всегда складывается ex tempore и всегда на основании синтеза многообразных внешних и внутренних раздражений организма. Если будущее покажет, что мы можем приблизиться к этому, то уж, во всяком случае, с обязательным учетом факта наличия такого аппарата в нервной системе.

Как можно видеть по статье И. И, Гальперина и других, все эти открытые в последнее время особенности физиологической архитектуры условного рефлекса не взяты ими в качестве исходной предпосылки для проблемы моделирования, поэтому ни сторонники, ни противники моделирования не стоят на конкретном фундаменте при обсуждении этой проблемы. Важно точно представлять себе, что именно из условного рефлекса должно быть моделировано.

Подводя итог всему приведенному материалу, мы можем высказать следующие резюмирующие положения:

1. Кибернетика — это направление мысли, стремящееся найти общие черты у явлений различного порядка и на основе этой общности раскрыть механизмы функционирования, в частности нервной системы. В этом смысле данное направление мысли заслуживает всяческой разработки специалистами различных профилей.

2. Основные исходные положения кибернетики ещё и сейчас не являются чётко формулированными, а исторические основания для наличия общих черт у разнородных явлений остаются ещё не вскрытыми. Между тем только на этом пути можно отчётливо представить себе, до какого предела общие черты у явлений различного класса могут быть использованы для моделирования. Имеющаяся литература по этому вопросу (как зарубежная, так и наша) не даёт здесь хоть сколь-нибудь утешительного анализа.

3. Теория обратной афферентации в физиологии, развиваемая нами с 1935 года, содержит в себе все черты “обратных связей” кибернетики и потому может служить для расширения её возможностей при построении аналогичных механических моделей.

4. Общая архитектура циклических систем с обратной аф-ферентацией или с обратной связью применима для понимания всех тех приспособительных актов человека, которые заканчиваются полезным эффектом. В этом смысле вторая сигнальная система как специфическая принадлежность человека целиком подчиняется этому правилу.

5. Никакие модели условно-рефлекторных ответов не могут претендовать даже на отдалённое сходство с действительным условным рефлексом, если в них не будут учтены два кардинальных процесса: а) процес афферентного синтеза и 6) образование акцептора действия как аппарата “оценки” результатов действия.

к книге П. Косса “Кибернетика.

От человеческого мозга к мозгу искусственному”.

Предлагаемая вниманию советского читателя книга посвящена изложению основных проблем кибернетики. Кибернетика как новая область науки уже при своём возникновении тесными узами связала свою судьбу с физиологией, изучающей функционирование живого организма.

Важно было выяснить, в какой степени живой организм и саморегулирующиеся машины, до самых сложных счётных машин включительно, могут быть сопоставлены в основных своих функциональных проявлениях.

С самого начала бросается в глаза одно замечательное обстоятельство. В то время как электроника, механика и вообще техника машиностроения весьма широко использует это новое направление научной мысли (теория коммуникаций, обратной связи, информации и т.д.), физиология ещё очень медленно устанавливает конкретные взаимоотношения с кибернетикой.

До сих пор ещё трудно ответить на вопросы: обогатила ли кибернетика физиологическую мысль? Усовершенствовала ли она методы исследования физиологии и к постановке каких новых вопросов она привела?

А что приобрела кибернетика от связи с физиологией? Какие особенности функционирования организма оказались новыми для кибернетики и на какие новые исследования физиология натолкнула её?

К сожалению, научного ответа на эти вопросы в настоящее время нет. Всё ещё подыскиваются более или гйенее подходящие аналогии в функциях организма и в работе машин. Особенно распространённым оказалось моделирование различных функций организма с помощью всевозможных электротехнических приспособлений (Уолтер, Эшби и др.)- Однако мы не можем указать на какое-либо серьёзное изменение физиологических представлений в связи с развитием кибернетики как научного направления.

Среди физиологов по этому поводу имеются весьма противоречивые мнения. В то время как одни из них приветствуют кибернетику и предрекают ей большое будущее, другие, напротив, полны скепсиса и недоверия в отношении какого-либо прогрессивного влияния её на рост физиологических исследований.

Так, например, Фессар, Гершуни и др. считают, что отдельные принципы кибернетики могут быть с пользой применимы к изучению проблем физиологии, особенно это касается теории информации (Фессар, 1954; Гершуни, 1957). Фултон же весьма резко отвергает предположение о том, что кибернетика может оказать помощь физиологическому исследованию. Он пишет:

“Кибернетика ничего не разъясняет, не даёт никаких новых концепций и вызвала среди физиологов лишь замешательство... Нейрофизиология была запутана этим неудачным термином, и едва ли можно сомневаться в том₇что её прогресс будет зависеть от устранения этого термина...” (Фултон, 1953).

Если и невозможно согласиться с этим высказыванием, то всё же нельзя не отметить, что физиология в самом деле мало сделала, чтобы приблизиться к тем обобщениям, которые так смело делает кибернетика.

Понятно поэтому появление как легковесных заявлений и обещаний сконструировать “думающую машину”, так и полного отрицания какой-либо значимости кибернетики для физиологии, как это мы видели в высказывании Фултона.

В свете этих противоречивых мнений становится особенно понятным значение таких книг, какой является книга проф. Поля Косса “Кибернетика”.

Её автор — известный французский психиатр, специально занимающийся изучением возможностей приложения кибернетических принципов к исследованию мозга. Он ознакомился как с биологической, так и с математической сторонами проблемы и особенно подробно рассмотрел проблему аналогий и проблему моделирования. Всё сказанное делает особенно ценной ту осторожность, которую проявляет П. Косса по отношению к далеко идущим притязаниям со стороны авторов всевозможных моделей живых существ.

С особенным интересом читаются те главы, в которых П. Косса убедительными аргументами показывает логические ошибки сторонников чрезмерных и неоправданных экстраполяций.

На протяжении всей книги автор разбирает ряд примеров моделирования и показывает границу возможностей “живой модели”.

Особое внимание он уделил “обратной связи”, разновидностям этих связей в различных механизмах и в различных функциональных проявлениях организма.

Словом, книга П. Косса относится к тем произведениям в области пограничных проблем науки, в которых авторы не поддаются соблазну легковесных обещаний и прогнозов.

Вместе с тем следует отметить, что при анализе основных принципов кибернетики П. Косса далеко не использовал тех возможностей, которое предоставляет для этого современная физиология. Как и большинство зарубежных авторов, он совершенно не затронул вопроса о тех объективных законах природы, которые делают неизбежным наличие общих черт у таких различных классов, как машина, организм, общество.

Между тем только раскрыв эти объективные законы, можно определить место каждой частной проблемы в системе наук.

К числу таких всеобщих законов во всех случаях саморегулирующихся приспособлений можно отнести полезность конечного эффекта. Только от него и ради него могут циркулировать всевозможные “информации” и только степень полезности приспособительного эффекта данного действия может служить инициативным стимулом для реорганизации всех аппаратов и приспособлений, определяющих конечный полезный эффект. С тех пор, как на земном шаре зародилась жизнь, полезность конечного эффекта стала важнейшим фактором жизни, в том числе и действий человека — первобытного и цивилизованного.

Именно получение и “подгонка” полезного эффекта, как в живом организме, так и во всех творениях рук человеческих, потребовали появления обратной связи в машинах и обратной афферентации у организмов.

Недостаточное внимание к этому решающему моменту в проявлении приспособительных действий может повести, да и ведет в ряде случаев, к потере общей архитектуры саморегулирующихся систем.

В самом деле, что такое саморегуляция в широком смысле слова? Это такая система взаимодействий, при которой само отклонение функций от нормы служит стимулом к возвращению нормы.

Совершенно очевидно, что такая система может быть полез-ной организму только в том случае, если имеется какой-то устойчивый полезный эффект, ради которого и происходит всякая реорганизация системы. Больше того, эта реорганизация должна начаться с отклонений указанного полезного эффекта.

Именно в этом состоит концепция функциональной системы, разработанная задолго до появления кибернетики.

Если эта важная закономерность не принимается во внимание при анализе саморегулирующихся систем, неизбежно возникают ошибки в оценке всего сложного процесса как приспособления организма, так и действия саморегулирующихся машин.

В условном рефлексе эти требования конечного полезного эффекта полностью соблюдены, поскольку подкрепление его, например, пищей представляет собой обратную афферентацию, целиком соответствующую качеству тех возбуждений, которые были вызваны к жизни условным раздражителем. Следовательно, здесь мы имеем “замкнутый контур”, все части которого соподчинены конечному полезному эффекту.

К сожалению, П.Косса не выявляет своего отношения к этому важному узловому процессу. Это мешает ему дать правильный анализ им же самим приведенных фактов.

Возьмем, например, оценку роли потряска в мельничном деле. П.Косса без всяких оговорок относит его к историческим предшественникам обратной связи (стр. 37). Но выполняет ли на самом деле потрясок эту роль?

Чем представлен конечный полезный эффект во всем мельничном процессе? Очевидно, количеством и качеством муки. Именно этот эффект составляет конечную цель всей мельничной конструкции, начиная от плотины и ее заградительных щитов и кончая регуляцией подсыпки зерна.

Постараемся построить всю цепь постепенно развивающихся звеньев в этом процессе (см. рисунок).

Если бы вся эта конструкция работала по типу саморегулирующихся машин с обратной связью, то “регулируемый объект”, или конечной полезный эффект — количество и качество

муки, — должен был бы сам через обратную связь 0₇ влиять на исходный энергетический фактор, то есть на напор воды (пунктирная линия).

Вполне возможно представить себе, что количество муки, как и ее качество, с помощью специальных чувствительных устройств могут быть улавливаемы на конечном этапе. Затем в зависимости от настройки этих чувствительных устройств могут быть изменены энергетические условия, заводящие всю цепь процессов.

Все это в конечном счете определяло бы нужную степень размола зерен и качество муки. В этом случае мы имели бы типичный “замкнутый контур” с обратной связью.

В действительности всего этого нет; качество муки является здесь пассивным результатом другой и побочной регулирующей системы — потряска.

Однако мы и здесь не видим “замкнутого контура” с обратной связью. Если бы в этом маленьком, так сказать, этапном шене существовала обратная связь, то она могла бы существовать только от вращения жернова к вращению оси (вторая пунктирная линия 0₂)• Но в действительности и этой связи нет, ибо скорость вращения жернова не зависит от подброски зерна, которая лишь улучшает условия трения жернова друг о друга.

Таким образом, в этом излюбленном кибернетиками примере мы также не имеем саморегулирующейся системы с обратной связью. Мы имеем здесь параллельную линию связанных процессов (Aj и А₂), которые благодаря предварительной настройке дают в конечном звене нужный полезный эффект.

Насколько важно оценку саморегулирующихся систем вести от конечного полезного эффекта, можно видеть на примере типичной функциональной системы организма, которая обеспечивает постоянный уровень окислительных процессов — по функции газообмена.

В клинических и экспериментальных условиях подробнейшим образом проанализированы физиологические результаты удаления одного легкого. Именно в подобных случаях, то есть при компенсации дефектов, функции саморегулирующейся системы организма проявляют себя особенно отчетливо. Вся совокупность саморегуляторных приспособлений при поддержании конечного полезного эффекта для организма легко может быть выражена в вышеприводимой принципиальной схеме. Она является типичной абсолютно для всех функциональных систем циклического типа и может служить своего рода эталоном для расшифровки также и более сложных функциональных систем, например тех, на основе которых строятся акты поведения.

В этой типовой схеме центральным пунктом является конечный полезный эффект — отношение С0₂—0₂. Малейшие изменения этого отношения немедленно ведут к включению одного из многочисленных механизмов, которые немедленно выравнивают нарушение этой важной для организма константы. По такому типу построены также саморегулирующиеся системы, поддерживающие осмотическое давление крови, постоянный уровень сахара в крови и т. д.

Анализ функции потряска, который был сделан П.Косса, значительно отступает от приведенной нами универсальной архитектуры функциональных систем с саморегуляцией. Это влечет за собой важные последствия.

В этой связи уместно рассмотреть пример с саморегуляцией акта стояния, который приводит П.Косса на стр. 47.

Как можно судить по рис. 6, вся система саморегуляции акта стояния у П.Косса начинается с проприоцепторов и кончается проприоцепторами. Это — явная переоценка роли проприоцепторов, и, к сожалению, П.Косса в этом не одинок.

Между тем вопрос о составе этой саморегулирующейся системы был бы очень легко решен, если бы за исходный пункт анализа была взята изображенная на рис. 7 схема.

В самом деле, исходя из типовой схемы любой саморегулирующейся системы, мы должны прежде всего поставить два вопроса: 1) какой конечный полезный эффект имеет данная функциональная система и 2) каков состав той обратной афферентации, которая информирует нервную систему о достижении полезного эффекта? Эти два вопроса, на наш взгляд, являются ключом к раскрытию любой сложной саморегулирующейся системы.

Применительно к акту стояния мы должны соответственно ответить на эти вопросы: конечным полезным эффектом является удержание вертикального положения, а обратной афферентацией, информирующей о достижении этого полезного эффекта, являются зрительная и лабиринтная афферентации, особенно последняя. Про-приоцептивная же афферентация играет также немаловажную роль — она стабилизует достигнутый полезный эффект, делает его устойчивым. Однако проприоцепторы по самой своей сути не могут датъ полноценную и конечную обратную афферен-тацию о достижении адекватного полезного эффекта.

Так, например, с помощью проприоцепторов мы никогда не сможем оценить результаты движения руки при взятии какого-либо предмета, но они помогают достижению этого эффекта, создавая наиболее экономный тип направленного движения. Проприоцепторы по самой своей сути не могут информировать мозг о том, взят ли в руку нож или вилка или какой предмет взят с полки, хотя биомеханика самого движения организуется под значительным контролем проприоцепторов.

Никакая саморегулирующаяся система, если только она заканчивается полезным эффектом для организма, не может быть

построена только на проприоцептивной информации. В этом смысле пример П.Косса не является удачным и опять-таки благодаря отсутствию систематизированного физиологического представления о функциях целого организма.

* * *

Во всех попытках сопоставления функций живого организма с работой саморегулирующихся механизмов большую роль играет проблема “программирования”. Серьезное внимание ей уделил и П.Косса. Он совершенно справедливо замечает, что всякие антропоморфические выражения, вроде “думающая машина”, “память” или другие подобные этим, запутывают вопрос. Сама программа действия для машины, требующая часто сложных и длительных вычислений и реализуемая в том или ином виде карт или лент, является наилучшим доказательством механических способностей машины.

Эти способности rio скорости и объему операций могут быть потрясающими и экономят работу тысяч людей. Однако характер работы, как бы ни была сложна машина, предопределен конструкцией машины, мыслью человека.

В человеческой деятельности более широкого плана эти черты программирования выступают еще более отчетливо. Так, например, тот эффект, что молоток забивает гвоздь; а штопор вытяги вает пробку, целиком зависит от той “программы”, которая предписана им человеком и которая материально реализована в соответствующей форме и конструкции этих орудий. Тот факт, что машины в самых сложных их конструкциях превратились в саморегулирующиеся механизмы с обратной оценкой результатов действия, то есть конечного полезного эффекта, является отражением той закономерности, согласно которой развивались все целесообразные приспособительные действия самого человека в отношении внешнего мира.

Таким образом, давая общую характеристику программирования работы машины, мы могли бы сказать, что программа — это предопределенный и более или менее жесткий путь к получению желаемого полезного эффекта. В одном случае этот путь может быть очень длинным и сложным, а в другом он простой и короткий. Можем ли мы здесь найти хотя бы отдаленную аналогию с функциями человеческого организма?

П.Косса несколько нечетко ставит этот вопрос, и его можно понять так, что здесь лежит непроходимая пропасть. Но этого нет на самом деле.

Противопоставляя действия человека действиям даже самых сложных машин, П.Косса все время указывает на “большую гибкость”, изменчивость и, так сказать, “произвольность” в действиях человека. В общих чертах это, конечно, верно. Однако одного указания на это недостаточно. Попытаемся выразить в тезисах некоторые специфические черты организации нервной деятельности человека.

1. Программа действия любой, даже самой сложной машины предопределена еще до постройки самой машины. Она не может складываться ex tempore в зависимости от того, как сложились в данный момент окружающие условия. Машина не может учитывать окружающие условия и на основе их строить свою программу действия.

2. У животного и человека “программирование” действий есть всегда следствие динамического синтеза внутренних и внешних факторов. Только после этого афферентного синтеза формулируется намерение к совершению того или иного, но вполне определенного действия. Количество этих синтезов, как и комбинаций внешних условий, беспредельно, и потому возможности программирования поступков человека столь же беспредельны.

3. Для человека вопрос “Что делать?” является динамически изменчивой функцией, зависящей от совокупности внешних и внутренних афферентаций, имеющихся в данный момент. Для машины этого вопроса не существует. Ее действия предопределены и рассчитаны при конструировании. Говоря образно, если бы машины были наделены способностью афферентного синтеза и осуществляли свои действия в зависимости от этого синтеза, то машина, изготовляющая консервные банки, будучи поставлена в цех обувной фабрики, должна была бы начать выпускать полуботинки...

Если мы добавим к сказанному, что одна и та же машина может принимать участие во многих тысячах отдельных действий (на эффекторном конце), то едва ли правильно считать, что чдесь вопрос только в количестве комбинаций. Вернее сказать, что для осуществления столь динамических и разнообразных функций, какие присущи человеческому организму, необходима другая и конструктивная и материальная основа — нужна была

о*

бы живая материя с ее беспредельной молекулярной изменчивостью. А это значит, что различие является несомненно качественным!

4. Все описанные выше особенности формирования поведения у животных и человека не являются единственными. Все они осуществляются в плоскости настоящего. Замечательной особенностью мозга животных и человека является предвосхищение будущих событий и формирование поведения в связи и по поводу тех событий, которые могут наступить в будущем.

Трудно представить себе машину, которая внезапно изменила бы свою конструкцию и начала действовать, как говорил И.П.Павлов, “предупредительно” по поводу каких-то новых и еще предстоящих, то есть будущих, событий.

Физиологические особенности условного рефлекса как предупредительного, сигнального действия и состоят прежде всего в том, что происходит синтетическая работа всех афферентных отделов коры головного мозга, и в особенности лобных отделов. Эта синтетическая работа непременно завершается формированием поведения в точном соответствии с совокупностью афферентных воздействий на организм. Этому не могут соответствовать никакие механические ассоциации.

Здесь можно еще раз указать на две исключительно важные черты в формировании поведения животных и человека, возможности моделирования которых трудно представить в настоящее время.

Первая черта состоит в том, что афферентная сигнализация животным и человеком воспринимается не пассивно, наподобие tabula rasa, на которой внешний мир пишет свои узоры. Животные и человек активно собирают те афферентные сигналы, на основе которых в последующем совершится процесс афферентного синтеза. Они активно направляют свои рецепторные поверхности в сторону различных факторов внешнего мира, перебирая и обследуя их в течение определенного времени. Как известно, этому служит ориентировочно-исследовательская реакция, названная И.П.Павловым “рефлекс: Что такое?”.

Мы знаем теперь благодаря целому ряду нейрофизиологических исследований, что при активном подборе афферентных сигнализаций внешнего мира благодаря вмешательству ретикулярной формации ствола головного мозга происходит значительное повышение возбудимости соответствующих рецепторных аппаратов на периферии (Granat, Dell, Снякин и др.). Таким образом, афферентный синтез, всегда предшествующий формированию конкретного действия, является весьма динамичным и активным процессом, и не случайно, что в обратной форме он был назван “творческим” процессом (И.П.Павлов).

Трудно представить себе такую машину, которая бы “обнюхивала” и “осматривала” механика или рабочего и на основе этой информации решала, какой продукт ей произвести в данный момент...

Таким образом, несмотря на то, что и машина и животное функционируют в пределах одной и той же циклической функциональной системы с обратными влияниями, их приспособительная деятельность принципиально отлична друг от друга.

Вторая черта приспособительной деятельности, которую необходимо здесь отметить, — это особенность того или иного действия “программирования” в центральной нервной системе.

Как уже говорилось выше, вопрос о том, “Что делать?”, решается сразу же после стадии афферентного синтеза.

Но раньше, чем сформируется соответствующее действие, создается особый афферентный аппарат, являющийся следствием .крферентного синтеза. Этот аппарат, названный нами акцептором действия, производит завершающее сопоставление того, что было предпринято, с тем, что выполнено.

Несовпадение этих двух моментов является стимулом для производства новых и новых действий, пока какое-то из них не удовлетворит основным афферентным качествам акцептора действия.

Мы можем, таким образом, сказать, что “программирование” какого-либо действия у животного одновременно включает в себя и образование аппарата проверки успешности выполнения намеченной программы.

Афферентный синтез и формирование “программы” действия, .1 также проверка успешности ее выполнения у животных и человека являются динамическими, всегда приспособленными к < оответствующей внешней и внутренней ситуации. Отсюда ясна возможность даже в отдаленной форме моделировать “робот”, который сумел бы формулировать “программу”.

Машина начинает свою деятельность всегда с формирования действия, то есть с осуществления программы и никогда с афферентного синтеза. Эту первую стадию всегда выполняет сам человек.

Таким образом, мы видим, что приспособительное поведение животного включает в себя как единую функциональную систему то, что поделено между человеком и машиной в случае машин с автоматической регуляцией.

В настоящее время неизвестны машины, которые, формулируя программу действия, одновременно формировали бы и аппарат проверки будущего действия.

* * *

Нам осталось сказать еще несколько слов о “памяти” как о свойстве сложных счетных машин. Можно согласиться с П.Косса, что употребление этого термина для обозначения функций машин скорее запутывает, чем помогает решению важнейших проблем. Такой антропоморфизм методологически несостоятелен.

Память предполагает различение общего плана и частных специфических особенностей различных запоминаний.

Говоря о том, что какой-то процесс “оставил след”, мы объединяем огромную группу явлений органического и неорганического мира. Сюда должны быть включены все те феномены, при которых какое-то дейстие, происходящее в настоящем, запечатлело себя в какой-то материальной форме,стало “следом” прошедшего. При таком подходе “следом” будет и черта на камне, и порез ножом на дереве, и отпечаток на глине, и какой-то остаточный процесс в мозговых клетках после уже происшедшей деятельности мозга. Не случайно, что для обозначения некоторых нервных процессов принят был термин “след” (как, например, “следовой рефлекс”).

Все это, однако, не может отменить того факта, что здесь проявляются совершенно различные закономерности и специфические материальные процессы.

В самом деле, что может быть тождественного, скажем, в процессах ферромагнитной записи и в процессах молекулярных перестроек, являющихся основой памяти?

Замечания П.Косса о материальном субстрате памяти не могут быть поэтому обойдены молчанием. Он считает, что наиболее вероятной объективной возможностью для процессов памяти в нервной системе был бы процесс статической поляризации в нервных элементах, подобно тому как это указано (см. стр. 86) для физического “запоминания” в счетных машинах.

В какой степени вероятно, чтобы именно поляризация стала одним из возможных субстратов памяти? Что такое статическая поляризация нервных элементов?

Это исходное электрическое состояние нервных элементов, поддерживаемое активными метаболическими процессами протоплазмы на поверхности оболочки (мембраны).

