Методологическое значение кибернетических закономерностей

1. Общие предпосылки

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

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

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

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

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

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

Никто не сомневается в том, что обратная связь является «душой кибернетики» и что только она почти нацело определила все успехи технической кибернетики. Не случайно поэтому некоторые исследователи считают, что мы живем в «эру обратных связей»^[1]. К этой центральной закономерности кибернетического мышления также приложимы аналогичные вопросы, которые были поставлены выше: почему обратная связь стала такой универсальной закономерностью, пригодной и для машины, и для организмов, и для общества? Когда и при каких условиях эта закономерность могла возникнуть в истории земного шара?

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

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

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

2. Система и результат

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

Таким универсальным «ключом» является понятие системы.

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

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

Роль системы как обобщающего и организующего фактора в развитии всех наук особенно выпукло представлена в формулировках Эллиса и Людвига, которые опубликовали недавно книгу «Философия системы», установив, что «эпоха джетов», «эпоха кибернетики» и «эпоха космоса» —все они обязаны своим происхождением появлению систем с универсальными свойствами саморегуляции; они предлагают назвать нашу эпоху «эпохой системы»^{[2] [3]}.

Тяга ученых к обобщению особенно драматически прозвучала в одном из интервью знаменитого американского физика Р. Оппенгеймера. Он отметил, что «прогресс науки сопровождается такой специализацией, что отныне любой человек может овладеть всего лишь незначительной долей человеческих знаний. Это вызывает ощущение невежества и одиночества, и, очевидно, это ощущение возникает тем сильнее, чем больше знает человек. Современные ученые тоскуют по единому ключу, по той единой оси любых форм знаний, в которую верили их предки и которую они уже никогда не встретят в будущем»^[4].

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

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

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

Эту роль кибернетики особенно полно и точно охарактеризовал в своей монографии «Кибернетика и философия» Г. Клаус: «Кибернетика имеет большое значение в первую очередь потому, что эта наука осуществляет общую тенденцию к интегральному объединению многих наук… Она выдвигает много проблем, общих для самых различных специальных наук. Она конструирует понятийное поле, в котором объединяются многие элементы, присущие разным специальным наукам; при помощи общей системы своих категорий и понятий она стремится подвести фундамент под тенденцию к интеграции расчлененных конкретных наук»^[5].

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

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

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

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

Успех кибернетического направления определяется главным образом тем, что кибернетика ввела в жизнь систему с весьма четкими параметрами, поддающимися математической обработке. В сущности это и должно служить нам отправным пунктом для обсуждения. Другое дело в биологии. Здесь понятие системы всегда употребляется в том случае, когда хотят отметить что-то сложное, превосходящее по масштабам обычные процессы, механизмы и элементы. И даже Эшби с его строгим математическим мышлением, желая охарактеризовать системы разного масштаба, употребляет такие неопределенные выражения, как «малая система» и «очень большая система», ставя при этом акцент только лишь на простом увеличении количества компонентов и на объеме взаимодействий между системами и субсистемами^[6].

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

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

1. Ни одна организация, сколь обширной она ни была бы по количеству составляющих ее элементов, не может быть названа самоуправляемой, саморегулируемой системой, если ее функционирование, т. е. взаимодействие частей этой организации, не заканчивается каким-либо полезным для системы результатом и если отсутствует обратная информация в управляющий центр о степени полезности этого результата. Только при таком условии все части системы вступают в консолидацию, взаимную координацию и субординацию. Благодаря этому вступление в действие каждого компонента системы происходит в точно определенный момент, иначе говоря, взаимодействие между ними имеет организованный и направленный характер.

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

Посмотрите на котенка, который проделывает ритмические чесательные движения, устраняя какой-то раздражающий агент в районе уха. Это не только тривиальный «чесательный рефлекс». Это в подлинном смысле слова консолидация всех частей системы на результате. Действительно, в данном случае не только лапа тянется к голове, т. е. к пункту раздражения, но и голова тянется к лапе. Шейная мускулатура на стороне чесания избирательно напряжена, в результате вся голова наклонена в сторону лапы. Туловище также изогнуто в таком виде, что облегчаются свободные манипуляции лапой. И даже три не занятых прямо чесанием конечности расположены таким образом, чтобы с точки зрения позы тела и центра тяжести обеспечить успех чесания.

Как можно видеть, весь организм «устремлен» к фокусу результата и, следовательно, ни одна мышца тела не остается безучастной в получении полезного результата. Мы имеем в подлинном смысле слова систему отношений, полностью подчиненную получению полезного организму в данный момент результата.

Прямые эксперименты нашей сотрудницы М. Чепелюгиной с перерезкой задних и особенно передних корешков для задней ноги в весьма отчетливой форме показали этот факт «взаимосодействия» частей системы при достижении результата^[7].

2. Из предыдущего тезиса видно, что результат самоуправляемой системы приобретает центральное значение для ее организации во времени и в пространстве. Именно полезный результат составляет тот операционный фактор, который способствует тому, что система в случае недостаточности данного результата может полностью реорганизовать расположение своих частей в пространстве и во времени, что и обеспечивает в конце концов необходимый в данной ситуации приспособительный результат организма. Можно указать на конкретный пример ампутации конечности, который показывает, что такая система представляет собой логически оформленный комплекс процессов и механизмов. Причем последнее распределение мышечных усилий немедленно закрепляется обратной санкционирующей афферентацией от полученных положительных результатов (Анохин, 1935).

Именно констатация и выявление полученного результата является решающей задачей для определения объема системы и ее качественной характеристики.