Всякий процесс распространяющегося возбуждения неизменно связан с нарушением этой исходной поляризации и переходом нервного элемента в состояние деполяризации.

Из сказанного следует, что процесс статической поляризации, ежесекундно нарушаемый волнами приходящих возбуждений, не может быть хранителем каких-то прошлых возбуждений. Данная нервная клетка, приняв активное участие в данной нервной деятельности и, следовательно, претерпев состояние деполяризации, может после этого принять участие в других деятельностях, то есть опять и много раз перейти из состояния поляризации в состояние деполяризации и обратно.

Таким образом, в свете современных представлений о природе возбуждения и отношения его к явлениям поляризации нервных элементов мы не можем принять гипотезу, что эти процессы могут быть выразителем памяти.

Запоминание как процесс нервной системы является гораздо более сложным феноменом, чем элементарный процесс деполяризации.

Прежде всего запоминание — это системный процесс. Запоминаться может только разветвленная система соотношений, соответствующая запоминаемому впечатлению, то есть системе иозбуждений, связанной с ним. Значительность этого процесса состоит в том, что такие “следы” не теряют своего системного, то есть организованного, характера в течение даже десятков лет, несмотря на то, что те же самые нервные клетки принимали активное участие в тысячах других реакций и впечатлений человека!

На каком энергетическом фундаменте поддерживается монолитность этой запоминаемой системы возбуждений?

Эти вопросы открывают перед нами перспективы еще не начатых исследований. Последние работы Иошин и Гасто (1956 юд) дают указание на то, что это запоминание не обходится без активирующегося действия ретикулярной формации ствола мозга. Однако это всего лишь только самые начальные намеки на решение проблемы памяти.

* * *

Книга П.Косса написана живо, местами блестяще, хотя автор иногда и переходит на “домашнюю” дискуссию с Куфиньялем, корни которой читателю не известны.

П.Косса оставляет в стороне одну важную особенность всякого сопоставления кибернетики с какой-либо областью знания. При таком сопоставлении непременно должны быть использованы самые последние и самые достоверные достижения данной научной области.

Эту мысль очень хорошо выразил один из крупнейших советских физиков, работающих в области кибернетики, — проф. А.А.Ляпунов, писавший, что “более детальное моделирование процессов, протекающих в нервной системе, требует дальнейших специальных сведений о ее работе”.

В конце книги, обсуждая невозможность создания “думающей машины”, П.Косса говорит о “примате Разума”. Особенно четко это выражено в послесловии. Между тем “примат Разума” не может быть независимым, не связанным причинными связями с теми внешними воздействиями, которые исторически создали этот разум.

Только в этом смысле, то есть представляя собой сгусток исторических превращений и усовершенствований и обогащенный индивидуальным опытом, разум социального человека стал способным, как мы видели, на такую деятельность, какую не могут выполнить машины, как бы они ни были сложны.

Идеалистическое представление о “примате Разума” ненаучно. Первична материя; дух, сознание вторичны.

Можно надеяться, что книга П.Косса будет прочитана российскими читателями с большим интересом. Он даст объективную оценку всем тем положениям и критическим высказываниям, которыми она богата.

к сборнику “Процессы регулирования в биологии”

За последние годы в иностранной прессе появилось довольно много работ по вопросу о приложении кибернетики к пониманию и изучению явлений биохимического и физиологического характера. Некоторые из них были переведены на русский язык (П.Косса, К.Шеннон и др.)².

Характерная черта этих работ состоит в том, что они направлены почти исключительно на объяснение и моделирование самых высших форм деятельности животного организма: работы его мозга вообще и условных рефлексов в частности.

Это и понятно. Именно при рассмотрении высших приспособлений организма к внешнему миру при помощи условно-рефлекторных связей наиболее выпукло выступают основные черты кибернетического мышления. Прежде всего здесь особенно важна теория информации и кодирование внешнего сигнала, который, начавшись, казалось бы, с простого ряда афферентных импульсов, в дальнейшем претерпевает сложную дисперсию по различным “каналам связи” центральной нервной системы вплоть до реализации ответа на эффекторных путях. Решающее значение имеет здесь также и обратная афферентация о результатах произведенного действия.

Только рассчитав в деталях эту информацию, можно понять любое совершенствование приспособительных актов или исправление ошибки в поведении животных и человека.

В Западной Германии термин “кибернетика” не принимается ( голь охотно, как в других странах. Здесь большей популярностью пользуется термин “биологическое регулирование”. Правда, не так легко понять преимущества этого термина, хотя тенденция биологизировать и физиологизировать понятия кибернетики весьма нужна в данный момент.

В Западной Германии авторы исходят из представлений, что термин “биологическое регулирование” содержит в себе те основные закономерности, которые в последние годы декларировала кибернетика, но вместе с тем в нем отсутствуют все те сенсационные претензии кибернетики, которыми она так испортила свою репутацию в глазах серьезных ученых. Предисловие Хольста к данной книге хорошо выражает это различие точек зрения.

Настоящий симпозиум весьма характерен для этой тенденции. Он содержит работы весьма солидных физиологов, биохимиков и биологов других специальностей, которые, не покидая строго физиологических позиций, делают попытку разобрать некоторые случаи саморегулирующихся физиологических систем.

Эти работы отличаются от уже известных нам кибернетических параллелей именно тем, что в центре внимания все время находятся фундаментальные вегетативные приспособления типа терморегуляции, регуляции сахарного обмена, регуляции кровяного давления и т.д. Благодаря этим отличиям, данный симпозиум заполняет пробел в применениях кибернетики к общим физиологическим приспособлениям организма. Известно, что приложение кибернетического мышления к общим вегетативным функциям организма — совершенно необходимый переходный этап к пониманию патологических состояний организма в широком плане саморегуляции. В этом состоит значение данного симпозиума специально для медицинской теории.

Изучив законы поддержания констант нормального организма на постоянном уровне, мы тем самым поймем законы “срыва” этих регуляций в особенных, т.е. патологических, ситуациях, которые могут экстренно возникнуть в жизни организма.

Статьи симпозиума расположены в логическом порядке, и это весьма облегчает их чтение, поскольку каждая работа представляет собой нечто вроде отдельной главы целостной монографии.

В первых статьях рассмотрены общие законы саморегуляции в технических системах, и это помогает понять пути сопоставления этих законов в технических и физиологических системах. Затем дан разбор различных саморегулирующихся систем организма, например терморегуляции, кровяного давления, вегетативных процессов и т.д.

Следует отметить, что, по сути дела, все виды саморегуляции, отличаясь по качеству конечного приспособительного эффекта, действуют по одному и тому же архитектурному типу: само отклонение от константного уровня функции служит стимулом к восстановлению нарушенного состояния. В этом смысле весь процесс саморегуляции целиком укладывается в ту формулу саморегуляции, которая была высказана много лет назад И.П.Павловым. Он охарактеризовал организм как систему, которая “сама себя поддерживает, сама себя исправляет, сама себя совершенствует...” (И.Павлов, 1932). В этих словах особенно отчетливо охарактеризован циклический характер всех саморегулирующихся процессов и инициативный характер самого отклонения функции от нормальной константы.

Среди статей симпозиума особенное внимание обращает на с ебя статья о регуляторных приспособлениях нервной системы богомола к различным переменам внешних условий в связи с положением добычи. В этой статье отчетливо показан интегральный характер “входной информации”, т.е. той суммы афферентных воздействий, которые, зарождаясь на различных рецепторных аппаратах, формируют в центральной нервной системе для каждого момента поведения целостный комплекс возбуждений. Эта работа с очевидностью показывает, что успех понимания физиологических механизмов любого поведенческого акта животных находится в прямой зависимости от понимания состава афферентных воздействий на организм, имеющих место в данный момент.

В статье Дришеля о вегетативных регуляциях впервые дана исчерпывающая характеристика саморегулирующихся процессов в плане кибернетики. Эта работа представляет особенный интерес в связи с изданной на русском языке книгой Эшби⁴¹, который, как известно, первый сделал попытку сконструировать “гомеос-гат”, т.е. техническую систему со свойствами живой вегетативной « аморегулирующейся системы.

Обращает на себя внимание также статья о приспособительном поведении пчел в сообществе при выполнении ими различных обязанностей в улье (Линдауэр). В этой статье впервые делается попытка понять отдельные эпизоды в поведении пчел, вызывающие подлинное удивление своей исключительной согласованностью, на основе учета той “информации”, которую получает в сообществе каждая рабочая единица. Заслуга автора состоит в том, что он совершенно отчетливо вскрывает те исходные материальные причины, которые служат толчком для изменения поведения пчел в улье, и делает попытку понять эти изменения с точки зрения особенностей получаемой пчелами информации.

Правда, необходимо отметить, что Линдауэр недостаточно отчетливо формулирует роль обратной афферентации о результатах произведенного действия, и это мешает ему вскрыть более тонкие факторы взаимодействия пчел при выполнении ими различных видов работ в улье.

В приложение к сборнику нами включена, наряду с двумя другими работами, статья К.Коль, посвященная ионной электропроводности периферических нервов. В этой статье автор, давно уже известный в литературе своими исследованиями биофизических свойств гигантских нервных волокон, подробно разбирает вопрос о природе изменения продольного и поперечного импеданса нервных волокон и предлагает электрическую модель, иллюстрирующую механизм изменения физиологических параметров нервного волокна в процессе возбуждения.

Все статьи симпозиума, хотя они и посвящены самым различным вопросам — от анализа микропроцессов, протекающих в нервном волокне, до анализа поведения насекомых в сообществе, — проникнуты одной идеей — идеей регулирования биологических процессов на основе циклического взаимодействия. В этом смысле книга, несомненно, интересна и полезна, а в некоторых отношениях даже и уникальна. Закономерности саморегулирующихся технических систем сопоставляются в ней с такими процессами организма, которые под этим углом зрения никогда серьезно не разбирались.

Следует, однако, сделать ряд критических замечаний, которые, как мне кажется, должны показать перспективы дальнейшего развития всей проблемы “биологического регулирования”.

Прежде всего авторы почти всех статей, за исключением Ранке и Гопферта, не анализируют глубоко наиболее критический пункт регулирования — качество, состав и кодирование внешнего фактора в нервных импульсациях, возникающих на рецепторах и распространяющихся в определенной конфигурации по нервному волокну в направлении центральной нервной системы. Именно в этом пункте лежит источник всего разнообразия реакций организма и адекватности этих реакций исходному стимулу. Своеобразная афферентация, в которой закодированы все важнейшие качества раздражающего агента, при распространении по центральной нервной системе реализует код и формирует на эффекторном конце адекватную для данного момента реакцию. Поскольку же на рецепторные органы всегда действует какая-то многообразная стимуляция, постольку мы непременно должны иметь в виду, что в организме постоянно и непрерывно происходит синтез многочисленных афферентаций, и только на основе этого афферентного синтеза начинает формироваться поведенческий акт.

Здесь очень важно отметить организующую роль тех структур, которые поддерживают в организме константное течение какой-либо функции. Разбирая правила биологического регулирования различных функций организма, авторы оставили без анализа самый факт поддержания именно такой, а не другой константы. В самом деле, например, уровень сахара в крови колеблется около 0,1%, температура тела — около 36,7°, а осмотическое давление крови поддерживается еще более строго на уровне 7,6 атм.

Не поставив этого вопроса, авторы, естественно, и не могли вскрыть тех исключительно важных наследственных детерминант, которые устанавливают метаболизма определенных клеточных структур в определенных качественных и количественных границах. Именно это обстоятельство приводит к тому, что вся саморегулирующаяся система служит поддержанию некоторого определенного уровня, соответствующего в технических саморегулирующихся системах “заданному значению”.

И, наконец, почти во всех рассмотренных в симпозиуме случаях саморегуляции не вскрыта и не подчеркнута роль обратной афферентации, хотя при изложении она и мыслится как составная часть биологического регулирования. Вскрытие роли обратной афферентации именно для вегетативных регуляций особенно важно, поскольку здесь она очень часто замаскирована “отсутствием афферентации”, наступающим в результате приспособительного рефлекторного акта.

Такой случай мы имеем, например, при снижении кровяного давления в результате учащения рецепторных импульсаций от барорецепторов дуги аорты и синокаротидной области. Но именно это снижение давления ведет к уменьшению импульсации от барорецепторов указанных областей, что и является “обратной афферентацией” о результатах рефлекторного акта.

В еще более отчетливом виде эта закономерность видна в известном эксперименте сбрасывания пропитанной кислотой бумажки обезглавленной лягушкой. Здесь серия рефлекторных двигательных актов заканчивается сбрасыванием бумажки, а афферентным последствием результата этого приспособительного акта является устранение импульсаций от рецепторов кожи, раздражавшихся ранее кислотой.

Конечно, вся проблема физиологической расшифровки саморегулирующихся функциональных систем организма еще далека от окончательного разрешения. Поэтому можно указать многие возможные пути дальнейшего анализа.

Однако совершенно очевидно, что постановка и разрешение этой проблемы в данном симпозиуме новы, объекты анализа выбраны оригинально, а результаты анализа представляют большой интерес для биолога, физиолога и медика.

Статьи симпозиума, несомненно, вызовут живое обсуждение затронутых проблем, послужат толчком для постановки новых исследований, а главное — дадут возможность советскому читателю пересмотреть, казалось бы, хорошо известные факты в новом аспекте.

Это и есть то положительное, что может дать сама концепция “биологического регулирования” и те работы, которые представлены в настоящем симпозиуме.

ФИЗИОЛОГИЯ И КИБЕРНЕТИКА¹

Если принять наиболее распространенное мнение, что кибернетика в настоящее время является самым синтетическим и в то же время самым молодым научным направлением, переживающим еще стадию младенчества, то можно смело утверждать, что первой и заботливой нянькой младенца была физиология.

Известно, что Н.Винер, начинатель кибернетического направления, оформивший математические положения кибернетики, вскоре перешел к серьезному изучению физиологии. Он поехал в Мексиканский университет к своему хорошему другу, ученику Вальтера Кеннона, профессору А.Розенблюту. Здесь он изучал общие принципы деятельности организмов и машин и вместе с тем испытывал возможность применения математического анализа к явлениям физиологического порядка. Только после этого Винер приобрел смелость в аналогизировании работы организмов и машин, а его представления о живом организме приобрели научную достоверность.

Профессор Розенблют в личной беседе с автором этих строк* сообщил, что Винер не ограничивался лишь теоретическим изучением физиологии, наоборот, он занялся непосредственно экспериментами. Это обеспечило ему свободу в выборе тех физиологических примеров, которыми так богаты его последние произведения.

Что же представляет собой кибернетика в ряду научных дисциплин в настоящий период ее развития?

Кибернетика является новой областью знаний, ставящей своей целью отыскание общих принципов функционирования машин, организмов и общества и на основе этих принципов разработку

^ В кн.: Философские вопросы кибернетики. — М., 1961.

математических правил управления и регулирования рабочих систем, включающих в себя обратную связь.

В настоящее время еще нет общей формулы, которая охватывала бы достаточно полно все разветвления исследовательской работы, которые возникли на основе этого нового направления мысли. В то время как одни ученые фиксируют внимание на возможности управлять различными машинами и регулировать их работу с помощью обратной связи, другие, наоборот, сосредоточивают свое внимание на самом факте наличия информации в сложных рабочих системах. Так возникла теория информации, которая составляет по существу только один фрагмент самого принципа кибернетического подхода к изучению сложных явлений.

Имеются и такие ученые, которые ставят акцент на важности взаимного оплодотворения различных научных дисциплин, исторически получивших чрезмерную специализацию, и в этом нельзя не видеть очень существенного свойства кибернетического направления мысли. Исторически так сложилось, что развитие науки шло с исключительным подчеркиванием отдельных областей знания, отдельных процессов и часто весьма детализованных функций. Однако уже вскоре было замечено, что в такой исключительной специализации исследователь часто теряет общие горизонты всей проблемы в целом.

Кибернетика с самого момента своего зарождения пошла по пути преодоления этой специализации. Уже первые конгрессы по кибернетике проходили при участии самых различных специалистов: математиков, философов, физиологов, экономистов и т.д. Казалось бы, что может быть общего у специалистов столь различных профилей? Тем не менее это общее существует и установленный с тех пор контакт между различными специалистами не нарушается. Почти каждая страна имеет специальное общество, которое на своих конференциях обсуждает общие принципы, лежащие в основе многочисленных специализированных научных и технических направлений.

1. НЕКОТОРЫЕ ЧАСТНЫЕ ПРИНЦИПЫ КИБЕРНЕТИКИ

С самого начала развития кибернетики, как своеобразного интегрирующего направления науки, наметились те узловые во-

просы, которые дают наибольший практический эффект и наиболее легко поддаются математической обработке. Отсюда некоторая диспропорция между разрешением общих принципов кибернетического мышления и частных вопросов, составляющих лишь отдельные узловые пункты кибернетической системы. Именно поэтому общие принципы кибернетики оказываются в настоящее время менее разработанными и менее четкими в научном отношении, чем ее частные принципы, создавшие ей справедливую репутацию в высшей степени полезного не только теоретического, но и практического направления. Вместе с тем разработка частных вопросов оказалась столь интенсивной, что они очень часто относились к области самой кибернетики.

Так, например, весьма разрослась теория информации, теория программирования, теория автоматического регулирования, теория кодирования и т.д. Здесь с кибернетикой произошло нечто подобное тому, с чем вначале она сама вела такую упорную борьбу: некоторые ее частные области получили столь широкую разработку (теория информации и теория связи), что многие авторы уже не хотят знать никакой другой кибернетики, кроме этих отдельных направлений.

Теория информации является в высшей степени ответственным участком кибернетики, имеющим общие пункты соприкосновения между работой машин, общества и организмов. Под * информацией понимается сумма воздействий на организм, машину или общество, которая дает нечто новое в деятельности этих систем и может быть использована для конструирования последующего поведения или последующих действий. Понятием информации нивелируется значение входящих сигналов, в какую бы систему они ни входили, лишь бы они являлись важными для работы этой системы. Так, например, вид хищника, как зрительное раздражение для мелкого животного, так же, как афиша, извещающая человека о новом кинофильме, и так же, как вспышка лампочки во входном фотоэлементном устройстве автоматически регулирующейся машины — все это является информацией, которая может быть выражена в физических показателях, причем последние могут быть точнейшим образом представлены в математических величинах. Совершенно очевидно, что судьба информации и тех преобразований, которые произойдут в ней на отдельных этапах продвижения по рабочим системам,

10 — 2449 конечно, могут быть очень различны в зависимости от качества и специфики этих систем. Однако самый факт обобщения этих сигналов в понятие информации свидетельствует о значительном продвижении вперед.

Как полагают некоторые математики и кибернетики, сила кибернетического направления мысли состоит в том, что математический расчет физических параметров на более просто устроенной рабочей системе (машине) даст возможность в ка^ой-то степени аналогизировать этот расчет и для более сложных рабочих систем (организма и общества), а дальше нахождение общих математических закономерностей поможет прогрессивно исследовать в живых организмах те процессы, которые до сих пор были недоступны для исследования.

Очень важным для кибернетики является тот факт, что информация непрерывно циркулирует во всех рабочих системах с автоматической регуляцией и, что особенно важно, циркулирует она как в прямом (на путях управления объектом), так и в обратном направлении (на путях информации о состоянии объекта). Так постепенно возникла специальная задача точного расчета параметров входящих сигналов, закономерностей, их преобразования на всех узлах системы и их отношения к конечному эффекту. Для организма теория информации имеет особенно важное значение. Так, например, точный расчет параметров зрительного или слухового раздражителя, который действует в данный момент на организм, значительно обогатился теми математическими разработками, которые дает теория информации. Если же взять факт дальнейшего преобразования этой информации, т.е. перевода фотоэнергии в нервную энергию возбуждения, то уточнение физических параметров раздражителя окажется чрезвычайно полезным.

В настоящее время проблема приложения теории информации к физиологическим процессам, в особенности в области физиологии органов чувств и анализаторов, в Советском Союзе разрабатывается профессором Г.В.Гершуни. Теория информации нашла в целом ряде случаев совершенно неожиданное применение. Поскольку всякое воздействие на организм неизбежно приводит к каким-то интрамолекулярным перестройкам или в специфических рецепторных элементах, или в клетках всего тела организма, то возникла мысль, что и клетки тела, кумулирующие

в себе все наследственные качества человека, получают “информацию”. Эта идея в последние годы интенсивно разрабатывается в ряде стран, в том числе в Советском Союзе. Ученые стремятся выяснить, какое воздействие на зародышевые клетки может способствовать увеличению информации конденсированных в цепях белковых молекул ядра и протоплазмы и каким образом эта информация может быть донесена до онтогенетических этапов развития организма.

Как можно видеть, преобразование и передача информации в машинах, организмах и обществе является той общей основой, которая объединяет эти различные системы.

Понятно поэтому, что теория информации, разрабатывая возможность передачи именно информации, а не энергии, должна была столкнуться с целым рядом важнейших новых для науки проблем. К таким проблемам относятся физическая и техническая оценка решающих узлов передачи информации, расчет отдельных параметров этой информации, что особенно важно для биологических наук, кодирования многообразной информации в экономные комплексы и т.д.

Гак постепенно сложилась целая наука, открывшая возможность анализа таких сторон в передаче информации, которые раньше были науке неизвестны. В настоящее время в физиологии широко используются отдельные положения теории информации и особенно разнообразные способы кодирования информации, благодаря которым в нервной системе организма достигается тончайшее и точнейшее отражение внешнего мира.

Неизбежно должен был возникнуть вопрос о проходимости тех каналов, по которым циркулирует информация. В самом деле, гели человеческое ухо воспринимает вполне определенный диапазон частот, а в звуковом составе речи есть комбинация наиболее благоприятных для слуха модулированных колебаний этих частот, то неизбежно должен возникнуть вопрос о том пределе, до которого слуховой аппарат может допустить всевозможные нагрузки звуковыми колебаниями. Так постепенно от основного русла теории информации начинает вычленяться новая ветвь — теория связи”, одной из главных задач которой является расчет пропускной способности каналов связи. Для разработки этой гсории как частного принципа кибернетики были созданы целые школы, она сыграла огромную роль в усовершенствовании средств связи и в особенности в борьбе с шумами и с так называемой потерей информации.

Для физиологии нервной системы оба этих частных раздела кибернетики — теория информации и теория связи — играют большую роль. Они позволяют применить математический аппарат при анализе тех нервных импульсаций, которые возникают и передаются по нервным проводникам с различной скоростью. Так, например, можно рассчитать временные соотношения между нервными импульсами, поступающими в ганглионарный аппарат с различной частотой и по различным нервным волокнам. Скорость развертывания биохимических реакций, возбуждающих ганглий, и физические параметры входящих возбуждений при известных температурных коэффициентах могут в значительной степени определить предсказания конечного эффекта и судьбу входящих нервных возбуждений в центральной нервной системе. Именно эта сторона в последние годы привлекает особое внимание и Н.Винера.

Чтобы оценить значимость математического подхода к изучению физиологических явлений, разберем такой пример. Допустим в поле зрения кошки внезапно появилась летящая птичка, кошка делает быстрое движение и захватывает или не захватывает птичку. Что происходит в нервной системе кошки в этот момент? Мы с несомненностью можем утверждать, что оптические элементы глаза кошки получают информацию, выраженную в параметрах яркости, в параметрах формы и в динамических параметрах передвижения птички в пространстве. Конечно, это не единственные параметры той оптической информации, которую получает кошка, поскольку мы знаем, что она не будет протягивать лапу, если птичка летит поверх дерева. Это значит, что одним из составных параметров разбираемой информации является еще и параметр расстояния. Иначе говоря, на оптический аппарат кошки действует большое количество раздражителей, что и составляет входную информацию. Какова судьба этой информации в центральной нервной системе кошки?

Здесь сочетаются два важных фактора: видовая или филогенетическая информация, зафиксированная наследственно в соответствующих нервных связях мозга кошки, и та эпизодическая информация, которая поступила в данный момент через оптический аппарат кошки. Можем ли мы по этим двум существенным компонентам рассчитать ту форму движения или ту форму поведения, которая наступит в ответ на это раздражение? Математически говоря, мы сможем рассчитать выход возбуждения, если нам будут известны системы связи анализаторных аппаратов мозга с моторными эффекторными, непосредственно управляющими движениями лапы. Но вот тут-то и лежит причина скепсиса некоторых физиологов и биологов по отношению к возможностям кибернетики и именно к ее тенденции выразить различные формы поведения математически.

В самом деле, если тот же самый оптический феномен разыграется перед глазом кролика, то можно наверняка сказать, что кролик не бросится ловить птичку, хотя и его моторный аппарат в какой-то степени достаточен, чтобы сделать это движение.

Таким образом, мы видим, как бы ни был точно рассчитан интеграл входной информации и как бы ни были точно рассчитаны коммуникационные особенности оптической системы, мы сталкиваемся с биологической спецификой дальнейшего преобразования этой информации и, следовательно, волей-неволей должны выразить ее в терминах структуры и наследственности. Конечно, это ни в какой мере не исключает возможности того, что дальнейший анализ мог бы быть произведен е помощью математических расчетов, однако кибернетик на этих путях будет встречать все больше и больше препятствий, зависящих от специфики той наследственной информации, которая заложена в клетках, синапсах и белковых структурах соответствующих нервных элементов.

Все что говорилось выше, касается всего лишь рефлекторного действия, если же прибавить к этому как совершенно обязательное следствие информацию о результатах действия, то задача, конечно, значительно усложняется. Однако об этом более подробно будет сказано ниже.

Значительную роль в развитии кибернетики как самостоятельного научного направления сыграло представление о так называемых обратных связях (feed back). Некоторые математики, физики и даже физиологи считают, что именно констатация обратных связей, или обратной информации, способствовала развитию теории автоматического регулирования, которая по существу составляет новую эру в теории управления и регулирования.

В этом есть доля истины, ибо до тех пор, пока в поле зрения математиков и инженеров не попала обратная связь, трудно было надеяться на развитие теории автоматического регулирования.

Смысл обратной связи в машинных устройствах состоит в том, что тот регулируемый объект, для которого сконструирована вся рабочая система, способен по каналам обратной связи информировать регулирующее устройство о своем состоянии. Этим самым круг регулирования замыкается, и вмешательство человека на данной стадии работы машины делается ненужным. Здесь важно, чтобы само регулирующее устройство могло переработать полученную обратную информацию о состоянии регулируемого объекта и направить новое регулирующее влияние в соответствии с возникшими изменениями регулируемого объекта.

Современная техника автоматического регулирования имеет тысячу примеров такой обратной связи, а современные достижения электронной техники, охватывающей и преобразующей все виды энергии, позволяют сконструировать любые информирующие устройства и схемы связей. Так, например, потребность какого-нибудь города в электроэнергии, получаемой от горной электростанции, может внезапно возрасти, например в связи с какими-нибудь праздничными иллюминациями. Это сказывается на электронных реле горной электростанции, которые автоматически, в зависимости от этой нагрузки, увеличивают сток воды по запасным каналам и тем самым соответственно увеличивают выработку электрической энергии. Весь процесс автоматического регулирования работы горной электростанции в связи с потребностями в энергии большого города может происходить, как видно, без участия человека, лишь на основе непрерывной обратной информации от регулируемого объекта (от потребности города в энергии).

Можно оставить в стороне целый ряд специфических принципов кибернетики, как, например, программирование и кодирование, которые в настоящее время широко используются в работе счетно-вычислительных машин. Можно лишь отметить, что работа рецепторов различных органов в зависимости от последовательности залпа импульсов оказывается весьма сложно закодированной. На различных инстанциях центральной нервной системы этот “код” оказывается расшифрованным, а одна исходная информация становится многообразной и распределяется по различным каналам связи центральной нервной системы. С точки зрения медицинской и физиологической, здесь важно остановиться на той отрасли науки, которая обычно тесно связывается с появлением кибернетики, именно с теорией моделирования. Под этим термином понимается теория, рассматривающая возможность механического и электронного моделирования некоторых процессов в живых организмах. Широко известны работы Грея Уолтера по созданию моделей электронных черепах, которые сами обходят препятствия, вырабатывают условные рефлексы и даже изменяют свое “настроение”. Пытаются моделировать лис, мышей и т.д. Часто можно слышать, что это моделирование есть начало того прогресса электроники, который в конечном итоге приведет к моделированию людей.

Особенно интересными и поучительными являются те электронные модели, которые конструирует английский ученый Эшби. Он поставил в центр своего внимания физиологический процесс, который Кеннон назвал гомеостазисом. Свои электронные “существа” Эшби назвал “гомеостатами”. Благодаря особенным устройствам гомеостат может не только поддерживать какую-либо заданную константу, как, например, температуру, но может сопротивляться тем факторам, которые снижают эту температуру. Как считает Эшби, гомеостат может даже “накапливать” опыт. Именно накопление опыта, которое является специфическим свойством живого организма, и становится с некоторых пор предметом исследования кибернетиков. Иначе говоря, они подошли вплотную к моделированию условного рефлекса в различных электронных устройствах.

Теория моделирования, конечно, имеет определенные успехи, однако очень часто сами авторы этих моделей не дают себе отчета в том, что именно из многообразных явлений жизни и поведения животных они моделируют. Только тщательный анализ того, что воспроизведено данной моделью из многообразных параметров организма, может помочь развить моделирование дальше и указать кибернетике пределы моделирования биологических явлений.

В самом деле, движение металлического объекта вообще не является удивительным. Мы давно знаем, что движется и пушечное ядро, и паровоз, и, следовательно, вопрос в том, как смоделировать движение, которое было бы по внешним признакам похоже на движение животного. Одним из таких движений у электронных черепах Уолтера является движение, благодаря которому черепаха, “почуяв” потерю заряда, идет к определенному месту “заряжаться” электрической энергией.

Можно сказать, что черепаха уподобляется в данном случае человеку, который, почувствовав голод, идет, скажем, в столовую, но это опять-таки чисто внешнее сходство. Такое поведение человека отнюдь не жестко ограничено, оно обусловлено социально и отнюдь не составляет решающей стороны его приспособлений как целого организма. Таким образом, при оценке поведения модели мы должны иметь перед собой всегда в качестве критерия состав моделируемого явления и только при этом условии решать вопрос, какие черты данного явления моделируются.

Как видно, имеется много точек соприкосновения у кибернетики и именно у технической кибернетики с физиологией и биологией. Вместе с тем необходимо строго соблюдать точнейший расчет всех тех процессов, которые могут быть выражены в технических моделях.

Характерной чертой всех частных принципов кибернетики является их тенденция разрастаться и приобретать как бы самостоятельное значение вне связи с общими положениями кибернетики. Между тем для связи кибернетики с медициной и особенно с физиологией важным является именно общая методологическая сторона кибернетического направления, ибо только на этой основе могут быть вскрыты те общие принципы, которые присущи материи на любой ступени ее развития (машина, организм, общество). Дальше мы и перейдем к рассмотрению этих общих принципов кибернетики.

По общему признанию, заслуга кибернетики заключается в том, что она установила внутреннюю логическую связь между такими областями знаний, которые много лет развивались независимо друг от друга и мыслились как самостоятельные разделы науки. Таким образом, кибернетика способствовала тому, что принято называть “перекрестным оплодотворением”.

Первой и наиболее важной предпосылкой развития кибернетики Н.Винер считает все большее и большее развитие представлений о физических явлениях, как о явлениях, развивающихся с известной степенью вероятности. Как он выражается, “...теперь физика больше не претендует иметь дело с тем, что произойдет всегда, а только с тем, что произойдет с преобладающей степенью вероятности”⁴².

Революцию в физических воззрениях, по мнению Винера, произвели американский физик и математик Гиббс и французские математики Ворель и Лебег. Тот факт, что вероятность физического явления может быть выражена в математических и статистических формулах, открыл широкие возможности для расчета и предсказаний в работе самых сложных механизмов.

Прямым следствием этих представлений о “вероятности Вселенной” является весьма острый вопрос “о степени, до которой ответы относительно одного ряда миров будут вероятны по отношению к другому, более широкому ряду миров”⁴³. В такой постановке вопроса угадывается перспектива будущих аналогий и поисков того общего, что связывает между собой весьма различные по качеству области явлений.

Значение вероятностных предсказаний для различных систем неизбежно должно было связать математику Гиббса и кибернетические представления Винера с проблемой энтропии, т.е. проблемой рассеивания энергии.

В самом деле, если какая-либо замкнутая система тел располагает запасами тепловой энергии и если имеется большой градиент энергетического уровня у ряда тел, то тела с большим запасом тепловой энергии неизбежно должны будут передавать ее другим телам, обладающим меньшим запасом энергии, и таким образом постепенно приближаться к тепловой смерти.

С точки зрения второго закона термодинамики, здесь все происходит закономерно и понятно, но возникает естественный вопрос: как быть с живым организмом, который не только отдает тепло, но и непрерывно продуцирует тепло внутри себя в результате различного рода химических реакций? Совершенно очевидно, что организм представляет собой, выражаясь физическим языком, антиэнтропическую систему, т.е. систему, сопротивляющуюся рассеиванию тепловой энергии. В этом кибернетики усматривают общее между организмом и машиной. И тот и другая, являясь узлами вселенной с большим запасом энергии, сопротивляются как организованные системы энтропическому уничтожению. Кроме того, в обеих системах на основе внутренних механизмов, получающих энергию извне, происходит поддержание энергетического градиента между системой и окружающим ее миром.

На основании этого и зарождаются те аналогии и перспективы, которыми так богата современная кибернетика. В самом деле, если две системы имеют тенденцию “к уменьшению энтропии ”, то, очевидно, в частных узлах этих систем мы также можем отыскать некоторые общие черты. Так постепенно отшлифовывается точка зрения кибернетики, которая вызвала в зарубежной литературе довольно бурную и вполне понятную реакцию некоторых исследователей. Эту тенденцию в общих чертах можно сформулировать в следующих словах: если в мире имеются две системы, у которых одинаковы общие принципы функционирования, то это значит, что и в частных узлах и коммуникациях этих систем можно обнаружить такое же подобие. Конкретно это значит, что если бы удалось построить электронную модель, которая могла бы накапливать опыт по принципу условно-рефлекторного замыкания, и если бы она могла использовать этот опыт в экстренных и всегда различных условиях, то математические расчеты в узлах электронной модели должны были бы нам подсказать подобные же математические закономерности и в узловых межнейрональных связях мозга.

Несомненно, это положение в какой-то мере и может быть проиллюстрировано, однако едва ли сейчас можно принять его как универсальный закон. Именно в сопоставлении организма и машины особенно сказывается качественное различие между композицией, архитектурой целой функции и теми конкретными материальными средствами, с помощью которых осуществляется эта композиция функций.

В самом деле, допустим, что мы имеем какое-либо готическое сооружение из кирпичей. Аналитически говоря, в основе этой готической архитектуры лежит кирпич, цемент, железные крепления и т.д. Таким образом, единицы этой архитектуры, кирпичи, связаны цементом. Мыслимо также архитектурное сооружение в том же готическом стиле, но из дерева. Тогда в частных узлах этой архитектуры мы будем иметь и качественно, и принципиально другие связывающие средства, между тем как общая архитектура их может быть совершенно идентичной. Уже в этом примере, взятом из мира мертвых материальных систем, мы видим, как неправильно отождествление от общего к частному. Что же касается организма и машин, то такое качественное и принципиальное различие идет здесь еще дальше и глубже, хотя, как мы увидим ниже, некоторые общие принципы функционирования могут быть одинаковыми.

Пожалуй, наиболее важным принципом, объединяющим неживые и живые системы функционирования, является принцип обратных связей. Именно этот общий принцип кибернетики — необходимость обратной информации о полученном аффекте, характерен для функционирования всех видов машинных устройств (до автоматически регулирующихся машин), а также для поведения живых организмов. Как выражается Винер, “для эффективного поведения необходимо получать информацию посредством какого-нибудь процесса обратной связи, сообщающего о достижении цели”⁴⁴.

Как будет показано ниже, необходимость обратной информации о том эффекте, который получил организм в результате какого-либо своего действия, является абсолютно необходимым условием любого прогресса. Между тем кибернетики, физики и математики полагают, что закон обратной связи был вскрыт и сформулирован прежде всего на примере машин с автоматической регуляцией. Физиология давно уже знала эти эффекты и много раз вплотную подходила к формулировке обратных связей, назвав их, однако, в соответствии с характером самого процесса “обратной афферентацией” или “санкционирующей афферента-цией”⁴⁵. Общие указания на необходимость, например, притока чувствительных импульсаций от мышцы для моторной деятельности имелись и ранее (Ч.Белл, И.М.Сеченов, Байер и др.).

Поскольку именно этот момент является решающим в сопоставлении машин и организмов, он требует более детального анализа. Для машин, организмов и общественных явлений характерна законченность цикла: любое управляющее воздействие на какой-либо объект заканчивается эффектом, который различными путями оказывает обратное воздействие на регулирующий орган. Все машины с автоматической регуляцией работают на основе этой связи. Организмы поддерживают постоянство своих жизненных проявлений также только потому, что любое отклонение от константного уровня какой-либо функции немедленно сигнализируется в центральную нервную систему и далее по центробежным путям происшедшее отклонение функций выправляется. Подобные явления можно наблюдать и в общественной жизни. Так, например, для того, чтобы указания центральных органов выполнялись достаточно точно, между управляющим органом и получающей приказ периферией должны существовать непрерывные двусторонние связи, т.е. в зависимости от того, как будет выполняться полученное приказание в исполнительных органах, в центр будет поступать та или иная обратная информация. И только при этом условии возможна тонкая подгонка и корректировка приказа с особенностями местных условий, где должен реализоваться этот приказ.

Итак, кибернетика, исходя из законов энтропии, вероятности явлений и их постоянной циркуляции, объединила казалось бы весьма разнообразные и необъединяемые области явлений — машину, организм, общество.

В связи с этим, естественно, возникает принципиальный вопрос, почему так сложился мир физических, живых и общественных систем, что какие-то весьма общие формы функционирования оказываются для них в одинаковой степени обязательными? Какая общая основа лежала в историческом развитии этих различных систем и как могла эта общая основа довести такой единый принцип, как принцип обратной связи, до самых высших форм развития материи — общественной жизни?

Интересно отметить, что этот, казалось бы, вполне естественный философский вопрос не поставлен был ни Винером, ни его последователями. Они ограничились лишь констатацией наличия этой закономерности и подбором различных иллюстраций. Между тем едва ли можно сомневаться в том, что, не вскрыв исторических истоков этой общей закономерности, мы не сможем понять основные кибернетические закономерности.

И здесь мы должны поставить прежде всего такой вопрос: чем вызвано в процессе эволюции животных появление обратных афферентаций, которые положительно у всех живых существ дают информацию о степени успешности или полезности произведенного действия для данного организма в широком биологическом смысле? Простой разбор любого рефлекторного акта убеждает нас в том, что обратная афферентация неизбежно должна была появиться и причиной для этого является обязательное биологическое соответствие любой реакции животного, любого приспособительного акта задачам сохранения жизни. Живая система существует как целое до тех пор, пока ее жизненно важные константы строго поддерживаются на определенном уровне.

Здесь следует более подробно оговорить значение приспособлений животного, сохраняющих ему жизнь. До тех пор, пока не появилась жизнь на земле и существовал <5.ишь неорганический мир, естественно, вопрос о полезности не мог возникнуть, ибо не было жизненного критерия этой полезности. Но как только возникла первичная жизнь, такой критерий появился — он заключался в сохранении жизни. Следовательно, все, что сохраняло жизнь, с широкой биологической точки зрения, было полезно организму, вызывало его положительную реакцию и, наоборот, все, что разрушало жизнь, стало вредным, т.е. стимулом к устранению этих факторов — к отрицательной реакции⁴⁶. И здесь, в изучении природы и эволюции, ученые встали перед чрезвычайно интересным критическим пунктом развития, который можно представить себе в духе той теории вероятности, которую мы обрисовали выше. Мир неорганических явлений чрезвычайно разнообразен, и для того, чтобы какое-либо действие организма закончилось положительным приспособительным эффектом, необходимо было бы, чтобы действие развивалось на математических точных основаниях и с математической точностью по отношению к внешнему объекту этого действия. Однако, как мы увидели при разборе случая с кошкой и птичкой, такая точность при наличии постоянной тенденции к рассеиванию эффекта практически невозможна. С этой точки зрения, едва ли можно согласиться с Винером, что наследственные факторы могут исключить такую рассеянность рефлекторного эффекта и насекомое, например, может поступать совершенно точно на основании тех “предписаний”, которые являются результатом его наследственного формирования. Даже врожденные реакции, структура для которых подготовлена уже процессами эмбриогенеза, не могут осуществляться с математической точностью и в зависимости от чрезвычайного разнообразия внешних условий имеют какую-то степень “разброса”, меняющую и степень полезности для животного конечного приспособительного эффекта.

Практически мы имеем в точном согласии с представлением о вероятностном характере физического явления еще более вероятностный эффект приспособления живого организма. Иначе говоря, в ответ на какой-либо внешний агент животный организм может дать в зависимости от самых разнообразных факторов до молекулярных особенностей включительно энное число вариаций ответа. Совершенно очевидно, что если бы эволюция не выработала приспособления, по которому из энного числа вариантов ответных реакций животное выбирало бы наиболее адекватное для его жизни при данных условиях, то никакой эволюционный прогресс не был бы возможен. Кажется странным, что рефлекторный акт или, как его называют, “рефлекторная дуга”, существует в течение более чем 300 лет именно при таком допущении. Априори мыслится, что рефлекторный акт должен быть всегда успешным и не должен иметь никаких отклоняющихся вариантов. Стоит, однако, представить себе на минуту, что рефлекторный акт оказался в какой-то степени недостаточным, чтобы понять, что только на этой основе прогресса живых организмов быть не может.

К счастью, очевидно, уже на самых низших ступенях развития у организмов появилась способность получать обратную афферентацию о степени полезности конечного приспособительного эффекта. Если он недостаточен или вообще отсутствует, то животное, получив об этом информацию, немедленно изменяет

форму поведения и в конце концов добивается необходимого приспособительного эффекта.

Таким Образом, обратная афферентация в самых примитивных ее формах была необходима животным организмам для сохранения жизни. Вся дальнейшая эволюция живых существ до появления человека подчинялась этому универсальному закону обратной афферентации результатом действия.

Здесь мы стоим перед критическим пунктом эволюции, когда наш обезьяноподобный предок, создав первые примитивные орудия труда, перешел тот Рубикон, с которого начался процесс превращения обезьяны в человека и образования первых общественных форм. Спрашивается: изменил ли свое действие в этих новых условиях универсальный закон обратного афферентирова-ния результатов действия? На этот вопрос мы можем ответить определенно: не только не изменилось действие этого закона, но его значение во много раз выросло в соответствии с новыми разнообразными действиями первобытного человека.

В самом деле, представим себе на минуту, что первобытный человек стал применять с большим успехом примитивные орудия — дубину, каменный топор или что-либо подобное. Как и в случае его борьбы с дикими зверями на более ранней стадии, теперь каждая встреча его заканчивалась или победой, или гибелью, и примитивный человек*; употребив впервые орудие, не мог по конечному приспособительному эффекту, который воздействовал на все его органы чувств, не заметить, что этот полезный результат достигается с большей легкостью. Здесь мы имеем огромный спектр обратных афферентаций, которые закрепляли употребление примитивного орудия и привели к его дальнейшему усовершенствованию. Но надо помнить, что каждому этапу усовершенствования орудий борьбы и охоты соответствовала своя обратная афферентация, закреплявшая случайно полученный эффект.

Если мы возьмем более поздний этап общественного развития, хотя бы время, когда человек пользовался примитивными земледельческими орудиями, то по сути дела та же закономерность циклического характера, требующая обратных афферентаций от результатов действия (вспашка земли, скорость этой вспашки), должна служить непрерывной регуляции все более совершенного конечного эффекта, а вместе с тем и совершенствованию самого орудия вспашки.

В сущности прогресс машинных устройств направлялся и закреплялся в результате непрерывной оценки людьми конечного полезного эффекта этих устройств. Такая полезность могла выражаться в лучшем качестве конечного продукта, производимого машинами, в количестве этого продукта или в скорости его получения и т.д. Но на всех этапах усовершенствования машин человек неизменно стоял в центре этой циклической системы и являлся тем “оценивающим устройством”, которое в настоящее время может быть представлено в определенных условиях электронным устройством.

Таким образом, обратная афферентация сопутствует общественному прогрессу, поскольку ни один шаг человека, ни одно его действие не могут иметь места без немедленной обратной афферентации о результатах этого действия. Особенность дальнейшего совершенствования машин и создание автоматических устройств состоит в том, что при сохранении общего принципа функционирования циклических систем труд человека заменяется работой электронных аппаратов. Эти аппараты точнейшим образом оценивают все стороны конечного полезного эффекта и в соответствии с получаемой информацией включают такие регуляторные воздействия, идущие опять-таки к регулируемому объекту, которые приспосабливают конечный эффект работы машины к заданному эталону.

Следует, однако, отметить, что несмотря на то, что автоматически регулирующаяся машина сама “оценивает” свои результаты, конечная оценка их при использовании производимого ею продукта производится человеком. А это значит, что хотя машина и имеет автоматическую регуляцию при изготовлении какого-то продукта, ее циклическая деятельность является лишь малой частью более обширных циклических приспособлений.

Нельзя не видеть, что замена труда человека работой сложных машин, производящих самые разнообразные продукты, знаменует революцию в общественной жизни и открывает широкие перспективы для плодотворного использования освобожденной энергии человека, для его совершенствования. Вместе с тем нельзя не видеть, что для установления общих принципов кибернетики и физиологии обратная афферентация играет огромную роль.

Обратная афферентация является одним из самых кардинальных законов жизни, который определяет собой все формы обучения и полезных приспособлений человека вплоть до конструирования сложных машин с автоматической регуляцией. Этот закон можно сформулировать следующим образом: всякая функциональная система, механическая или живая, созданная или развивавшаяся на путях получения приспособительного эффекта, непременно имеет замкнутый характер и не может существовать, если не получает обратной афферентации о степени полезности произведенного ею эффекта.

Таким образом, с точки зрения физиологической, в прогрессивной эволюции организмов огромную роль приобретают непрерывные афферентные воздействия на организм. Их разбору и будет посвящен следующий раздел.

Тот факт, что теория информации оказалась наиболее развитой частью кибернетического направления, не является случайным. Самым существенным фактором в организации любой целостной системы, к какой бы категории эта система ни относилась (машины, организмы, общество), является циркуляция в ней информации. Только благодаря непрерывному обмену информацией между отдельными частями системы может осуществиться их организованное взаимодействие, заканчивающееся полезным эффектом. Это в равной мере применимо как к машинам, так и к организмам. Изучение различных видов циркуляции нервных импульсов в организме является основной предпосылкой для понимания его целостности. И здесь на первое место надо поставить значение для организма афферентных функций, под которыми мы подразумеваем возникновение чувствительных импульсов в различных рецепторах тела и распространение их в сторону центральной нервной системы. Иначе говоря, афферентная функция — это функция информации о раздражении рецепторов организма внешними или внутренними агентами, а следовательно, и информации об энергетических превращениях в окружающем мире.

Известно, какое огромное значение придавал Иван Петрович Павлов афферентному отделу нервной системы. Он считал его центральным при формировании какой-либо деятельности, между тем как эфферентный отдел нервной системы, т.е. отдел, по которому выносится импульсация к рабочим органам, он считал лишь техническим, исполнительным. Такое мнение И.П.Павлова не является случайным, оно сформулировано им на основе длительного и многостороннего экспериментального опыта в различных областях физиологии.

И в самом деле, с помощью рецепторных органов организм непрерывно получает информацию о малейших изменениях во внешней и внутренней среде. Можно без преувеличения сказать, что в каждый данный момент организм животного и в особенности организм человека получает сложный интеграл из этих многочисленных и различных по качеству афферентных воздействий, которые в конечном итоге определяют то, что мы называем “состоянием организма” или, как выражаются гигиенисты, “состоянием комфорта”. Это значит, что все афферентации, представленные миллионами нервных импульсов, при окончательном их синтезе в центральной нервной системе формируют оптимальное взаимодействие наиболее решающих центров вегетативной и соматической жизнедеятельности.

Однако стоит лишь где-либо в организме возникнуть афферентным импульсам от разрушенного участка тканей или органов, как сейчас же эта стройная центральная интеграция начинает “хромать” и конечный эффект поведения целого организма изменяется. Именно этим объясняется тот интересный факт, на который не раз указывал И.П.Павлов, а именно, что от каждого органа, от каждой ткани и от каждой клетки организма может поступить афферентная сигнализация в центральную нервную систему и даже до коры мозга включительно.

Из сказанного ясно, сколь обширна афферентная система организма, поскольку принципиально она должна охватывать собой информацию организма о всех видах энергии, с которыми он соприкасается во внешнем мире (свет, тепло, химические воздействия, механические воздействия и т.д.).

Это значение афферентной функции хорошо выражено уже в анатомических показателях. Так, например, сравнительная оценка количества нервных волокон во всех передних корешках спинного мозга и во всех задних корешках показывает, что количество афферентных волокон примерно в 5—6 раз больше, чем эфферентных, что выражается коэффициентом 1:5,5.

Эволюция выработала целый ряд приспособлений, которые позволяют организму воспринимать действие на него различных внешних влияний. Часто поражают тонкость соотношения и способы, с помощью которых в процессе эволюции у организма выработалась способность к восприятию различных воздействий на организм.

Так, например, если рассмотреть информацию центральной нервной системы о самых тонких и незначительных прикосновениях к поверхности кожи, то мы увидим сложный механизм, который обеспечивает эту информацию. Хогланд показал, что в эпителиальной части фатерпачиниевого тельца непрерывно продуцируется калий, который находится в межэпителиальных пространствах до тех пор, пока на эти тельца не оказано какое-либо давление. Но как только это давление в виде тонкого прикосновения к коже произведено, калий немедленно выходит из межэпителиальных пространств и воздействует деполяризующим образом на обнаженное нервное окончание, находящееся в центре этого тельца. Как известно, калий является весьма сильным деполяризатором, т.е. веществом, способствующим возникновению возбуждения, и поэтому вслед за его действием на обнаженные нервные окончания в центральную нервную систему направляются потоки афферентных импульсаций, информирующих организм о прикосновении. В зависимости от силы давления количество вышедшего из межэпителиальных пространств калия может быть различным, отсюда различна и степень внезапности поляризации и ее обширность; это, естественно, ведет к возникновению различного количества нервных импульсаций, направляющихся в центральную нервную систему. Так осуществляется информация о силе прикосновения к отдельным участкам поверхности тела⁴⁷. Еще более обширной является система, скажем, восприятия светового луча и преобразования его в энергию нервного импульса.

Нам сейчас важно понять положение, что внешний мир непрерывно воздействует на организм в зависимости от его поведения и изменяющихся отношений к различным факторам и явлениям. Все это ставит перед нами важную задачу классификации афферентных воздействий на центральную нервную систему, возникающих в разные моменты деятельности организма. Причем речь идет не о классификации по качеству самой рецепции, а по ее месту в процессе образования функциональных систем организма, т.е. по ее месту в циклической архитектуре приспособительных актов организма.

Такая классификация должна упорядочить наши оценки разнообразных воздействий на организм и дать возможность оценить место каждой афферентации в циклических системах, обеспечивающих постоянство функционирования. Мы можем в настоящее время выделить следующие формы афферентных воздействий, которые систематизированы не по качеству воздействующей энергии, а по их значению для формирования целостных поведенческих актов организма.

1. Обстановочная афферентация.

2. Установочная афферентация.

3. Пусковая афферентация.

4. Обратная афферентация:

а) направляющая движение;

б) результативная, включающая в себя поэтапную и санкционирующую афферентации.

Ниже мы и остановимся на физиологической оценке каждого из этих видов.

Обстановочная афферентация. Под ней в физиологии подразумевается совокупность всех тех внешних факторов и идущих от них воздействий, которые для животного или человека являются при данных условиях относительно постоянными и всегда составляют в высшей степени сложный комплекс различных воздействий.

Так, например, сидя в зале консерватории, мы получаем целый ряд специальных воздействий на наши органы чувств, как от вида публики, эстрады, так и от целого ряда звуковых раздражений. Характерной чертой обстановочной афферентации является то, что она, обладая относительным постоянством и длительностью действия, образует в центральной нервной системе весьма разветвленное афферентное взаимодействие, которое подготавливает и специфическую форму той реакции, которая может иметь место только в данной обстановке. Вот это соот

ветствие между обстановочной афферентацией, ее подготовкой и формой реакции, которая только и может быть в данной обстановке, составляет ее характерную сторону. Именно ее органическая связь со следующей формой афферентации, с пусковой афферентацией, и составляет одну из особенностей афферентных влияний на организм, организующих его адекватное поведение.

Допустим, человек, находясь дома, почувствовал жажду. В большинстве случаев он утоляет эту жажду имеющимися в его распоряжении средствами. Допустим, теперь, что тот же самый человек почувствовал жажду во время исполнения какого-то концертного произведения. Исходный стимул по своей физиологической природе один и тот же, однако в данной обстановке он не вызовет такого же действия, как в домашней обстановке. Следовательно, своеобразие афферентных воздействий от обстановки зала консерватории полностью исключает возможность немедленного утоления жажды именно в данный момент.

Возьмем другой пример. Человек пришел в поликлинику и врач задает ему обычный вопрос: на что жалуетесь?

Сам по себе такой вопрос, взятый безотносительно обстановки, в которой он задается, может вызвать целый ряд ответов. Так, например, можно ответить: я жалуюсь на недостаток времени, я жалуюсь на сварливых соседей и т.д. Однако исходные побудительные мотивы посещения поликлиники (болезнь), вид поликлиники, вид врачей и всей обстановки поликлинической жизни в целом создают заранее такую нервную интеграцию, для которой вопрос — на что вы жалуетесь, не может иметь двух значений. Поэтому естественно, что в нормальных случаях пришедший в поликлинику больной рассказывает врачу о своей болезни. Но в условиях психопатологии возможны и те неадекватные ответы, которые были приведены выше.

Наиболее отчетливо соотношение обстановочной афферентации с последующей пусковой афферентацией можно видеть при экспериментировании с условными рефлексами. Допустим, что в течение ряда лет в одной и той же камере с собакой проводились эксперименты по пищевым условным рефлексам, т.е. в определенной обстановке она всегда получала пищевое безусловное подкрепление. Тогда каждый признак, относящийся к данной обстановке данной камеры, будет иметь отношение к пищевой

деятельности животного. Следовательно, вся обстановка в целом — станок, стены, освещение, дверь и т.д. — приобретает пищевое значение на основе принципа условных рефлексов. Однако, несмотря на “пищевое” действие обстановки, животное обычно не выделяет слюны в интервалах между условными раздражителями; слюна появляется у большинства животных только в момент дачи конкретного условного раздражителя.

Наоборот, если животное поместить в совершенно другую обстановку, например в аудиторию, полную слушателей, и дать тот же самый условный раздражитель, скажем звонок, который несколько лет подкреплялся едой, то мы можем не получить в ответ условной секреции. Известно, как много огорчений доставляло И.П.Павлову это обстоятельство, когда он желал продемонстрировать условные рефлексы в аудитории Общества русских врачей.

Совершенно очевидно, что в данном случае мы наблюдаем взаимодействие между обстановочной и пусковой афферентацией и только при определенном их синтезе может иметь место адекватный условный рефлекс. Особенность действия обстано-' вочной афферентации, заключающейся в подготовке соответствующей деятельности, но не выявляющей этой деятельности, и заставляет выделить эту форму афферентации, поскольку она создает предпусковую интеграцию нервных процессов.

Пусковая афферентация. Из сказанного выше следует, что под пусковой афферентацией понимается толчок, т.е. стимул, который, вскрывая имеющуюся в центральной нервной системе структуру возбуждения, приводит к проявлению вовне какой-либо деятельности организма. В сущности на протяжении довольно длительного времени при оценке рефлекторной теории имелась в виду именно эта форма афферентации, поскольку огромная роль обстановочных афферентаций всегда в какой-то степени замаскирована и не является столь очевидной.

В отдельных видах экспериментов мы можем расчленить значение пусковой и обстановочной афферентаций, и тогда очевидно, что это две различные формы афферентных воздействий на организм.

Классическим примером такой диссоциации является опыт с динамическим стереотипом, проделанный в лаборатории И.П.Павлова. Как известно, здесь условный раздражитель не дает свой-

ственного ему условного ответа, а дает тот ответ, который характерен для другого раздражителя, употреблявшегося на данном месте стереотипа. Так, например, свет может вызвать эффект звонка, а звонок — эффект, свойственный свету. В этом эксперименте совершенно отчетливо показано, что успех ответного действия есть синтетическое целое из обстановочной афферентации и пусковой афферентации и что удельный вес той и другой может меняться в зависимости от складывающихся условий жизни организма.

Эксперименты показали, что этот постоянный органический синтез двух видов афферентации осуществляется при некотором участии лобных отделов коры больших полушарий. Так, например, если у животного с хорошо выработанными условными рефлексами в обстановке двусторонней двигательной реакции произвести удаление лобных отделов, то наблюдается весьма интересное явление. Такое животное будет непрерывно двигаться к правой и левой кормушке, производя маятникообразные движение в станке. Таким образом, вместо спокойного поведения в интервалах между условными раздражителями животное непрерывно реагирует так, как будто на него обстановка стала действовать как пусковой раздражитель⁴⁸.

Эти примеры убеждают нас, сколь значительное действие оказывает обстановка, в которой находится данное животное или человек, и, как увидим ниже, это значение возрастает еще более, когда включается новый вид афферентации, именно обратная афферентация.

Обратная афферентация. Эта форма афферентного воздействия на организм представляет для нас в данный момент особенный интерес, поскольку изменяет наши представления о механизмах организованного поведения животного. Являясь аналогом “обратных связей” в кибернетике, этот вид афферентации в физиологии и медицине, естественно, привлекает к себе пристальное внимание. Указания на наличие определенной роли, например, мышечных афферентных импульсов были даны уже давно (Ч.Белл, И.М.Сеченов).

Однако физиологическая роль обратных афферентаций в организации сложной деятельности животного, в особенности при компенсации нарушенных функций, отчетливо была констатирована и сформулирована лишь в 1935 г.⁴⁹. Разработка этого вопроса вначале велась только в физиологическом направлении. На протяжении многих лет эта концепция не имела точек соприкосновения с областью исследования механических систем, с теорией автоматического регулирования, и только в последние годы в связи с бурным ростом теории обратных связей в кибернетике теория обратных афферентаций в организме стала сопоставляться с этой новой областью знаний. Этим объясняется наличие некоторых недостаточно четких представлений и разграничений соответствующих понятий. Мы имеем в виду прежде всего неправильное понимание роли проприоцептивных, т.е. мышечных, афферентаций в процессе осуществления какого-либо поведенческого акта. Переоценку проприоцептивной афферентации особенно часто допускают зарубежные ученые (Поль Косса, Нор-берт Винер); иногда такую неточность можно встретить и в советской литературе.

В чем состоит смысл обратной афферентации? В любом физиологическом процессе или в поведенческом акте животного, который направлен на получение какого-то приспособительного эффекта, обратная афферентация информирует о результатах совершенного действия, давая возможность организму в целом оценить степень успеха выполненного действия. Так, например, если у человека на основе ряда объективных процессов взаимодействия организма и внешней среды созрело намерение выпить стакан чая и он протягивает руку к стакану с чаем, то тактильное раздражение ладони поверхностью стакана, температурное, весовое, наконец, зрительное раздражение от контакта руки со стаканом, —- все эти афферентные раздражения в сумме дают информацию о том, что результат действия соответствует исходному намерению. Однако при осуществлении этого действия само продвижение руки к стакану непрерывно регулируется проприоцептивной сигнализацией, свидетельствующей о правильном и соответствующем распределении сокращенных мышц, о степени напряжения руки, о высоте ее положения по отношению к намеченной цели и т.д.

Эта форма афферентации, несомненно, очень важна для осуществления самого движения руки, но она по самой своей сути не может дать центральной нервной системе никакой информации о результатах данного действия, поскольку никакое положение руки и, следовательно, никакая проприоцептивная афферентация не может дать информации о том, взят в руку стакан или чашка? Это обстоятельство, к сожалению, весьма мало учитывается в оценке обратных афферентаций в организме и потому часто приходится видеть, что попытки сопоставления “обратных связей” в организмах и машинах начинаются с проприоцептивной сигнализации, а иногда ею же и заканчиваются⁵⁰.

Таким образом, обратные афферентации, возникающие при каком-либо двигательном акте, следует разделить на две совершенно различные категории: а) направляющую движение и б) результативную афферентацию. В то время как первая афферентация представлена только проприоцептивными импульсациями от мышц, осуществляющих движение, вторая афферентация всегда комплексная и охватывает все афферентные признаки, касающиеся самого результата предпринятого движения. Само понятие обратной афферентации мы связываем именно с этим вторым значением, которое имеет всегда организующее влияние на формирование последующих действий организма.

В самом деле последующие двигательные акты организма будут находиться в прямой зависимости от того, в какой степени обратная афферентация о результатах действия соответствует исходному стимулу.

Поскольку в жизни организма, в особенности человеческого, нет действий, которые не вытекали бы из предыдущих действий и не вызывали бы последующих действий, то, естественно, в само понятие обратной афферентации должны быть введены соответственные разграничения в зависимости от того, с какой обратной афферентацией мы имеем дело: касается ли она информации о результатах какого-то промежуточного действия или информирует об окончательном выполнении исходного намерения.

Так, например, если человек, находясь дома, поставил перед собой цель сделать какую-нибудь покупку, то вслед за возникновением этого намерения разворачивается целый ряд отдельных действий: человек одевается, проверяет наличие денег в кармане, открывает двери, спускается по лестнице, переходит улицу, открывает дверь магазина, выбирает нужный продукт и т.д. Таким образом, намерение купить что-то включает в себя целый ряд промежуточных этапов, которые не могли бы быть осуществлены, если бы на каждом таком этапе человек не получал обратной афферентации от успешного его завершения. Так, например, одевая пальто, он получает совершенно определенную сумму афферентных воздействий от конца этого действия и только после этого начинает открывать дверь. Если бы человек, надев один рукав, вышел на улицу, то это удивило бы окружающих людей. И в самом деле, это означало бы, что его нервная система не имеет дифференцировки между обратными афферен-тациями, заключающими каждый этап его действия. Из этого следует, что всю категорию обратных результативных афферентаций мы должны подразделить на две отдельные формы: этапная обратная афферентация и конечная, или санкционирующая, обратная афферентация, которая соответствует осуществлению основной цели данного поведенческого акта.

Ясно, что критерием для такого распределения обратных афферентаций является то намерение, которое хочет осуществить человек в данный момент и поэтому, естественно, в зависимости от широты задач и от характера каждого действия мы можем иметь большее и меньшее количество этапов выполнения намерения, а в отдельных случаях этапная афферентация может быть и санкционирующей, или конечной, афферентацией. В самом деле, покупка чего-либо в магазине отнюдь не является концом всей деятельности человека, ибо она может быть только этапом в осуществлении более длинной цепи актов, например поездки в другой город. Здесь нам важно отметить, что обратная афферентация по самой своей сути является афферентацией о результатах действия и, следовательно, весьма близко соответствует той информации, которая непрерывно поступает от регулируемого объекта по каналам обратной связи в сложных машинах с автоматической регуляцией.

Винер в книге “Кибернетика и общество” не вдается в физиологическую суть обратных афферентаций в организме, и потому все аналогии между явлениями в организме и машине выглядят весьма схематическими.

Следует отметить, что понятие “ведущей афферентации”, введенное нами в 1940 г., представляет собой тот решающий минимум афферентных воздействий, который остается после автоматизации данного поведенческого агента.

Из всего сказанного выше ясно следует, что степень достоверности всех аналогий между машинами и организмами будет находиться в прямой зависимости от того, с какой тщательностью могут быть вскрыты и проанализированы все особенности афферентной информации в организме при осуществлении им самых разнообразных действий.

Понятие о саморегуляции функциональных отправлений в организме не ново. Оно очень давно было установлено в связи с поддержанием постоянного уровня кровяного давления в организме на основе взаимодействия двух противоположно направленных по своему эффекту аппаратов организма: прессорных и депрессорных⁵¹.

Но, пожалуй, наиболее четко принцип саморегуляции функций был сформулирован И.П.Павловым. Организм есть система, писал он, “в высшей степени саморегулирующаяся система, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая”⁵².

Если внимательно проанализировать самый принцип саморегуляции какой-либо функции организма, то окажется, что общая архитектурная особенность любой такой функциональной системы совершенно соответствует тем “замкнутым” контурам и “функциональным схемам”, с которыми имеет дело теория автоматического регулирования в технике.

В самом деле, что является наиболее характерной чертой саморегуляции какой-либо функциональной системы организма, например поддержание постоянного уровня сахара в крови?

Наиболее характерным для процесса саморегуляции является то, что само отклонение от константного уровня какой-либо функции является стимулом к возвращению нарушенного уровня. Если мы сопоставим эту формулировку с тем, как определяется какая-либо система механизмов с автоматической регуляцией, то мы увидим, что там имеет место эта же закономерность. Если заданное состояние регулируемого объекта машины сопоставить с константным уровнем, например, сахара в крови, то и там любое возмущающее воздействие, отклоняющее уровень от постоянной величины, будет как раз источником обратной информации к самим регулирующим механизмам; она будет способствовать реорганизации управляющих сигналов и приведет, наконец, к восстановлению исходного состояния регулируемых объектов.

По сути дела все жизненно важные константы организма (сахар в крови, осмотическое давление крови, содержание углекислого газа в крови, температура тела, уровень давления крови и т.д.) поддерживаются на основе описанного выше принципа. Следовательно, именно в принципе саморегуляции функций организма мы имеем наиболее полное подобие функциональной архитектуры между организмом и автоматически регулирующимися машинами.

Дело в том, что константные свойства регулируемого объекта в машине задаются при постройке машины инженером-конструктором, что составляет для данной машины, по выражению Винера, “программную катушку”. В организме же эти свойства вегетативных систем, т.е. “регулируемого объекта”, определяются наследственно складывающимся метаболизмом некоторых мозговых или других клеток организма. В соответствии с этими особенностями физиологических свойств клетка немедленно реагирует на изменения какого-либо фактора крови, если речь идет о функциональной системе, регулируемой через кровь.

Так, например, при мышечной работе, когда происходит повышенная трата сахара крови, экстренное снижение ее концентрации в крови является стимулом, способствующим выходу повышенного количества адреналина в кровь из надпочечников. Попадая через кровь в печень, адреналин действует здесь как стимул к распаду гликогена до стадии глюкозы, которая и выходит в кровь в повышенном количестве. Благодаря этому “малому сахарному кругу” уровень сахара в крови оказывается выравненным. Эта циклическая система регуляции, направляемая клетками надпочечников и головного мозга, в особенности гипоталамуса и гипофиза, оказывается настолько строгой, что даже при малейшем изменении количества сахара в крови немедленно включается целая серия “механизмов”, выправляющих произведенное “возмущение”.

Можно привести еще один пример, который с еще большей убедительностью показывает, насколько тонко организм приспособился в процессе эволюции к поддержанию постоянства некоторых важных для его деятельности констант. Возьмем осмотическое давление крови. Эта константа особенно строгая и малейшее нарушение ее включает самые высшие приспособительные механизмы организма — кору головного мозга, которая и помогает обеспечить постоянство данной функции. Как показали исследования последних лет, в области гипоталамуса имеются нервные клетки особенной конструкции. Они имеют сбоку своеобразные пузырьки, которые чрезвычайно чутко реагируют на всякое изменение осмотического давления крови, протекающей по соседним капиллярам. При одном изменении, например в сторону повышения осмотического давления крови, поверхность уменьшается. Это служит для окончания нервной клетки стимулом распространения возбуждения по определенным системам головного мозга. В результате этого возбуждения субъективное состояние человека характеризуется как состояние “жажды” и человек испытывает желание напиться.

Когда осмотическое давление крови уменьшается, эти клетки, претерпевая обратные изменения, несут возбуждение к другим системам мозга, которые отчасти регулируют выделение воды из организма (диурез), а отчасти толкают животное или человека на поиски “чего-нибудь соленого”.

В этих механизмах саморегуляции, удерживающих постоянный уровень осмотического давления крови при любых условиях, особенно интересным является то, что побудительный толчок осуществляется с помощью очень малого количества энергии, между тем последствия его, как, например, утоление жажды, могут требовать больших затрат, скажем, если надо достать воду из колодца. Здесь мы имеем прообраз всех “сервомеханизмов”, которые, будучи включенными в автоматически регулирующиеся системы, могут одним простым замыканием пускать в действие мощные агрегаты и целые заводы.

В последние годы изучение саморегулирующихся приспособлений при поддержании постоянного уровня какой-либо функции в организме приобрело особенно широкий размах. Свидетельством этого является проведение ряда специальных совещаний. Можно указать, например, на симпозиум, происшедший в 1957 г. в Западной Германии⁵³, где подробнейшим образом были разобраны подобные примеры саморегуляции в сопоставлении их с теорией автоматического регулирования в кибернетике. Правда, немцы избегают слова “кибернетика” и заменяют его всюду понятием “биологического регулирования”⁵⁴.

В результате приведенных выше сопоставлений возникает естественный вопрос: что может дать кибернетика в результате ее связи с физиологией саморегулирующихся систем организма?

В настоящее время дело пока не идет дальше сопоставления и подыскания аналогичных систем циклического характера, но уже сейчас можно сказать, что математическая обработка подобных машин с автоматическим регулированием и перенос этих расчетов на саморегулирующиеся функциональные системы организма, несомненно, помогают предвидеть существование таких физиологических механизмов, которые непосредственно в физиологическом эксперименте пока не обнаружены.

Так, например, в кибернетике известен способ моделирования самого регулируемого объекта в зависимости от привходящих условий и новой обстановки регуляции. Следовательно, регулируемый объект не всегда может быть константным, он может менять свое состояние, и следовательно, менять состав возникающей от него обратной информации в зависимости от заданных измененных условий. Если, к примеру, работа станков и механизмов рассчитана при определенной температуре и в соответствии с этим рассчитана как управляющая информация, идущая к регулируемому объекту, так и обратная информация, идущая к регулируемому объекту, так и обратная информация, идущая в регулирующее устройство, то изменение температурных условий, скажем, значительное повышение температуры, очевидно, повлечет за собой изменение параметров и режима системы. Если же в данную машину ввести дополнительное устройство, которое сделало бы работу всей машины независящей от смены температуры регулируемого объекта и удерживало бы только определенные параметры этого регулируемого объекта, то работа всего автоматически регулирующегося агрегата сохранила бы свой производственный эффект.

Подобные изменения работы саморегулирующихся систем мы имеем и в организме. Так, например, “заданный” константный уровень содержания углекислоты в крови у нормального человека определяется весьма тонкой и избирательной чувствительностью к углекислому газу определенных рецепторных окончаний сосудистого русла и самого дыхательного центра, особенно его фрагментов, находящихся в ретикулярной формации ствола мозга. Однако есть специальные патологические состояния человеческого организма, когда чувствительность клеток к углекислому газу значительно меняется. Так, например, существует хроническое патологическое состояние, получившее название эмфиземы, при котором концентрация углекислого газа в крови систематически и весьма медленно повышается. В этих случаях мы видим, что клетки дыхательного центра, как и хеморецепторы сосудов, изменяют свой метаболизм таким образом, что раздражаются уже только при наличии большого количества углекислого газа в крови. Благодаря этому эмфизематик может чувствовать себя достаточно удовлетворительно даже при такой концентрации углекислого газа в крови, при которой нормальный человек немедленно умер бы.

Таким образом, конечный полезный эффект, вокруг которого развивается работа саморегулирующихся механизмов и ради которого происходит смена и включение различных механизмов, достигается как в машинах, так и в организме на основе одной и той же функциональной архитектуры, т.е. на основе замкнутых систем и обратной афферентации. Это обстоятельство и является тем отправным пунктом, на основе которого физиология и кибернетика могут устанавливать дальнейший контакт и творческое содружество в работе.

Согласно рефлекторной теории, всякий внешний стимул, приложенный к чувствительным аппаратам организма, проходя через центральную нервную систему, вызывает на периферии, т.е. в рабочих органах, тот или иной ответный акт. В целом весь этот путь получил метафорическое обозначение — “рефлекторная дуга”.

Трудно переоценить то грандиозное значение, которое имела рефлекторная теория на протяжении 300 лет изучения деятельности живого организма. Можно без преувеличения сказать, что все наши представления о механизмах приспособлений животных к внешнему миру и о механизмах установления координированного взаимодействия внутри организма покоятся на этом представлении о рефлексе. Можно сказать, что в выработке материалистического представления о функциях нервной системы животных и человека мы в значительной степени обязаны рефлекторной теории. Достаточно познакомиться с гениальной работой Ивана Михайловича Сеченова “Рефлексы головного мозга”, чтобы понять, сколь плодотворным был и является этот принцип физиологии. Вместе с тем современное развитие рефлекторной теории и в особенности то новое, что внес в нее И.П.Павлов, заставляет расширить ее рамки и перевести ее, как выразился И.П.Павлов, “из первобытной формы в другую, несколько более сложную вариацию понятий и представлений. Ясно, что в том виде, в каком оно сейчас, оно не может обнять всего того материала, который в настоящее время скоплен”⁵⁵. Важно отметить, что рефлекторная теория в своем дальнейшем развитии была обогащена принципом обратной афферентации от результатов рефлекторного действия.

Рефлекторная теория материализовала весь процесс ответного действия организма на какое-либо раздражение, однако существенным недостатком рефлекторной теории было то, что она ограничивала весь процесс приспособления только действием. На ответном действии заканчивались все представления в рефлекторной теории о приспособительном значении этого действия. В формулировках рефлекторной теории заключается как бы сама по себе подразумевающаяся целесообразность ответного действия. Рефлекторная теория не ставила вопроса о том, что произошло бы с нервными механизмами, если бы рефлекторный акт в какой-то степени не достиг приспособительного эффекта, иначе говоря, рефлекторная теория не учитывала возможности к постоянной обратной афферентации, которая непрерывно информирует центральную нервную систему о степени успешности каждого рефлекторного акта.

Само собой разумеется, что это было весьма значительным дефектом рефлекторной теории, ибо огромная область явлений, обеспечивающих приспособления животного и особенно восстановление нарушенных функций, оказывалась недоступной анализу на основе только классической теории рефлексов. Мы уже видели в разделах 1, 2, 3, что обратное афферентирование результатов действия является столь же необходимым и столь же постоянным, как и прочие звенья дуги рефлекса. Естественно поэтому, в особенности в связи с той перестройкой наших представлений, которую повлечет за собой кибернетика, обратная афферентация должна стать законным членом всего рефлекторного приспособления в целом. Можно привести десятки примеров в дополнение к тем, которые уже разобраны нами в третьем разделе. Эти примеры убедительно доказывают необходимость афферентирования не только конца целой серии актов, но и каждого этапа приближения к конечному эффекту (обратная поэтапная афферентация). Так, например, водяной скорпион (пера cinerea) захватывает добычу конечностью и затем, поднеся ее ко рту, пережевывает. Этот автоматический акт происходит всякий раз, как только на небольшом расстоянии от скорпиона появляется движущееся мелкое насекомое. Если отрезать ту часть головы, где находится ротовое отверстие, картина поведения скорпиона меняется. Он так же, как и раньше, захватывает добычу, потом конечность движется по направлению ко рту, но здесь она останавливается, и в такой застывшей позе насекомое может находиться неопределенно долгое время.

Можно произвести другой эксперимент: отрезать кончик конечности, с помощью которого скорпион захватывает добычу. Тогда он на поступающее раздражение от мелкого насекомого делает как и раньше хватательные движения, однако в этом положении конечность так и застывает, движения к области рта не происходит.

Если посмотреть на оба примера с точки зрения рефлекторного действия в его классической трактовке, то в сущности налицо имеется законченный рефлекторный акт, однако приспособительного действия в целом нет.

Ясно, что в первом случае конечность с добычей застывает перед областью рта потому, что в центральную нервную систему скорпиона не поступает афферентации от рецепторов рта, которые должны завершить акт поступления добычи в полость рта. Во втором случае конечность остается застывшей в позе схватывания потому, что центральная нервная система не получила обратной афферентации от концевого отдела конечности, что добыча схвачена. Следовательно, оба случая демонстрируют на довольно стереотипных актах небходимость обратной афферентации при совершении целой цепи рефлекторных действий, заканчивающихся полезным эффектом.

В связи с этим следует отметить, что на основе прежнего представления о “цепном рефлексе” нельзя объяснить приведенные выше эксперименты. В представлении о цепном рефлексе есть серьезный недостаток: обычно полагают, что все его звенья составляют механическую цепь по принципу “конец одного действия является началом для другого”. Как мы видели при разборе обратных афферентаций, таких соотношений в действительности не существует, ибо каждый акт должен закончиться обратной афферентацией от результатов этого этапного акта, и только после поступления в центральную нервную систему обратной афферентации о благополучном завершении данного этапа может начаться формирование следующего акта⁵⁶.

Резюмируя вышесказанное, мы должны отметить, что эти дополнения, несколько преобразующие классическую “дугу рефлекса”, раскрывают более глубокую связь физиологии с кибернетикой, поскольку и здесь и там “обратные связи” решают вопрос об эффективности приспособительных действий.

Не случаен тот факт, что и сам Н.Винер, и многие его последователи, да и критически настроенные авторы при анализе

перспектив развития кибернетики непременно заканчивают изложение характеристикой ее отношения к условным рефлексам и к поведению человека. Мы видели, что эта органическая связь вытекает из самой эволюции замкнутых систем с обратной связью.

Говоря о значении обратной связи для поведения животных, Винер называет ее “способностью живого существа устанавливать свое будущее поведение на основании прошлого опыта”. Он пишет: “Обратная связь может быть такой же простой, как при обычном рефлексе, но она может быть и обратной связью высшего порядка, при которой прошлый опыт используется для регулирования не только специальных движений, но и целой линии поведения. Такая обратная связь, определяющая поведение, может проявляться, да часто и проявляется, в виде того, что нам известно в одном аспекте как условный рефлекс, а в другом — как обучение”⁵⁷. Французский математик Луи де Бройль, обсуждая проблемы кибернетики, писал: “...Теория счетных машин, теория передачи сигналов... должна дать нам много сведений о нормальной и патологической деятельности нервной системы и, в частности, о механизме рефлексов”. “Блестяще изученные Павловым условные рефлексы также входят в эту общую главу”⁵⁸.

Можно было бы привести целый ряд подобных высказываний, но дело не в этом. Нам важно сейчас установить, на чем именно в условном рефлексе основывают кибернетики свои далеко идущие аналогии. Из приведенных высказываний ясно, что приобретение опыта и использование этого опыта в последующем поведении являются теми общими способностями животных и человека, успешное подражание которым в машинных моделях стерло бы принципиальную границу между “роботом” и человеком. Но именно здесь-то и надо вспомнить то сомнительное положение кибернетики, согласно которому общность функциональных проявлений способностей должна соответствовать общности их частных механизмов. При ближайшем знакомстве с

этим вопросом мы убеждаемся, что сторонники кибернетики при обращении к условным рефлексам имеют в виду то кардинальное и принципиально новое, что дало открытие условного рефлекса в начале девятисотых годов. Однако для более детального обсуждения вопроса этого уже недостаточно. Для этого необходимо установить механизм условного рефлекса, если его рассматривать в аспекте всех последних достижений школы И.П.Павлова, а также последних достижений нейрофизиологии.

Только вскрыв глубокие физиологические механизмы условного рефлекса, мы можем установить, что именно и в каком виде может быть заимствовано кибернетикой для моделирования и построения различных аналогий. Глубокий физиологический анализ механизмов условного рефлекса вместе с тем может показать нам конкретно, каким образом нервная система позволяет животному и человеку использовать прошлый опыт в дальнейшем поведении. А разобрав эти специфические особенности механизмов условного рефлекса, мы, естественно, сможем поставить вопрос и о том, имеются ли аналогичные приспособления в машинных устройствах автоматического регулирования.

Все эти вопросы можно разрешить успешно на основе конкретной динамической схемы механизмов условного рефлекса, которую мы можем в настоящее время считать достаточно обоснованной (см. рис. 1).

Подпись к рис. 1.

Изображение последовательных стадий выявления прочного условного рефлекса в ответ на условный раздражитель.

Первая стадия — синтез всех разнообразных внутренних и внешних афферентных воздействий на организм (А — анализатор пускового стимула; А¹ А² — обстановочные раздражители для различных анализаторов; а¹ а^ — коллатеральное действие пускового и обстановочных стимулов на ретикулярную формацию ствола мозга;

У.Р. — условный раздражитель).

Вторая стадия — образование акцептора действия на основе афферентных следов от прежних раздражителей (А.Д.).

Третья стадия — формирование ответного действия (О.Д.), которое развертывается всегда позднее акцептора действия.

Четвертая стадия — возникновение обратных афферентных возбуждений от всех сторон и признаков достигнутого результата. В данном примере обратная афферентация от результатов действия точно совпала с характером акцептора действия, т.е. результаты точно соответствуют замыслу (или намерению) к совершению действия.

Приведенная схема является синтетической. Она включает в себя все достижения современной нейрофизиологии, помогающие понять архитектуру условного рефлекса, и, кроме того, в ней отражены те данные по физиологии высшей нервной деятельности, которые получены были нами за последние годы.

Первый пункт, требующий тщательного обсуждения, состоит в особенностях соотношения двух видов афферентных раздражений, на которых строится условный рефлекторный ответ. Их можно назвать соответственно: а) “пусковой афферентацией”, представленной непосредственным действием самого условного раздражителя (У.Р.), и б) “обстановочной афферентацией”, представленной совокупностью раздражений от обстановки эксперимента и от всех тех предшествовавших опыту раздражений, которые создают определенное доминантное состояние животного.

Уже сейчас можно сказать, что при всех попытках кибернетиков моделировать условный рефлекс или какие-либо его фрагменты органическое объединение обстановочных и пусковых афферентаций, несомненно, явится “камнем преткновения”. В самом деле, как мы видели, совокупность обстановочных афферентаций создает предпосылку к развертыванию той или другой условной реакции. Но состав обстановочных афферентаций исключительно сложен и, что особенно важно, разнообразен и динамичен до бесконечности. Можно ли построить машину так, чтобы ее поведение зависело от синтеза обстановочных и пусковых воздействий на нее? Во всяком случае, это первая, но не последняя трудность на пути подражания условному рефлексу. Обычно же для анализа и моделирования берется изолированное действие одного какого-либо пускового раздражителя.

Из приведенной схемы поэтапного формирования условного рефлекса видно, что в ответ на условный раздражитель все раздражители внешнего и внутреннего мира неизбежно должны пройти стадию афферентного синтеза. Физиологическое основание выделения этой стадии состоит в том, что никакое рефлекторное действие не может быть сформировано в эффекторных аппаратах до тех пор, пока не закончен синтез всех афферентных воздействий, падающих на организм в данный момент. Именно результаты афферентного синтеза определяют, какое действие должно быть сформировано на эффекторной стороне при наличии данной совокупности афферентных раздражений. Важно помнить, что без этой стадии не может быть сформирован ни один поведенческий акт животного, а особенно человека. Однако этим дело не ограничивается. Многолетние работы нашей лаборатории показали, что точно в тот же момент, когда заканчивается синтез всех афферентных раздражений и когда начинается формирование в эффекторной части соответствующего рефлекторного действия, складывается особый афферентный аппарат, названный нами в свое время акцептором действия (см. рис. 1, А.Д.). Физиологические свойства этого аппарата нами были описаны в специальных публикациях, и потому здесь мы останавливаться на этом подробно не будем.

Для настоящей статьи нам нужно лишь отметить два важнейших свойства афферентного аппарата, с которыми, к сожалению, не знакомы авторы, делающие попытки моделировать условный рефлекс. Прежде всего этот аппарат формируется раньше условного рефлекса в его эффекторном выражении, следовательно, он на какое-то время опережает появление ответного действия. С позиций физиологии, мы можем сказать, что момент окончания стадии афферентного синтеза в психологическом отношении применительно к человеку может соответствовать моменту возникновения “намерения к действию”. Это обстоятельство определяет дальнейшую физиологическую роль акцептора действия, принимающего на себя в форме обратной афферентации (см. рис. 1. Обр. аф.) все афферентные раздражения, которые возникают от результатов действия; аппарат акцептора действия производит сопоставление результатов афферентного синтеза, т.е. замысла действия, с результатами произведенного действия.

Совпадение этих возбуждений заканчивает, следовательно, весь циклический процесс, в то время как их “рассогласование” вызывает целый ряд новых реакций, которые должны дать в конце концов рефлекторный ответ, соответствующий характеру акцептора действия. Во всех случаях так называемого произвольного поведения, как и при появлении условного рефлекса в ответ на условный раздражитель, акцептор действия является постоянным направляющим фактором, дающим возможность определить соответствие произведенного действия исходному замыслу.

Таким образом, для кибернетики вопрос об “обратных связях” является центральным, поскольку благодаря этим связям осуществляется последующая подгонка соответствующих воздействий на “регулируемый объект”. Однако при моделировании условного рефлекса по внешним чертам сходства обычно не думают о том, что раньше, чем осуществится действие, в головном мозгу всегда формируется аппарат оценки этого предстоящего действия. Мы видим в этом второе принципиальное препятствие для моделирования условного рефлекса, так как без акцептора действия немыслима никакая приспособительная деятельность животных и особенно человека. Французский нейрофизиолог Фессар в своей статье по кибернетике указывал, что нечто подобное существует в машинах автоматического регулирования, но он не знает аналога этому в деятельности нервной системы. “Употребляются такие цепи ”предвидения", — писал он, — когда рабочий механизм предупреждается заранее о будущем приходе приказа. Очень вероятно, что такие же приспособления существуют и при работе нервной системы. Нейрофизиологам надо попытаться решить эту трудную задачу — доказать существование таких приспособлений и различных частных случаев(курсив мой. — ПЛ.).

Мы уже показали выше, что аппарат “предвидения” уже давно нами найден. В настоящее время его основные свойства доложены на международном симпозиуме по “Механизмам мозга”, состоявшемся в Монтевидео (1959 г.). Надо только посмотреть, в какой мере он может быть воспроизведен в соответствующих механических моделях. Весьма сомнительно, что он может быть имитирован в механических моделях, поскольку он всегда складывается ex tempore и всегда на основании синтеза многообразных внешних и внутренних раздражений организма. Если мы можем приблизиться к этому, то уж во всяком случае с обязательным учетом наличия такого аппарата в нервной системе.

Подводя итог всему приведенному материалу, мы можем высказать следующие резюмирующие положения:

1. Кибернетика — это направление мысли, стремящееся найти общие черты у явлений различного порядка и на основе этой общности раскрыть механизмы функционирования различных систем, в частности нервной системы, и методы управления этими системами. В этом смысле данное направление мысли заслуживает всяческой разработки специалистами различных профилей.

2. Основные исходные положения кибернетики еще и сейчас не являются четко сформулированными, а исторические основания для наличия общих черт у разнородных явлений остаются еще не вскрытыми. Между тем только на этом пути можно отчетливо представить себе, до какого предела общие черты у явлений различного класса могут быть использованы для моделирования. Имеющаяся литература по этому вопросу, как зарубежная, так и наша, не дает еще пока решения этой проблемы.

3. Теория обратной афферентации в физиологии, развиваемая нами с 1935 г., содержит в себе все черты “обратных связей” кибернетики и потому может служить как для анализа всех форм саморегулирующихся функций, так и для расширения возможностей при построении аналогичных механических моделей.

4. Общая архитектура замкнутых систем с обратной афферентацией, или с обратной связью, применима для понимания всех тех приспособительных актов человека, которые заканчиваются полезным эффектом. В этом смысле вторая сигнальная система, характерная лишь для человека, целиком подчиняется этому правилу.

5. Никакие модели условнорефлекторных ответов не могут претендовать даже на отдаленное сходство с действительным условным рефлексом, если в них не будут учтены два кардинальных процесса: а) процесс афферентного синтеза и б) образование акцептора действия как аппарата “оценки” результатов действия. Создание же так называемых самообучающихся машин не может быть аргументом против высказанного положения. Это “обучение” имеет сходство с действительным обучением только по конечному эффекту. Оно идет через совершенно другие механизмы и не сопоставимо с упомянутыми выше свойствами живого организма и его нервной системы.

к книге У.Р.Эшби “Конструкция мозга. Происхождение адаптивного поведения’⁹

В последние годы был опубликован ряд переводных книг по вопросам кибернетики. Конечно, эти публикации не исчерпывают всего того, что в действительности печатается за рубежом по кибернетике и по смежным направлениям науки. Достаточно указать, например, что только кибернетическому осмысливанию вопросов нервной системы посвящено в последние годы несколько монографий, в частности монографии Джорджа “Мозг как вычислительная машина”, Розенблита “Сенсорные коммуникации”, Стенли-Джоунса “Кибернетика естественных систем” и ряд других. В этих книгах рассматривается в основном связь конкретных процессов, протекающих в нервной системе, с теми закономерностями, которые были сформулированы в кибернетике и считаются специфическими для данного научного направления.

Среди этих монографий особое место занимает книга Эшби “Конструкция мозга”, необычная для публикаций кибернетического направления. Автор в сущности не рассматривает в ней какой-либо конкретный физиологический механизм и не анализирует его детали с точки зрения кибернетики и ее закономерностей. Его интересует та логическая структура, которая служит как бы матрицей для всякого рода сложных взаимодействий как в пределах организма, так и между организмом и внешней средой в особенности. Сам Эшби называет это “логикой механизма”, и действительно, сопоставляя различные этапы развертывания процессов в сложных системах, он раскрывает эту логику и устанавливает неизбежную последовательность процессов там, где изучение деталей могло бы и не раскрывать этой логической структуры. Эшби хорошо известен советскому читателю по его работам с анализом и конструированием гомеостатичекой системы (гомеостат Эшби). Однако настоящая книга идет гораздо дальше тех проблем, которые были подняты в его “Кибернетике”.

Эшби пытается сейчас понять и проанализировать ту грандиозную разницу между его гомеостатом и реальным организмом, которая обнаруживается в условиях, когда и тот и другой приспосабливаются (адаптируются) к различным изменениям. Он пришел к довольно печальному выводу, что гомеостату, который представляет собой обычную саморегулирующуюся машину, для того чтобы адаптироваться к какому-либо изменению, потребовалось бы много миллиардов лет, тогда как живому организму часто достаточно для этого всего лишь долей секунды. Этот простой математический расчет Эшби и служит основной отправной идеей в изучении и построении приспосабливающегося гомеостата; в сущности, вторая половина книги целиком посвящена раскрытию тех логических структур механизма приспособления, которая отличает организм от механического автомата.

В этом смысле нельзя не отметить, что значительное достоинство книги Эшби состоит именно в том, что в ней намечается вполне определенный путь для анализа сложных и простых “ультрастабильных” систем. Автор постепенно раскрывает свойства этих систем как в отношении их компонентов, так и в отношении отдельных “подсистем” и их взаимодействия. Интересно, что этот анализ ведется не в применении к какому-либо конкретному механическому или биологическому процессу, а именно в плоскости логических взаимоотношений, которые могут служить своего рода таблицей умножения, применяемой в самых разнообразных направлениях.

Практически так оно и есть на самом деле. Выводы Эшби, касающиеся, например, взаимодействия отдельных систем и доминирования одних систем над другими, применимы в одинаковой степени ко многим системам организма. Так, например, эти заключения можно применить как на уровне подкорковых функций, так и в масштабе межмолекулярных взаимодействий в пределах одной клетки.

Несколько необычный подход Эшби к построению логики механизма несомненно поможет исследователям, особенно молодым, “отточить” острие логического анализа наблюдаемых в организме явлений и научит строить логические структуры там, где, казалось бы, можно обойтись одним прямым аналитическим исследованием.

Вместе с тем необходимо сделать несколько замечаний и о недостатках такого подхода, если он не коррелируется все время с фактами и закономерностями самого биологического процесса. Подходя к анализу этого вопроса с философских позиций, мы могли бы сказать, что закономерности неорганического мира могут влиять и, конечно, влияли на организм на протяжении многих веков, но едва ли можно в этом влиянии видеть только одну механическую и физико-химическую сторону. Надо помнить, что с появлением на Земле первых живых существ радикально изменился самый критерий взаимодействия, центральной проблемой стала проблема выживания, и поэтому все отношения организма к внешнему миру строились, развивались и закреплялись в его структурах под влиянием этого основного критерия.

Любое явление, наблюдаемое в живом организме, можно рассматривать и как физико-химическое и как биологическое. Это накладывает определенную ответственность на наши попытки оценить логику механизмов. Эшби, например, с самого начала отказывается вносить в оценку взаимодействий живых систем с внешним миром критерий полезности в любой его форме. Быть может, для какого-то этапа исследования и следует отрешиться от этого критерия; например, мы можем изучать законы действия световой энергии на элементы сетчатки независимо от того, будет ли этот луч света в дальнейшем убивать животное или, наоборот, будет стимулировать его приближение к вкусной пище. Но такое игнорирование биологических факторов может быть, конечно, только временным. Как только исследователь делает попытку сформулировать более общие закономерности в жизни организма, он неизбежно сталкивается с тем, что в процессе эволюции развились такие морфологические структуры и такие функциональные свойства мозга, которые обеспечивают наиболее выгодное приспособление животного к окружающему миру; эта “выгодность”, конечно, есть не что иное, как наибольшее приближение к оптимальному состоянию организма и наибольшее удаление от условий, опасных для жизни. Следовательно, уже потому только, что на Земле появилась жизнь, неизбежно возник и критерий вредности или полезности факторов внешней среды.

В сущности, и сам Эшби ощущает необходимость внесения чего-то, подобного критерию вредности и полезности, ибо он не раз подчеркивает, что при всяком последовательном изменении состояния системы она имеет тенденцию развиваться в сторону “лучшего”. И хотя у Эшби нет определенного и устойчивого мнения по поводу роли этого “лучшего”, он все же прибегает к нему несколько раз на протяжении книги для более прочной аргументации поведения живых систем.

Так, например, Эшби довольно подробно разбирает метод “проб и ошибок”, совершенно справедливо считая его универсальным путем выработки нового поведения. Однако невольно возникает вопрос: что же направляет эти пробы, какой фактор неуклонно ведет их к максимальному успеху и к отсечению всех тех многочисленных вариаций поведения, которые не привели к необходимому результату?

Эшби не дает ответа на эти принципиальные вопросы, и это, несмотря на исключительную ценность его попытки разработать “логику механизма”, показывает, что при объяснении детальных механизмов адаптации необходимо всегда учитывать биологические закономерности.

В самом деле, Эшби полностью игнорирует два крайне важных фактора, направляющих всю линию проб и ошибок и неизбежно приводящих животное к наиболее экономному решению какой-нибудь задачи. Между тем эти факторы — устойчивость врожденных констант организма и подкрепляющий характер жизненно важных стимуляций — определяют и заканчивают каждую линию поведения у такой мультистабильной системы, какой является человек и высшие животные.

Между тем Эшби в самом начале своей книги оговаривает, что ему не нужны для его построения врожденные рефлексы и подкрепления как завершающие биологические факторы. Мне кажется, что, выбрасывая за борт эти два серьезных фактора, без которых вообще не строится никакое поведение, Эшби поставил себя в чрезвычайно трудное положение. Фактически он стремится войти в дом, от которого уже заранее выбросил ключи. Таким же недостатком, на мой взгляд, является и отбрасывание прошлого опыта, или, как его называет Эшби, “заимствованного знания”: ведь любое целенаправленное поведение неизбежно содержит элементы прошлого опыта; оно даже и формироваться-то не будет без учета этого прошлого опыта.

Таким образом, мы видим, что основные погрешности в общей конструкции книги Эшби состоят в необоснованном исключении биологического уровня трактовки предмета. Едва ли можно сомневаться в том, что наличие широкой общебиологической установки необходимо даже в том случае, когда исследователь работает на уровне молекулярных процессов.

В этом смысле интересно привести мнение Эшби о роли наказания как фактора, влияющего на поведение системы. Он пишет: “Понятие наказания несложно, так как оно означает, что те или иные органы чувств или нервные окончания подверглись раздражению, достаточно сильному для того, чтобы вызвать изменение ступенчатых функций в нервной системе...” (стр. 170). Как видно из этой цитаты, Эшби рассматривает наказание только как механический результат силовых отношений в системе, но вряд ли это рассуждение применимо к таким наказаниям, которые сопровождаются просто отсутствием раздражителя (например, лишение ребенка пирожного). Как мы знаем, с биологической точки зрения такое отсутствие раздражителя имеет не меньшее “наказующее действие”, чем, например, реальное физическое наказание.

Такой же недостаток в основных посылках мы видим и в объяснении адаптации к раздражителю, повторяемому несколько раз (привыкание). Эшби объясняет эту адаптацию тем, что система, реагирующая на раздражитель, непрерывно редуцируется и стремится к уменьшению числа своих компонентов, и, следовательно, адаптация возможна только по отношению к такому раздражителю, который не прекращает сразу всю деятельность организма. Конечно, в какой-то степени это рассуждение верно, поскольку системы мозга в самом деле имеют тенденцию реагировать все более и более редуцированно, пока, наконец, их реакция не сведется только к реакции соответствующего рецепторного аппарата и некоторых ближайших нервных образований. Но это правильно лишь для тех раздражителей, которые биологически нейтральны, т.е. не несут за собой более мощных раздражений, опасных для жизни. Если же раздражитель оказывает дальнейшее, скажем болевое, воздействие, то организм к нему не адаптируется; более того, этот раздражитель приобретает все большее и большее значение, создавая у животного или человека адекватную оборонительную реакцию. Следовательно, и в этом случае мы не можем представить себе весь процесс “привыкания” к раздражителю только на уровне уменьшения числа реагирующих элементов нервной системы. Характер этого уменьшения органически зависит от биологического характера всей ситуации, при которой наносится раздражение. Именно здесь очень трудно создать удовлетворительную “логику механизма”, не учитывая характера врожденных реакций. Все реакции захватывания или избегания непременно связаны с непрерывным влиянием какой-то врожденной константной системы организма, и только с учетом этой системы мы можем создать удовлетворительную логическую структуру поведенческого акта.

Книга Эшби получила очень широкое распространение за рубежом, где она пользуется заслуженным успехом. Несомненно, этот успех объясняется тем необычным подходом к раскрытию логики физиологических реакций, которую проводит автор на протяжении всей книги. Книга бесспорно полезна и, несмотря на излишний в ряде случаев механицизм автора, помогает, как это ни странно, именно построению синтетической концепции приспособительных механизмов.

Так, например, детально разбирая как взаимоотношения ульт-растабильных систем между собой, так и взаимоотношения подсистем в пределах каждой отдельной системы, Эшби устанавливает ряд правил, которые абсолютно необходимы для всякого исследователя, в особенности физиолога, желающего подняться до оценки места изучаемого явления в системе целого организма.

Здесь я не могу не отметить очень хорошего анализа соотношения “систем с частично постоянной функцией” и “систем с полной функцией”. Рассматривая случаи “независимых состояний” в пределах большой системы, автор в сущности намечает канву для понимания организации сложных систем в пределах целого организма. При этом он неизбежно должен был столкнуться с тем, что своеобразие целого организма состоит именно в том, что его “частично постоянные функции” в зависимости от изменения ситуации могут приобретать характер зависимых и независимых функций. По сути дела, мы всегда убеждаемся в этом, изучая различные функции организма. Однако для этого часто требуется отвлечься от реального процесса и посмотреть на функцию с точки зрения функциональной системы как интегративного образования (П.К.Анохин, 1935). Эту перемену формы участия отдельных систем особенно хорошо можно проиллюстрировать на примере роли афферентных импульсаций в конструировании какого-либо конечного приспособительного эффекта функциональной системы, например прыжка у лягушки. Этот прыжок есть следствие вполне определенного соотношения частей моторного аппарата, и конечный его эффект состоит в передвижении лягушки на определенное расстояние. Исходя из абсолютного значения афферентных функций, мы должны были бы признать, что во всех своеобразных движениях, например, задних конечностей лягушки афферентные импульсы играют решающую роль на протяжении всего прыжка. Однако, к большому удивлению экспериментатора, перерезка всех задних корешков одной задней конечности и даже обеих задних конечностей очень мало нарушает прыжок. Совершенно очевидно, что “независимость” местных рефлекторных актов в данном моторном акте трансформировалась в зависимости от более высоких стимулов и процессов в большой системе поведенческого акта. Однако эта зависимость функции задней конечности лягушки от более высокой интеграции может немедленно трансформироваться в независимую функцию, если только к одной из конечностей лягушки привязать перед прыжком грузик, требующий дополнительных усилий для совершения прыжка. В этом случае деаф-ферентированная конечность уже не может принять полноценного участия в прыжке (М.Чепелюгина).

Можно привести также пример из области дыхательной функции. Как показали опыты К.Д.Груздева в нашей лаборатории, центральные аппараты системы дыхания получают огромное количество афферентных импульсаций от всех уровней иннервации дыхания и воздухоносных путей. От легких идут импульса-ции, вызванные растяжением альвеол, от плевры — импульса-ции, вызванные трением о грудную стенку, от трахеи и слизистой носа — импульсации, возникающие в результате раздражения трахеи и слизистой движущимся воздухом и т.п.

Исходя только из того, что эти рецепторы посылают в центральную нервную систему афферентные импульсы, мы должны были бы предположить, что они вносят свою долю в интеграцию эффекторного комплекса дыхания. Однако оказалось, что это не так. Автоматизация дыхательного акта полностью устраняет влияние многих афферентаций, идущих, например, от трахеи, но они немедленно дают знать о себе, как только сила раздражения соответствующей области отклоняется от обычной, т.е. уменьшается или увеличивается. В таких случаях их роль в центральных интегративных образованиях сразу же становится заметнее, и в связи с этим формируется новая интеграция дыхательного акта.

Этот анализ поведения зависимой частной системы в обширной функции организма убеждает нас, что все соотношения и взаимодействия динамичны по своей природе и могут менять как долю своего участия, так и степень своего воздействия на целое.

В случае приведенных выше примеров приемы анализа, применяемые Эшби, исключительно ценны, так как он отправляется только от логических механизмов взаимодействия многочисленных систем, обладающих различными характеристиками.

Надо отдать должное Эшби, что именно в этой части книги он достиг некоторой виртуозности в отношении математически определенной характеристики изменения связи между системами и смены доминирующих потоков информации в пределах системы. Для физиолога, биолога и клинициста особенно важны в этом смысле его аналитические выкладки, касающиеся “логических механизмов” итеративных систем с повторными и поэтапными включениями в деятельность целого организма.

В этом конкретном случае автор затрагивает тот критический период развития жизни на Земле, который определил на протяжении многих тысячелетий приспособленность организма к внешнему миру. Эшби не вскрывает закономерностей, действовавших в этот период, но практически показывает те многочисленные вариации, которые вытекают из нерушимого закона пространственно-временных соотношений в неорганическом мире. Развитие всей материи происходит последовательно. Это последовательное движение материи коренным образом повлияло на всю эволюцию приспособительных форм живых организмов, но вопрос состоит в том, как эти воздействия складываются в последовательное развитие системной деятельности организма?

Эшби предлагает весьма вероятное решение этого вопроса, строя те логические схемы, которые лежат в основе работы мозга и его приспособительных реакций в отношении внешнего мира. Эта часть книги читается с большим интересом.

Я не могу не отметить, что книга требует некоторого критического подхода, особенно там, где Эшби отказывается от необходимости прибегать в своих рассуждениях к врожденной деятельности и понятию подкрепления и отрицает необходимость привлекать функцию сознания к анализу некоторых сложных ситуаций.

Очень жаль также, что автор, давая определения саморегу-ляторных приспособлений (стр. 71), не привел наиболее полного и красочного определения саморегуляции, данного И.П.Павловым (1932).

Но вместе с тем четкая, почти математическая постановка вопроса, столь же строгий логический анализ взаимодействий и классификация явлений для различных уровней интеграции — все это несомненно ново, оригинально и принесет большую пользу читателю. Мне хотелось бы подчеркнуть, что эта польза особенно значительна для молодых исследователей, которые находятся в том периоде развития, когда начинает формироваться основная механика научного мышления. Им я особенно рекомендую прочитать книгу Эшби.

%

полно и наиболее адекватно моделировать основные законы деятельности мозга.

оотношение кибернетики и нейрофизиологии выражается

прежде всего в том, что кибернетика стремится наиболее

Будучи сама производной от циклических замкнутых, т.е. автоматических саморегуляций в технических системах, кибернетика наложила определенный отпечаток и на подходы нейрофизиологов в изучении процессов целого мозга. Нейрофизиология широко использует в настоящее время формализацию процессов, преобразование информации в сложных системах, математическую обработку материалов исследования и т.д. Все эти заимствования из кибернетики стали в работе нейрофизиолога постоянными и необходимыми приемами для расшифровки регуляторных приспособлений целого организма.

В свою очередь, кибернетика постепенно совершенствует свои модели мозговой деятельности и этим самым позволяет использовать их в конструировании различного рода технических систем с повышающимся уровнем “интеллигентности”, т.е. со свойствами, приближающимися к работе самого мозга.

Это взаимодействие совершенно определенно показало, что успех воспроизведения мозговой деятельности в информационных моделях находится в прямой зависимости от того, в какой степени полно отражены в каждом отдельном случае моделирования истинные законы деятельности мозга, логически формализованные нейрофизиологами. Иначе говоря, успех изучения процессов мозга и особенно реализация их в поведенческих актах зависит от того, в какой степени в этом встречном движении отражены истинные архитектурные черты работы целого мозга, синтезированные на основе последних достижений нейрофизиологии.

Рис. 1. Принципиальная схема модели поведенческого акта, представленная в трех этапах развития.

А — для понимания динамики нелинейных процессов функциональной системы показана стадия, когда закончился афферентный синтез (АС), произошло формирование цели и вслед за этим акцептора действия. Эфферентные возбуждения в этой стадии лишь вышли на афферентные периферические пути. Однако в этой стадии не получен полезный приспособительный результат.

В настоящее время стало очевидным, что успех такого контакта зависит от того, сможем ли мы создать столь адекватную логическую модель работы целого мозга, которая не только облегчила бы возможность производить прицельный анализ любого механизма любого поведенческого акта, как интегративного образования, но и помогла бы формулировать и новые исследовательские работы.

Такой подход к интегративной деятельности целого мозга показал, что она не может быть изучаема без оценки конечного приспособительного результата, в связи с которым происходит, как формирование, так и перестройка любой функциональной системы.

В этом смысле результаты исследований школы крупнейшего английского физиолога Шеррингтона дают возможность судить лишь о частных механизмах интегративной деятельности, поскольку они не отнесены к работе целого мозга и остаются независимыми от конечного приспособительного эффекта целого организма (П.К.Анохин, 1948).

Становится все более очевидным, что рабочие контакты нейрофизиологии и кибернетики поставили совершенно недвусмысленные требования построить такую нейрофизиологическую модель интегративной деятельности целого мозга, которая отвечала бы двум основным требованиям: а) она должна быть достаточно убедительно обоснована фактическими результатами современной нейрофизиологии и вместе с тем б) быть той большой кибернетической архитектурой, в которую вписываются все тонкие аналитические результаты, полученные при изучении любых частных механизмов мозга. Именно поэтому, прежде чем перейти к конкретным нейрофизиологическим механизм формирования поведенческого акта, нам нужно раскрыть состав самой архитек-

Б — дальнейшее развертывание процессов в системе, в связи с чем был получен конечный результат, соответствующий сходной цели действия. Видно, что результаты действия через свои параметры формируют обратную афферентацию, которая направляется в центральную нервную систему и вступает в контакт с акцептором действия. В — эта часть рисунка иллюстрирует момент несовпадения обратной афферентации с акцептором действия. На схеме видно, что это несовпадение немедленно активирует ориентировочно-исследовательскую реакцию, которая по своему значению является фактором, облегчающим образование новой программы действия. Обозначения: ОР — ориентировочная реакция, ОА — обстановочная афферентация, ПА — пусковая афферентация, РФ — коллатерали ретикулярной формации, М — мотивация, П — память; объяснение см. в тексте.

туры поведенческого акта. Я уже имел однажды счастливый случай — на Международном симпозиуме по обработке информации в центральной нервной системе (Лейден, 1962) — предложить такую физиологическую архитектуру, которая, как нам кажется, отвечает поставленным выше требованиям и которая построена на основе нашей более ранней концепции функциональной системы, как саморегуляторной организации с обратной афферентацией (рис. 1).

Однако к настоящему времени моими сотрудниками получены многие новые результаты, которые позволяют еще глубже понять те универсальные механизмы, которые поддерживают в единстве все многочисленные компоненты функциональной системы на всем протяжении формирования конечного полезного эффекта. Интегративные механизмы в работе целого мозга, предлагаемые нами для объяснения структуры поведенческих актов, вступают в тесный контакт с принципами самоорганизации и моделирования работы мозга, разрабатывающимися в настоящее время в нейрокибернетике.

Описываемая ниже физиологическая архитектура интегративной деятельности целого мозга в настоящее время уже перерастает свое значение только как модели, объясняющей механизмы деятельности, и становится методом для формулировки новых исследовательских задач на уровне тончайших аналитических нейрофизиологических приемов. Эта модель упорядочивает многочисленные поиски в нейрофизиологических условиях и точно определяет то частное место, которое каждое из этих исследований занимает в большой архитектуре поведенческого акта.

Ниже мы последовательно разберем узловые механизмы этой физиологической архитектуры, пригодной для любого поведенческого акта и вместе с другими составляющей модель поведенческого акта.

Нейрофизиологический смысл этой стадии в формировании поведенческого акта состоит в том, что она позволяет тщательно обработать, сопоставить и синтезировать всю ту информацию, которая необходима организму для совершения наиболее адекватного для данных условий приспособительного акта.

Афферентный синтез является наиболее ответственным моментом интеграции, он является в полном смысле этого слова узловым механизмом функциональной системы. Он помогает решению трех основных параметров всякого поведенческого акта: что делать, как делать и когда делать?

Эти три параметра вписывают всякий данный поведенческий акт в гармоническую последовательность многих поведенческих актов и устанавливают то адаптивное отношение животного к внешнему миру, без которого невозможно было бы его выживание. Афферентный синтез позволяет животному с определенной точностью удовлетворять его непрерывно сменяющиеся потребности и приводить их в соответствие с бесконечно разнообразными воздействиями внешнего мира.

Сама необходимость учета невероятно большого количества переменных параметров, определяющих поведенческий акт, исторически сделала совершенно необходимым формирование стадии афферентного синтеза. Непременное наличие многочисленных афферентных воздействий на организм из внешнего мира сделало афферентный синтез универсальным фактором всякой жизни, поскольку последняя даже в самой примитивной форме должна устанавливать адекватные соотношения между своими потребностями и совокупностью последовательно развивающихся внешних воздействий.

Другим фактором, относящимся к характеристике роли афферентного синтеза, является то, что он непременно и всегда должен предшествовать принятию решения (dicision making).

Едва ли сейчас надо говорить о том, что момент “принятия решения” является физиологическим “рубиконом” в формировании поведенческого акта.

Как уже говорилось, афферентный синтез призван решить наиболее общие вопросы поведения: что делать, как делать и когда делать? Если вдуматься в эти три вопроса, связанные с принятием решения, то станет очевидным, что каждый из этих вопросов представляет собой фактор выбора, т.е. исключения избыточных степеней свободы, являющихся неизбежным следствием анатомической и физиологической композиции организма.

В самом деле, попытаемся проанализировать, какой смысл вложен в решение вопроса: что делать? В силу особенностей расположения и иннервации отдельных, часто весьма дробных мышечных образований организм животных так сконструирован, что практически в каждый данный момент потенциально он может совершить миллионы возможных движений и, следовательно, миллионы моторных актов. Иллюстративно говоря, человек может указать пальцем на какой-то предмет, он может встать со стула, он может повернуть голову к окну и т.д. и т.п. Ясно, что таких индивидуализированных моторных актов он может произвести миллионы. Однако в данной ситуации, например, человек протягивает руку именно к карандашу и берет его.

Возникает естественный вопрос: на каком физиологическом основании к периферическим органам, т.е. к мышечным аппаратам, вышли возбуждения именно для этого моторного акта, а все остальные миллионы степеней свободы были исключены?

С другой стороны, тот же карандаш в ряду последовательных поведенческих актов данного человека должен быть взят именно в тот момент, когда он является следствием завершенного афферентного синтеза, переходящего в “принятие решения” — “взять карандаш”. Если бы карандаш был взят значительно позднее того момента, когда должен был быть совершен акт письма, он не привел бы к положительному приспособительному эффекту. Следовательно, вопрос “когда”? также должен решаться адекватно в результате афферентного синтеза, т.е. в результате сопоставления и соподчинения всех действующих в данный момент афферентных сигналов из внешнего мира поставленной цели к действию. Совершенно очевидно, что это ограничение потенциальных степеней свободы и выбор вполне определенного по значению и по времени поведенческого акта является результатом учета основных потребностей организма на данный момент, допустимость или недопустимость осуществления этой потребности в данных условиях и т.д.

Из всех этих соображений следует, что с чисто нейрофизиологической точки зрения проблема формирования афферентного синтеза исключительно сложна и потому мы должны упорядочить обсуждение конкретного материала этой решающей стадии по следующим направлениям:

А. Состав афферентного синтеза и его тонкие нейрофизиологические и нейрохимические механизмы.

Б. Общая нейродинамика его осуществления.

Все, что говорилось выше, показало, что из всех узловых механизмов поведенческого акта наиболее ответственным и наиболее широким по охвату специфических свойств целого мозга является афферентный синтез. Именно отсюда же происходит и его значимость для поведения вообще, и его крайняя ранимость по отношению ко всякого рода воздействиям на организм. Мне думается, что именно эти характерные свойства афферентного синтеза заставили И.П.Павлова уже очень давно подчеркнуть, что афферентная сторона в деятельности центральной нервной системы является “так сказать, творческой”, в то время как за эфферентной функцией он признавал только “техническую” роль.

Это определение весьма красочно и в то же время наиболее адекватно отражает роль стадии афферентного синтеза. Как мы уже говорили, она неизбежно заканчивается “принятием решения”, но это и есть, в сущности, “творческий акт”, поскольку на основании тысяч разнородных информаций принимается решение о выборе одного акта из миллионов возможных!

Бросается в глаза многообразие тех афферентных информаций, которые непременно должны быть обработаны, собраны и сопоставлены с прошлым опытом, прежде чем произойдет то критическое событие, которое получило выразительное название “принятия решения” (Бишоп, 1963; Т.Буллок, 1959).

Мы можем высказать, как нам кажется, вполне достоверное положение, что ни одно “принятие решения”, насколько бы приспособительный акт ни был элементарным, не может произойти без предварительного афферентного синтеза. Вот почему определение его состава и анализ тончайших нейрофизиологических механизмов является самой актуальной задачей нейрофизиологии высшей нервной деятельности и учения о поведении и кибернетике.

Все это должно составить материальную основу для совместного разрешения пограничных проблем нейрофизиологии, высшей нервной деятельности и психологии (И.П.Павлов, И.С.Берита-швили, А.Н.Леонтьев, А.Р.Лурия и др.).

А. СОСТАВ СТАДИИ АФФЕРЕНТНОГО СИНТЕЗА

Каков же состав афферентного синтеза по качеству и количеству всех информаций, обработка которых должна повести к “принятию решения”?

Физиологический анализ методом условных рефлексов показывает, что в его состав входят следующие качественно различные компоненты:

а) доминирующая мотивация,

б) обстановочная афферентация,

в) пусковая афферентация,

г) память.

Только всесторонний объективный анализ всех составных компонентов стадии афферентного синтеза и их интегральных взаимодействий поможет нам понять, каким образом разнородные формы информации, имеющие различные по сложности структуры и качественно различное значение для организма, могут иногда в высшей степени быстро интегрироваться, сопоставляться друг с другом, оценить сложившуюся в данный момент ситуацию и принять именно то решение, которое является наиболее адекватным для всей ситуации в целом. Ниже и будет более подробно разобрана физиологическая роль перечисленных выше составных компонентов афферентного синтеза.

а) Доминирующая мотивация

Состояние доминирующей мотивации может быть создано или на основе исходных гормональных и метаболических превращений организма, или на основе прежней последовательности в поведенческих актах. Примером первого типа мотиваций может служить чувство голода, примером второго типа мотиваций может служить, например, стремление поступить в высшее учебное заведение, коллекционировать какие-либо предметы и другие, “основные влечения”, по Павлову. И та и другая мотивации, являясь доминантными, обладают способностью обрабатывать поступающую в мозг информацию в соответствии со своим энергетическим потенциалом. Конечно, второй вид мотивации для своего формирования требует более длительного собирания и обработки огромного количества информации, часто получавшейся на протяжении большого периода времени, однако принципиальные архитектурные черты этой стадии для того или другого случая одинаковы. Какие физиологические механизмы начинают и реализуют в коре больших полушарий доминирующую мотивацию? Специальные электрофизиологические эксперименты, проведенные в нашей лаборатории К.В.Судаковым и другими сотрудниками на голодающих животных, показали, что мотивация, т.е. господствующее в данный момент состояние, весьма интересно действует на кору головного мозга. Восходящие возбуждения биологически различных мотиваций избирательно мобилизуют в коре головного мозга именно те синаптические организации, которые в процессе прошлого жизненного опыта животного или человека были связаны с удовлетворением такого же состояния. Благодаря такому избирательному распространению возбуждений по коре больших полушарий создаются энергетические условия для занятия превалирующего в функциональном отношении положения теми корковыми ассоциациями, которые в прошлом способствовали возникновению и удовлетворению имеющейся в данный момент потребности.

В сущности, этот факт усиленного возбуждения через синапсы корковых клеток, принадлежащих определенной биологической деятельности, и составляет основу для исключения той избыточной информации, которая в каждый данный момент в огромном количестве поступает в ц.н.с., т.е. главным образом в кору головного мозга.

Информация начинает подбираться и как бы “взвешиваться” на весах этого господствующего или доминирующего мотивационного состояния, своеобразно представленного почти на каждом корковом нейроне.

Легко видеть, что уже одно наличие доминирующей мотивации значительно облегчает организму “принятие решения”. Сразу же на уровне первых синаптических организаций подкорки происходит “оттеснение” с помощью тормозного процесса всей той информации, которая не имеет конструктивной функциональной связи ни в прошлом опыте, ни в наличной ситуации с той мотивацией, которая занимает в данный момент организм (рис. 2).

Перед нами встал естественный вопрос: какими средствами каждая мотивация, имеющая определенную биологическую модальность, может осуществить свое столь избирательное влияние на синаптические организации коркового уровня? Применив метод аппликации и внутривенной инъекции различных нейро-фармакологических и нейрохимических средств, мы раскрыли весьма интересные интимные механизмы той избирательности, с помощью которой различные восходящие влияния оккупируют корковый уровень нервной организации. Оказалось, что различные биологические модальности восходящих возбуждений оперируют синапсами различной нейрохимической природы, что и составляет, вероятно, инструмент первичного избирательного распространения возбуждений по коре больших полушарий. Мы были удивлены разнообразием и спецификой тех механизмов, с помощью которых осуществляется избирательное воздействие на кору больших полушарий со стороны подкорковых восходящих возбуждений.

Так, например, кошка, голодавшая всего один-два дня, имеет заметную десинхронизацию корковой электрической активности по преимуществу передних отделов коры головного мозга.

Рис. 2. Схематическое изображение конвергентных взаимодействий различных восходящих возбуждений на корковом нейроне.

На схеме показано, что превалирующая мотивация (МП), приходящая в кору головного мозга, занимает превалирующее положение по отношению ко всем другим мотивациям, лишенным актуального значения для данного момента (М|). Внешние раздражения (ВР) подразделяются по отношению к этой доминирующей мотивации в том, что одни из них вступают в контакт с доминирующей мотивацией (ВР}), другие же не имеют отношения к этой мотивации и потому не вступают в связь с ней в аксоплазме нервной клетки.

В это же время остальные области коры находятся в состоянии обычной характерной для сна медленной фоновой активности (рис. 3, А). Контрольными экспериментами (коагуляция, поляризация и т.д.) было установлено, что источником этой восходящей активации является гипоталамус (К.В.Судаков). Однако после пяти дней голодания картина радикально меняется: теперь уже вся кора больших полушарий оказывается в состоянии десинхронизации (рис. 3, Б).

Казалось бы, естественным думать, что эта генерализованная десинхронизация является результатом широкой иррадиации по коре мозга возбуждений той же пищевой биологической модальности и распространяется из того же подкоркового источника, т.е. из гипоталамуса. Однако оказалось, что это не так, хотя сама десинхронизация по своему внешнему выражению и остается одинаковой. Прямые исследования показали различную нейрохимическую природу подкорковых и корковых синаптических организаций, включенных в формирование этих двух активаций. Зная на основе прежних наших исследований (А.И.Шумилина, В.Гавличек), что аминазин блокирует на подкорковом уровне болевую активацию, мы решили применить его в той стадии голодания кошки, когда локальная активация передних отделов мозга перерастает в генерализованную активацию всей коры мозга. Результат оказался весьма демонстративным. Хлор-промазин полностью снял активацию пятидневного голодания,

Рис. 3. Сопоставление односуточного и четырехсуточного голодания кошки (А, Б).

Видно, что при односуточном голодании активация возникает только в лобных отделах коры мозга (А), при четырехсуточном голодании активация становится генерализованной по всей коре головного мозга (Б). Применение в этих условиях аминазина снимает десинхронизацию в задних отделах коры больших полушарий, но оставляет се по-прежнему в передних отделах мозга (В). Обозначения: ЛП — лобная правая, АЛ — лобная левая, СМП — сенсомоторная правая, СМЛ — сенсомоторная левая, ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая,

ЗЛ —затылочная левая.

т.е. в задних отделах коры мозга, но оставил нетронутой локальную активацию в передних отделах мозга, т.е. первичную активацию, возникающую в начале голодания (рис. 3,В).

Кроме того, прямое наложение амизила (М-холинолитика) на область первичной активации показало, что эта активация осуществляется с помощью холинергических механизмов (А.Ту-ренко, 1965).

После этих экспериментов стало ясно, что начальные стадии голодания формируются преимущественно мобилизацией холи-нергических механизмов коры и подкорки, в то время как при многодневном голодании активирующая деятельность, т.е. формирование мотивированного поведения, начинает осуществляться по преимуществу адренергическими механизмами.

Интересно, что микроэлектродные исследования с нанесением различных фармакологических средств на поверхность коры больших полушарий показали, что даже одна и та же клетка коры больших полушарий может получать восходящие влияния в виде конвергенции от различных биологических мотиваций: от пищевой и от оборонительной (Ю.Фадеев, 1965; А.Котов, 1965). Какая замечательная способность мозга оперировать динамически, включая все то, что в той или иной степени адекватно наличной мотивации, и исключая всю ту информацию, которая ей неадекватна!

Возникает вопрос: с помощью каких конкретных механизмов реализуется эта замечательная способность корковой клетки принимать и классифицировать огромное количество конвергирующих возбуждений, различных по происхождению и по нейрохимическим характеристикам? Как мы видели, узловым механизмом этой избирательной мобилизации корковых элементов в соответствии с господствующей мотивацией является широкая конвергенция возбуждений на нейроне.

Чтобы ближе подойти к этому важному механизму, мы разработали специальный прием исследования. Замысел этих исследований был таков: если с одного и того же пункта коры мозга снимать электрические вызванные ответы, то мы, несомненно, будем иметь дело с каким-то количеством клеток, принимающих на себя различные возбуждения. Эти различия могут состоять как в сенсорной модальности (Юнг, Фессар и др.), так и в биологической модальности (П.К.Анохин,

Ю.А.Фадеев, 1965). Из конструкции экспериментов следует, что мы получили возможность сопоставить между собой как вызванные потенциалы, так и клеточные разряды, возникающие в одном и том же пункте в ответ на раздражения различного качества и различного происхождения. Кроме того, замысел состоял в том, что именно в этих условиях мы должны были апплици-ровать на поверхности коры в пункте отведения различные фармакологические средства.

Сопоставляя теперь влияние этих средств на различные компоненты вызванного потенциала и на разряды нервных клеток, мы могли, следовательно, сделать вывод о химической специфике синаптических образований и в особенности — субсинаптичес-ких мембран.

Рис. 4. Общая схема расположения раздражающих и отводящих электродов при отведении потенциалов различного происхождения (см. в тексте).

Обозначения : ОЭ — отводящий электрод, РЭ — раздражающий электрод. Черная линия под отводящим электродом соответствует наложению бумажки, смоченной фармакологическим веществом, концентрические круги обозначают предположительное распространение вещества.

Например, с одного и того же пункта коры мы отводили одновременно вызванные потенциалы нескольких типов:

трансколлазального происхождения, от седалищного нерва и от других областей мозга и организма (рис. 4). Обычно потенциалы были характерны для каждого отдельного источника. Наложение различных фармакологических средств на пункт отведения различных вызванных потенциалов и разрядов клеток дало возможность выяснить, что, независимо от одного и того же электрического знака компонентов вызванного потенциала, они менялись по-разному при различных аппликациях. Внимательное изучение этих изменений показало, что они связаны только лишь с химическими особенностями апплицированного вещества, а не с электрической характеристикой компонентов вызванного потенциала.

Выявилось огромное различие в химической чувствительности по внешнему виду одинаковых отрицательных компонентов вызванного потенциала, но возникших на основе возбуждений, пришедших из различных районов тела и нервной системы

(Л.Чуппина, 1965).

Таким образом, заключая оценку мотивации, как фактора, способствующего ускорению афферентного синтеза, благодаря сопоставлению поступающей в мозг информации и быстрому освобождению мозга от избыточной информации, мы можем сказать, что аппараты и механизмы, которые способствуют этому процессу, имеют всеобъемлющее значение. Они относятся как к архитектурным особенностям нервной системы, так и к ее различиям в тонких метаболических процессах, что и определяет собой тонкую избирательную чувствительность корковых синапсов к приходу различных восходящих возбуждений. Благодаря этим свойствам при конвергенции многих возбуждений на нейроне сразу же отметается от активного участия в интегративной деятельности вся та информация, которая не является значимой для данной мотивирующей доминанты (см. рис. 1).

Несомненно, на этом исследовательском пути, который только еще наметился в нашей лаборатории, можно получить бесконечное количество интереснейших результатов, относящихся к характеристике места и роли мотивационных возбуждений в осуществлении афферентного синтеза.

б) Обстановочная афферентация

Под обстановочной афферентацией мы понимаем совокупность всех тех внешних воздействий на организм от данной обстановки, которые вместе с исходной мотивацией наиболее полно информируют организм о выборе того действия, которое более всего соответствует наличной в данной момент мотивации. Физиологическая роль и поведенческий смысл обстановочной афферентации состоит в том, что она прежде всего, благодаря свойственному ей относительному постоянству действия, создает

в центральной нервной системе весьма разветвленную и интегрированную систему возбуждений, своего рода нервную модель обстановки. Оставаясь длительное время подпороговыми, эти системы от применения “пускового стимула” (см. ниже) могут перейти из скрытого состояния в явное, т.е. сформировать поведенческий акт, интегрирующий интересы мотивации и возможности обстановки.

Значение обстановки как особого типа афферентной информации особенно отчетливо проявляется в классическом эксперименте по условным рефлексам. Здесь животное, находясь много раз в обычной для него обстановке эксперимента, фактически оказывается полностью подготовленным к секреторной реакции, т.е. имеет все центральные процессы для осуществления ее. Однако по нашему опыту мы знаем, что условной секреторной реакции у животного в промежутках между раздражениями не бывает до тех пор, пока не будет введен условный стимул. Таким образом, в момент, когда животное спокойно сидит в станке в промежутке между применениями отдельных условных раздражителей, в его нервной системе имеется комплекс разнородных организованных ранее возбуждений, который мы в свое время назвали “предпусковой интеграцией” (П.К.Анохин, 1949). Применение же условного стимула выводит эту интеграцию из подпорогового состояния и формирует активный поведенческий акт. Какие же факторы устанавливают такую гармонию между процессами, определяющими “что делать”, и процессами — “как делать?”.

Специальные опыты А.И.Шумилиной, проведенные в нашей лаборатории, показали, что действительно в моменты покоя животного между применениями условных раздражителей происходит сложное уравновешивание обстановочных и пусковых возбуждений, создающих строгое распределение во времени отдельных фрагментов поведенческого акта (стояние в станке, побежки к кормушке и условносекреторная реакция в ответ на пусковой стимул).

Как известно, удаление лобных отделов коры мозга приводило животное к такой форме реакций, которая свидетельствовала о нарушении различия между обстановочными и пусковыми стимулами: животное уже теперь не сидело спокойно в станке, а попеременно бегало то к одной, то к другой кормушке, явно потеряв правильный распорядок между этими двумя формами афферентных сигнализаций.

В прежнее время имело место заметное преувеличение роли условного раздражителя в условном рефлексе. Считалось само собой разумеющимся, что условный раздражитель является абсолютным и единственным поводом к возникновению условной секреции. Теперь, с раскрытием закономерности динамического стереотипа (И.Павлов), становится все более и более ясным, что видимая условная реакция является результатом обширного афферентного синтеза, в который включаются в различной последовательности как внутренние, так и внешние факторы. Из сопоставления и разбора предыдущих компонентов вытекает и роль третьего компонента афферентного синтеза, именно пусковой афферентации.

в) Пусковая афферентация

Характерной чертой пускового стимула является то, что он точно приурочивает к определенному моменту переход того интегрированного нервного образования, которое уже сложилось в мозгу до пускового стимула на основе мотивационных и обстановочных афферентаций.

Если доминирующая мотивация определяет собой, что именно должен делать организм, а обстановочная афферентация определяет, как он должен делать в данной ситуации, то пусковой стимул определяет третий важный параметр поведенческого акта: когда надо делать то, что подсказано и мотивацией, и обстановкой. Какими конкретными физиологическими механизмами пусковой стимул переводит “скрытую” интеграцию поведенческого акта в видимую, реализованную форму? Где локализовано это сближение возбуждений от пускового стимула с подпорого-вой моделью возбуждений, созданных мотивацией и обстановкой, — все это вопросы, которые должны неизбежно стать предметом исследовательской работы, поскольку сам процесс афферентного синтеза стал очевидной решающей стадией в формировании поведенческого акта.

Казалось бы, что афферентный синтез мог бы быть полностью обеспечен разобранными выше компонентами и вся структура поведенческого акта могла бы быть введена в действие. Однако практически ни один поведенческий акт не может быть сформирован, если из памяти организма, т.е. из его прошлого опыта, не будут извлечены все те молекулярные следы, условнорефлекторные связи и ассоциации, которые накапливались на протяжении всей предыдущей жизни организма, в аналогичных или близких ситуациях.

Именно потому, что из памяти во время афферентного синтеза непрерывно извлекается все то, что соответствует мотивации и обстановке, мы и посвятим ей специальный раздел.

г) Память, как компонент афферентного синтеза

Едва ли было бы разумным развивать в связи с проблемой афферентного синтеза все те представления о природе памяти, которые были развиты в последние годы (Hyden, McConell, Gaito и др.)- Сейчас нам важны механизмы памяти только в той мере, в какой они обогащают возможности афферентного синтеза и принятие решения к совершению одного из миллионов возможных поведенческих актов. В последние годы, основываясь на данных нейрохимического исследования (см. выше), мы построили рабочую гипотезу о так называемом конвергентном замыкании условного рефлекса. Ядром этой гипотезы является процесс субсинаптической мембраны, который, по-видимому, и является тем отправным пунктом, на основе которого извлекаются из молекул нервной клетки элементы фиксированного в прошлом жизненного опыта.

Как известно, вся проблема памяти состоит из момента запоминания пережитого данной физиологической системой и момента извлечения этого фиксированного жизненного опыта, т.е. воспоминания.

Если в настоящее время мы в какой-то степени и можем составить себе представление, хотя бы и гипотетическое, о процессе фиксации пережитого опыта, то, по сути дела, мы ничего не можем сказать о том, как формируется воспоминание, т.е. по каким механизмам происходит извлечение фиксированного опыта именно в тот момент и в той мере, в какой он способствует принятию решения, являющегося наиболее адекватным для данной ситуации.

Исходя из представлений о молекулярной фиксации пережитого опыта, мы можем представить себе, что цепи химических реакций, возникающие на субсинаптической мембране, продолжаются и в аксоплазму. Здесь они должны обладать высокой ферментативной специфичностью. Нам кажется, что именно по этой ферментативной цепочке, начинающейся от субсинаптической мембраны, впечатления прошлого могут “вытягиваться” в точном соответствии с потребностями афферентного синтеза в данный момент. Только химическая специфика ферментативных процессов может объяснить нам ту скорость, точность и своевременность воспроизведения, которая является характерной для часто неосознанных извлечений из памяти в процессе формирования поведенческого акта (рис. 5).

Мы считаем вполне разумным допустить, что на каком-то этапе этих процессов между субсинаптической мембраной и генератором аксонных разрядов клетки в процесс могут включаться и нуклеиновые кислоты (Hyden).

Рис. 5> Схематическое изображение двух синапсов на мембране одной и той же клетки с различными субсинаптичес-кими мембранами (СМ). Окончания приходящих аксонов образуют концевые колбы, заполненные везикулами и окруженные пресинаптической мембраной (ПМ). Точками показана область аксо-плазмы данного нейрона, а различными стрелками показаны начинающиеся от субсинаптической мембраны цепи специфических ферментативных процессов (ФП1, ФПИ). Объяснения см. в тексте.

Надо представить себе на минутку все динамическое многообразие процессов, описанных выше, чтобы понять, насколько грандиозным является объем процессов, вовлеченных в этот синтез. Как мы видели, в него входят не только проблемы соотношения различных типов афферентных воздействий на нервную систему, но и глубинные процессы формирования наших влечений и мотиваций, и даже процессы памяти, которые сами по себе являются необъятной проблемой. Мы должны лишь не забывать, что память и извлечение из памяти могут бытъ нам интересными только в том смысле, что они помогают в каждый данный момент построить целесообразное поведение.

Б. ОБЩАЯ ДИНАМИКА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АФФЕРЕНТНОГО СИНТЕЗА

Сложность афферентного синтеза состоит не только в том, что он содержит огромное количество процессов и компонентов, но еще и в том, как эти компоненты взаимодействуют между собой. Все они в полном смысле этого слова производят непрерывную “примерку” одного процесса к другим до тех пор, пока не сформируется решение и не сложится афферентная модель ожидаемых результатов. Иначе говоря, на первый план выступает проблема нейродинамики взаимодействий между многочисленными процессами афферентного синтеза и, что особенно важно, активная “подгонка” этих процессов к моменту принятия решения. Всю эту работу мозга выполняют два важнейших фактора, способствующих облегчению взаимодействий между даже весьма удаленными нервными элементами мозга. Эти факторы следующие: ориентировочно-исследовательская реакция и центробежное активирующее и тормозящее влияние как на промежуточные этапы, так и на чувствительность периферических рецепторных аппаратов (Р.М.Мещерский, 1966).

Первый из этих факторов состоит в том, что восходящее активирующее влияние на кору больших полушарий от гипоталамуса и ретикулярной формации фактически не устраняется на протяжении всего процесса афферентного синтеза. Следовательно, корковые нейроны приобретают состояние, значительно облегчающее “нащупывание” благоприятных связей между различными, адекватными для данной мотивации синаптическими организациями. Фактически та избирательная мобилизация корковых синаптических связей, о которой мы говорили в разделе мотивации, оказывается в условиях ориентировочно-исследова-тельской реакции значительно более обширной, и, следовательно, вероятность принятия правильного решения становится максимальной.

Афферентный синтез является взаимодействием разобранных выше его компонентов, но взаимодействием, происходящим на высоком уровне энергетической активности коры мозга, поддерживаемой гипоталамусом и ретикулярной формацией в форме непрерывной реверберации.

Как показали работы Эрнандес Пеона и Левинстона, процесс активирования периферических рецепторов также благоприятствует осуществлению оценки внешней информации. По работам Гранита, Линд ели и других, центробежное влияние на рецептор приводит к тому, что порог их чувствительности снижается, а восходящая активация способствует тому, что коэффициент дискриминации раздражений, приходящих в кору мозга, также значительно увеличивается.

Эта общая характеристика нейродинамических ситуаций, складывающихся во время афферентного синтеза, совершенно полно определяет роль ориентировочно-исследовательской реакции и центробежной активации рецепторов в процессе афферентного синтеза. Однако для объяснения несомненно остается еще огромное количество вопросов.

Так, например, восходящая активация, сопутствующая ориентировочно-исследовательской реакции, несомненно способствует извлечению элементов прошлого опыта из кладовых памяти. Но как она это делает? Какие тонкие молекулярные процессы разыгрываются на подступах к этим кладовым?

Мы имеем, правда, основание думать, что субсинаптические мембраны, через которые возбуждение ориентировочной реакции поступает в нервную клетку, имеют свои особенности, химическую специфику. Может быть, эта специфика и состоит в том, что процесс, начинающийся на субсинаптической мембране, приводит к ускорению всякого рода ферментативных реакций в аксоплазме нервной клетки? Может быть, эта новая химическая ситуация на мембране нервной клетки и в аксоплазме клетки и представляет собой ту благоприятную ситуацию, которая способствует наиболее быстрому и наиболее правильному с вероятностной точки зрения контакту между различными типами информации (см. рис. 5).

Все это пока еще далеко идущие гипотезы. Однако гипотезы, уже не столь невероятные, как это могло бы показаться, например, десять лет тому назад, т.е. до периода весьма быстрого расширения наших знаний по нейродинамике и нейрохимии синаптических процессов.

Афферентный синтез неизбежно приводит к принятию решения, т.е. к выбору вполне определенной деятельности из миллионов возможных. Ясно, что этот процесс выбора знаменует собой начало избирательного распространения возбуждений по эфферентной части нервной системы. Как осуществляется это принятие решения и выбор адекватной деятельности — это составляет один из самых интригующих вопросов для нейрофизиологии поведения.

Несомненно одно, что в процессе осуществления афферентного синтеза непременно должен наступить момент, когда по каким-то признакам мозг определяет, что афферентный синтез должен быть закончен и должно быть принято соответствующее решение. Можно думать, что определение этого момента происходит благодаря широчайшей конвергенции возбуждений на корковых нейронах и всестороннему сопоставлению на их поверхности афферентных возбуждений различного происхождения.

Можно согласиться с Бишопом, что в момент принятия решения все процессы мозга должны быть как-то особенно сконденсированы во времени и пространстве (Бишоп, 1963). Точно так же утверждает и Т. Буллок, который в одной из своих работ уделил специальное внимание проблеме принятия решения

(Буллок, 1959).

Как и где происходит этот наиболее интегрированный процесс формирования поведенческого акта? Ответа на эти вопросы мы пока не имеем, да и сами эти вопросы поставлены только в последние годы, причем в значительной степени под влиянием кибернетики. Однако уже сам факт, что вопрос поставлен в четкой форме, представляет собой огромное достижение в изучении интегративной деятельности головного мозга.

Опыты А.И.Шумилиной с удалением лобных отделов мозга в какой-то степени подсказывают мысль, что наиболее интегрированным и экономным процессом при осуществлении выбора является процесс, формируемый лобными отделами коры головного мозга, в которых в какой-то форме должны быть представлены результаты афферентного синтеза.

Значительно более определенно мы можем сказать относительно формирования весьма важной стадии, которая завершается построением модели афферентных элементов, в целом составляющих наиболее важные параметры будущих результатов действия. Как показывает анализ поведенческих реакций и любой физиологической регуляции, этот аппарат, названный нами акцептором действия, т.е. воспринимающим информацию

о результатах действия, является важнейшим образованием, которое упорядочивает и коррегирует недостаточность поведенческих актов животных и человека.

Прямые наблюдения за обычной условной пищевой реакцией в случае внезапной подмены хлеба мясом дали возможность вскрыть, что условный раздражитель в совокупности с остальными компонентами афферентного синтеза действительно формирует афферентную модель, которая по своему составу весьма точно отражает характерные признаки будущего подкрепления. Именно поэтому внезапная подмена хлеба, для которого уже заготовлена афферентная модель, другим пищевым веществом — мясом создает своеобразное “рассогласование” между заранее сформированными признаками результата (подкрепление хлебом) и реальной совокупностью афферентных признаков от подкрепления мясом (Анохин П. и Стреж К., 1933).

Подобные эксперименты с экстренной подменой или устранением подкрепляющих факторов в других формах эксперимента, например в условиях самораздражения, по Олдсу, неизменно показывают один и тот же результат. В этом последнем случае новая совокупность афферентных признаков от нового результата (выключение раздражающего тока) оказывается неадекватной для уже ранее сформировавшейся модели аппарата предсказания, подсказанной афферентным синтезом.

Для понимания функций аппарата акцептора действия важно помнить, что механизм его формирования является универсальным. Он имеет место в нервной системе всюду там, где сложившаяся функциональная система обеспечивает выход на периферию командных процессов и происходит получение какого-либо приспособительного эффекта. В этом смысле даже такой автоматизированный акт, каким является дыхательный акт, формируется с несомненным участием акцептора действия, хотя физиологическая архитектура здесь, конечно, своеобразная.

Так, например, было установлено, что, прежде чем на периферии осуществится команда дыхательного центра о взятии четырехсот кубиков воздуха (1,5 — 2,0"), формируется афферентный аппарат, задачей которого является последующий прием информации от легкого о том, взято ли действительно четыреста кубиков, или команда выполнена неточно (рис. 6).

Рис. 6. Синтетическая схема, представляющая все узловые механизмы функциональной системы применительно к дыхательному акту.

На рисунке представлены афферентный синтез, принятие решения и выход эфферентных возбуждений к диафрагме. В центре коллатеральных механизмов представлен механизм длительно задержанного возбуждения, к которому адресуется обратная афферентация от альвеол легкого. Эта система отношений может служить универсальной моделью для формирования акцептора действия.

Эти представления были подтверждены в нашей лаборатории с помощью специального электронного устройства (В.А.Полян-цев, 1963). Импульсации диафрагмального нерва преобразовывались в электронном устройстве и направлялись к прибору искусственного дыхания, а этот прибор вводил в легкое воздуха ровно столько, сколько должны были дать импульсации, направляющиеся от дыхательного центра к диафрагме.

Такие приспособления способствовали созданию модели самоуправляемого дыхания, благодаря которому легкое с помощью прибора искусственного дыхания всегда получало воздуха столько, сколько этого требовалось по условиям афферентного синтеза, т.е. при учете всех важнейших факторов дыхания (рис. 7) — наличия С0₂ и 0₂, периферической хеморецептор ной афферентации и т.д.

Изменяя в электронном устройстве передачу информаций на дыхательный аппарат, мы могли в любой момент ввести в легкое столько воздуха, сколько это было необходимо по соображениям эксперимента, а не по тому, сколько это нужно было организму.

1 ак, например, вместо трехсот кубиков, которые были закодированы в импульсациях дыхательного центра, в эксперименте было введено в легкое всего лишь 100 кубиков. Альвеолярные рецепторы легкого в этих условиях могли сигнализировать в дыхательный центр информацию, эквивалентную взятию легкими ста кубиков воздуха. Итак, в результате приведенных выше экспериментов в дыхательном центре создаются условия явного несовпадения между тем, что было подсказано командой, и тем результатом, который получен в действительности. Налицо рассогласование, которое и служит стимулом для формирования нового компенсаторного действия, в результате чего при следующем вдохе происходит взятие легкими значительно большего количества воздуха.

В этом и подобных экспериментах нами много раз было показано, что всякому принятию решения к получению каких-то результатов неизбежно сопутствует формирование акцептора действия, который по своей физиологической сути есть разветвленная система нервных процессов в афферентной части мозга, отражающая все существенные признаки (параметры) будущих результатов.

Рис. 7. Схема вмешательства с помо щью электронного преобразователя им-пульсов (ЭПИ) и дыхательного аппарата (ДА) в работу легкого.

Объяснения см. в тексте.

Я не могу вдаваться сейчас во все подробности формирования и состава этого аппарата. Несомненно, в его состав входят не только афферентные признаки конечных результатов, которые отражают цель данного поведенческого акта, но и все те промежуточные этапы в совершении поведенческого акта, которые лежат, так сказать, по дороге к достижению цели.

И здесь также каждое несоответствие какого-либо промежуточного результата и его обратной афферентации с уже сформировавшимся акцептором действия ведет к исправлению этой неточности или ошибки. Фактически именно этот механизм делает наши действия и все поведение в целом гармоничным и целесообразным.

В последние годы, воспользовавшись особенной простотой и моделируемостью дыхательной функции, мы попытались с помощью микроэлектродного метода охарактеризовать те процессы дыхательного центра, которые способствуют образованию аппарата предсказания предстоящих результатов действия. Из сопоставления деятельности отдельных нейронов дыхательного центра можно вывести пока еще лишь предварительное соображение о том, каким образом формируется акцептор действия.

Несомненно то, что в тот момент, когда формируется “принятие решения” и оно начинает реализоваться, на эфферентных коллатеральных путях аксона происходит ответвление эфферентных возбуждений, составляющих в целом своеобразную “копию команды” к действию.

Этот комплекс коллатеральных эфферентных возбуждений в контакте с некоторыми процессами афферентного синтеза и составляет первоначальное ядро акцептора действия.

Это ядро должно находиться в непрерывном возбуждении до тех пор, пока с периферии поступят сигналы о получении результатов.

Конкретные микрофизиологические исследования показывают, что в дыхательном центре имеются весьма разнообразные типы клеток, и некоторые из них по своей деятельности вполне соответствуют этой логике процесса.

Эти исследования дают основание сказать, что в настоящее время проблема предсказания результатов может быть поставлена на уровень точнейших нейрофизиологических исследований.

Мне кажется, что конкретным нервным субстратом, с помощью которого осуществляется передача в акцептор действия, ^копии команды”, являются многочисленные аксонные коллате-рали, особенно у корковых нейронов.

Хотя образование акцептора действия и представляет собой узловой механизм поведенческого акта, однако он является не единственным механизмом, формирующим закрытый циклический процесс в конце поведенческого акта. Одним из самых принципиальных вопросов построения универсальной модели поведенческого акта является получение полезных результатов, которые по своим параметрам должны удовлетворять как афферентный синтез, так и принятое решение.

Пожалуй, одним из самых драматических моментов в истории изучения мозга, как интегративного образования, является фиксация внимания на самом действии, а не на его результатах.

Так, например, мы говорим: “чесательный рефлекс”, “хватательный рефлекс”, “мигательный рефлекс” и т.д. Что отражено в этих выражениях? В них, как правило, отражено только рефлекторное действие и даже нет намека на результаты. Термин “чесательный рефлекс” означает только, что произошло чесание, но он совершенно не отражает, какие результаты были получены вслед за этим чесанием. Точно так же “хватательный рефлекс” отражает только то, что произошло хватание, но какие результаты получил организм от этого, остается не отраженным. Можно перебрать всю терминологию, созданную рефлекторной теорией, и можно убедиться, что результаты действия были полностью исключены из привычного мышления физиолога.

Конечно, этот факт составляет огромный дефект самой методологии изучения интегративной деятельности целого мозга, если принять во внимание, что именно результаты действия являются тем, что составляет конечную цель в последовательно развивающемся поведении животных и человека.

Для мышления, в течение многих лет останавливавшегося перед этой преградой, не так просто сделать результат действия полноправным звеном в развитии рефлекторного акта. Именно поэтому еще и до сих пор есть много исследователей, которые ограничиваются представлением о рефлекторной дуге. Однако в этом случае, естественно, исключается и механизм афферентного синтеза, и аппарат предсказания результатов (акцептор действия), поскольку в рефлекторной дуге все течение нервных процессов имеет линейный характер.

Здесь было бы очень уместным отметить, что этот дефект отрыва действия от результатов является дефектом не только рефлекторной теории, он распространен гораздо шире, и проникает даже в философию.

Так, например, Bunge в своей весьме интересной монографии “Causality, the place of the causal principle in modern science” (Harvard University Press, Cambridge, Massachusets, 1959) пишет: “Смешение причины с основанием и смешение действия с результатом распространено, кроме того, и в нашей собственной речи”.

В этом и лежит причина того, что концепция о “рефлекторной дуге исторически выросла на действии и именно поэтому оставалась “открытой”, поскольку закрыть ее могло лишь только представление о результатах действия и представление об информации мозга о этих результатах, т.е. об обратной афферентации.

На протяжении всего исследовательского процесса “результаты действия” подразумеваются как нечто само собой разумеющееся, но это “нечто” не нашло себе места в органической непрерывности поведенческого акта. Естественно, что отсутствие в поле зрения результатов действия повело за собой исключение из внимания исследователя и механизма оценки результатов действия, т.е. обратную афферентацию.

Используя приведенные выше примеры рефлексов, мы можем сказать, что результатом “хватательного рефлекса” будет не само хватание, как действие, а та совокупность афферентных раздражений, которая соответствует признакам “схваченного” предмета (результат действия). Движение этих возбуждений в сторону мозга и создает конечный этап — сопоставление этих афферентных возбуждений в акцепторе действия. Для карандаша, например, это будет совокупность характеризующих его признаков (граненность, вес, температура и т.д.).

Мне кажется, что именно в этом пункте надо искать причину крайней устойчивости представления о “рефлекторной дуге”, которое на протяжении многих лет фиксировало внимание физиологов на совершившемся действии и непроницаемой ширмой отделяло их от оценки полученных результатов, являющихся органическим следствием действия.

Понятие обратной афферентации закрывает пробел между действием и его центральным эффектом и делает поведенческий акт стройной архитектурой, цельным “блоком”, заканчивающимся оценкой результатов в акцепторе действия.

Здесь будет уместно оговорить одно неправильное выражение, которое часто применяется при анализе поведенческих актов. Некоторые авторы предпочитают вместо предложенного нами термина “обратная афферентация” применять термин “корригирующая афферентация”. Это последнее выражение неправильно по самой своей физиологической сути. Афферентная сигнализация от результатов действия, от их параметров, ничего не может корригировать, поскольку она всегда является пассивным следствием наличия любых, даже неправильных, результатов действия. Обратная афферентация возникает даже в том случае, когда совершена поведенческая ошибка, поскольку она всегда может возникнуть как результат столкновения организма с какими-то факторами среды. И только лишь акцептор действия, содержа в себе все афферентные параметры цели, подсказанной афферентным синтезом, может иметь корригирующее влияние.

Это корригирующее влияние на полученный результат акцептор действия оказывает не прямо, не непосредственно, а возбуждает все активирующие аппараты центральной нервной системы, которые создают более тонкий афферентный синтез и более точную программу действия в виде сопоставления имеющихся уже параметров результата с параметрами, закодированными в обратной афферентации (ориентировочно-исследовательская реакция).

Одним из самых принципиальных вопросов, в оценке обратной афферентации является ее почти постоянная многопарамет-ренность, отражающая многообразие черт самого результата. Так, например, результат действия может состоять в поступлении обратной афферентации через зрительный канал, но она может поступить также и через кожные рецепторы, через звуковые рецепторы и т.д. А это значит, что каждый из параметров результата может быть локализован в своей собственной проекционной зоне и, следовательно, комплекс параметров, характеризующих данный специфический результат, должен быть построен по принципу весьма обширной системы связей, охватывающей всю кору больших полушарий.

Возникает естественный вопрос: каким образом такая обширная система может вступить в связь с акцептором действия, содержащим также афферентные параметры? Из поставленного вопроса следует: если обратная афферентация проецируется в различные зоны коры мозга, часто весьма удаленные друг от друга, то и акцептор действия должен был бы иметь такую же обширную, т.е. дисперсную структурно-физиологическую архитектуру.

Такой вывод логичен, но едва ли мозг в действительности работает по такому принципу. Я склонен думать, что вначале, т.е. в первой стадии поступления в кору мозга, распыленные афферентные возбуждения в дальнейшем на каких-то элементах коры и подкорки собираются в более компактном виде, может быть даже на отдельных нейронах, и уж во всяком случае на каком-то весьма компактном ядерном образовании. Тогда физиологическое противоречие между дисперсией афферентных признаков результата по коре мозга, принятием решения и акцептором действия было бы устранено.

Пожалуй, одним из замечательных моментов функциональной системы поведенческого акта является момент сопоставления того афферентного прогноза результатов, который сконденсирован в акцепторе действия, с теми нервными импульсами, которые приходят к акцептору действия как сигналы о полученных результатах. Этот момент, несомненно, является критическим для формирования актов дальнейшего поведения в непрерывном и последовательном ряду поведенческих актов животного и человека.

В этом сопоставлении акцептор действия выглядит как нечто постоянное и направляющее (модель мотивации), в то время как обратная афферентация результатов может все время меняться в зависимости от степени успешности этих результатов. Эти изменчивые соотношения особенно широко представлены в поведении, формирующемся по типу “проб и ошибок”.

Механизм сопоставления интегрированных признаков будущих результатов с сигналами о реально полученных результатах

награжден еще одним важны дополнением, именно — эмоциональным компонентом удовлетворенности или неудовлетворенности. Ясно, что этот фактор является дополнительным стимулом к поиску новых, более адекватных цели программ афферентного действия. Эта связь процессов рассогласования с эмоциональным характером всей реакции оказывается особенно выраженной в тех случаях, когда рассогласование связано с полным отсутствием обратной афферентации биологически положительного характера, как, например, от акта еды. В этих случаях имеет место рассогласование между акцептором действия, включающим в себя все параметры пищевого вещества, и отсутствием реальных раздражителей от пищевого вещества (вкусового), обонятельного, тактильного и т.д.

Типичным примером такого рассогласования является угаше-ние условной пищевой реакции в обстановке работы по условным рефлексам. Уже первое неподкрепление едой акцептора действия, созданного условным раздражителем, в некоторых случаях вызывает резкую агрессивную реакцию и весьма энергичные попытки достать корм из кормушки (см. Анохин П.К.,

1925).

В сущности, подобного типа поведение формируется также и у человека, если в его жизненной деятельности складывается такая же ситуация. Как мы знаем, у человека такие рассогласования приводят к весьма выраженным отрицательным эмоциональным состояниям. Можно думать, что в процессе эволюции фактор рассогласования между поставленной целью и полученным результатом был связан с возникновением отрицательной эмоции там, где рассогласование создавалось на основе неполучения жизненно важных факторов. Наоборот, если отсутствует обратная афферентация, сигнализирующая о биологически отрицательном действии, то рассогласование ведет к положительным эмоциям.

Можно думать, что такая связь механизмов оценки конечного результата в поведенческих актах с эмоциональным аппаратом является весьма прогрессивным и целесообразным приобретением в широком биологическом плане.

Для оценки этого момента рассогласования и совпадения в акцепторе действия мы должны еще раз указать на огромную роль ориентировочно-исследовательской реакции. Во всех случаях несовпадения акцептора действия с конкретно полученными результатами автоматически включается механизм ориентировочно-исследовательской реакции. Последнее ведет к немедленному расширению и мобилизации афферентных информаций за счет более подчеркнутого анализа окружающей среды.

Этот процесс длительный. Он связан с непрерывной цикру-ляцией в афферентных системах центрально-периферических циклов возбуждений. В результате создается новая программа действия, которая может сформировать на периферии именно те конечные результаты, которые соответствуют сложившемуся уже ранее акцептору действия.

Как мы видели, нейродинамика формирования афферентного синтеза в том и состоит, что на протяжении этой стадии ориентировочно-исследовательская реакция создает два основных условия, обогащающих афферентный синтез все большим и большим количеством афферентной информации.

С одной стороны, это достигается чрезвычайно мощным энергетическим воздействием ретикулярной формации и гипоталамуса на кору больших полушарий. Благодаря этим воздействиям на корковых нейронах создаются все условия облегченного взаимодействия между клеточными элементами коры мозга, расположенными в различных, часто весьма удаленных друг от друга, пунктах коры.

С другой стороны, та же самая ориентировочно-исследовательская реакция способствует центробежным влияниям и на периферические рецепторы. Это последнее действие приводит к тому, что порог чувствительности включенного в данный момент в ориентировочно-исследовательскую реакцию анализатора значительно снижается, что еще больше соответствует успеху афферентного синтеза и формированию новой, более успешной программы действия.

Из приведенных выше нейродинамических условий, которые немедленно складываются после рассогласования между реальным результатом и акцептором афферентной модели результата, акцептор действия является весьма важным стимулом, создающим новый поиск с включением новых афферентных аппаратов и созданием новой программы действия.

Весь приведенный выше материал дает законченную архитектуру поведенческого акта, все узловые механизмы которого нейрофизиологически аргументированы, а поведенчески много раз были показаны в специально поставленных экспериментах (Макаренко, Асмаян и др.).

Эта физиологическая архитектура представляет собой весьма разнородную картину по качеству интегративных процессов, причем само взаимодействие между этими процессами является специфической чертой именно интегративного целого, а не его частей. Так, например, возникновение акцептора действия немыслимо без предварительного афферентного синтеза, а с другой стороны — без тех процессов, которые связаны с оценкой сигналов с периферии о полученных результатах.

Совершенно очевидно, что каждый из этих узловых механизмов содержит в себе бесконечное переплетение и взаимодействие возбуждений и торможений и в каждом из этих механизмов много раз встречаются одни и те же различные возбуждения. Но именно в этом и состоит смысл универсальной модели поведенческого акта. Хотя ее архитектура по составу процессов и механизмов весьма сложна, но она представляет собой логически законченное образование, чем и определяется место каждого процесса и механизма в этой большой архитектуре.

С точки зрения кибернетики, такая модель работы мозга является особенно удобной, поскольку, будучи построена на тончайших нейрофизиологических закономерностях, вместе с тем открывает широкие перспективы для моделирования и математической обработки ее частных механизмов. Но именно соотношение этих частных механизмов с целой архитектурой и представляет собой то, что может быть использовано при моделировании и конструировании электронных и технических конструкций. Именно этим и объясняется тот факт, что многие и нейрофизиологи, и кибернетики обратили специальное внимание на достоинства изложенной выше физиологической архитектуры целого поведенческого акта (Мэгун, 1963; Клаус, 1962; Г.Паск, 1963; М.Минский, 1964, А.Фессар, 1961, и др.).

В данной работе мне интересно было продемонстрировать для психологов физиологическую архитектуру поведенческого акта как целого потому, что именно поведенческий акт является связующим звеном между нейрофизиологией, высшей нервной деятельностью и психологией.

Как можно было видеть, в настоящее время мы уже по целому ряду узлов этой физиологической архитектуры имеем вполне определенные результаты, полученные в тонком нейрофизиологическом исследовании.

Когда-то Альфред Фессар, принимая наши принципиальные положения о физиологической архитектуре поведенческого акта, заметил, что наступил момент, когда в тонком нейрофизиологическом эксперименте мы должны показать те механизмы и процессы, с помощью которых удерживается как единое интегративное целое эта поведенческая архитектура (А.Фессар, 1959). Сейчас мы уже можем сказать, что значительная доля тайн, которые включены были в разных узлах физиологической архитектуры поведенческого акта, нами в какой-то степени раскрыта, хотя еще многое остается исследовать для того, чтобы сделать ясной эту удивительно целесообразную организацию, создававшуюся миллионы лет.

Во всяком случае, мы сейчас близки, например, к пониманию механизмов афферентного синтеза до молекулярного уровня включительно. Мы подошли вплотную к оценке составных физиологических компонентов акцептора действия и поняли огромную роль результата как самостоятельного компонента всей архитектуры.

И лишь только два узловых механизма, с логической точки зрения локализованные довольно точно, до сих пор еще не поддаются тонкому нейрофизиологическому анализу и детерминистической расшифровке. Это — “принятие решения” и “рассогласование” между реально полученными результатами и афферентной моделью этих результатов, отраженные в акцепторе действия.

Однако, основываясь на добытых нами весьма многочисленных нейрофизиологических фактах, я не имею оснований думать, что эти сложные вопросы являются неразрешимыми. В качестве примера, оправдывающего такой оптимизм, можно указать на то, что роль “копии команды” при совершении какого-либо афферентного акта становится все более и более ясной. Как показывают микроэлектродные исследования, ответвляясь по коллатералям тысяч различных аксонов, эти эфферентные возбуждения долгое время остаются активными в замкнутых “ловушках возбуждения”, открытых Лоренте Де Но. Эти возбуждения, очевидно, являются циклическими и в целом комплексе остаются активными до того момента, когда придет обратная афферентация о полученных результатах.

Для меня сейчас является несомненным, что интимный акт оценки полученных результатов происходит где-то здесь, на стыке еще свежих, энергетически заряженных следов от эфферентного приказа к действию с приходящими позднее сигналами о полученном результате.

Мы прилагаем сейчас все усилия на самых различных уровнях исследования, от молекулярных процессов до высшей нервной деятельности и психологии включительно, чтобы объединить в одной концепции все уровни наших знаний о мозге.

Задача, несомненно, трудная, но мы хорошо знаем, что никогда еще в истории науки не было такого случая, чтобы страх перед трудностями исследования способствовал научному прогрессу.