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

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

Что выражено в этих терминах? В них выражено только то, что произошло действие чесания, действие мигания, действие хватания и т. д. Рефлекс расценивается по действию. Результат же этих действий совершенно скрыт. А между тем животному, как и человеку, совсем не важно, как это действие называется и какой комбинацией рабочих аппаратов оно произведено, а важен именно положительный приспособительный результат^[8].

Аргентинский философ Бунге в своей книге «Причинность», переведенной на русский язык, специально отмечает эту традиционную недостаточность нашего мышления. Он пишет: «Смешение причины с основанием и смешение действия с результатом распространено, кроме того, и в нашей собственной повседневной речи»^[9].

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

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

Наши исследования над живыми системами привели нас к полному убеждению в том, что любое физиологическое исследование будет во много раз продуктивнее, если оно будет придерживаться вышеприведенного представления о системе. Поскольку каждая такая система несет определенную функцию с четко очерченными результатами, мы и назвали ее в свое время функциональной системой^[10]. Как было установлено, такая функциональная система непременно содержит ряд специфических узловых механизмов, принадлежащих только ей, как интегральному образованию^[11].

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

3. Стадия афферентного синтеза

Эта стадия является начальной в развитии любого приспособительного акта животного.

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

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

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

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

4. Принятие решения

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

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

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

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

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

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

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

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

Многочисленные эксперименты показывают, что момент принятия решения сопутствуется немедленным возникновением двух взаимосвязанных комплексов возбуждений: а) адекватной программы действия, т. е. интеграла эфферентных возбуждений, и б) специфического аппарата предсказания результатов еще не законченного действия. Следует подчеркнуть, что этот последний комплекс афферентных признаков результата появляется задолго до того, как совершится само действие и будут получены реальные результаты. Оба эти комплекса возбуждений связаны теснейшим образом. Как показывают, например, тонкие микрофизиологические исследования, посылка эфферентных возбуждений, благодаря аксонным коллатералям, принимает самое близкое участие в формировании нейрофизиологических механизмов афферентной модели будущих результатов действия (Правдивцев, Синичкин, Котов, Журавлев и др.).

5. Нейрофизиологическая природа акцептора действия

Кажется удивительным, что проблема будущего, т. е. такие решающие моменты нашего поведения, как постановка цели данного действия, предсказание результатов, которые должны получиться при осуществлении этой цели, не были предметом специального объективного научного исследования. Впервые эта проблема попала в поле зрения чистого физиолога после того, как выявилось, что внезапная подмена стандартного безусловного раздражителя другими безусловными раздражителями (например, хлеба на мясо) ведет на первый взгляд к совершенно непонятным поведенческим проявлениям: к отказу от пищи, к возникновению исследовательской реакции и т. д. С точки зрения описательной эти проявления нельзя было иначе понять, как «рассогласование» между тем, что «ожидалось», и тем, что «появилось» на самом деле^[12]. Ясно было, что наличная, но необычная еда, т. е. мясо, не соответствовала по своим характерным признакам какому-то комплексу возбуждения, который был уже «заготовлен» в ответ на условный раздражитель до появления самой еды. При первых попытках объяснить физиологическую сторону этого феномена мы исходили только из этого одного несогласия и назвали поэтому это возбуждение «заготовленным возбуждением».

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

Если к этому процессу в целом подойти с точки зрения психических эквивалентов поведения, то этот аппарат является, вероятно, близким по своему содержанию к изучаемому И. С. Бериташвили в виде поведения, направляемого «образом»^[13]. Несомненный успех, который получил при этом подходе И. С. Бериташвили в расшифровке поведения, лишний раз убеждает нас в том, что быстрые процессы мозга всегда опережают медленно организующиеся отдельные этапы поведения.

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

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

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

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

Все эти исследования были проведены микроэлектродным методом при различной комбинации кортикопетальных, кортикофугальных и антидромных возбуждений^[14]. Конвергенция на одной и той же нервной клетке «копии команды», т. е. афферентного возбуждения, вышедшего на аксоны нервной клетки, с афферентными возбуждениями, приходящими от периферических рецепторных аппаратов, представляет собой все необходимые условия для оценки полученных результатов. Этот же механизм после ряда его тренировок сразу при выходе командных возбуждений и формирует функцию предсказания сензорных параметров будущих результатов.

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

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

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

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

Следовательно, выражение «вероятностное (?) прогнозирование» просто не соответствует физиологическому смыслу событий и поэтому неправильно ориентирует читателей, интересующихся нашими работами.

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

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

Не удивительно поэтому, что многие исследователи последних лет останавливались в нерешительности перед этим богатейшим нервным аппаратом, ограничиваясь при оценке его замечанием о том, что «функция этих нервных образований до сих нор остается таинственной»^[15].

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

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

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

Как только принимается решение о каком-либо действии и как только возбуждение выходит на эфферентные пути, то уже в этот самый момент коллатеральные возбуждения, распространяясь по самым различным отделам мозга, создают в масштабе целой коры многочисленные системы циклических возбуждений, отражающих посланную на периферию команду и воспроизводящих опыт прошлых результатов в форме акцептора действия. Следовательно, в момент начала действия в соответствии с принятым решением уже весь мозг, и особенно, конечно, кора головного мозга, подготавливают модель будущих результатов — акцептор действия. Эта модель осуществит в дальнейшем прием обратной афферентации от полученных результатов, произведет сопоставление этой информации о реальных результатах с предсказанной (или прогнозированной) моделью этих результатов. В сущности, это и есть конкретный субстрат предсказания, возбуждение которого все время опережает ход событий в функциях целого мозга.

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

6. Механизм обратной афферентации

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

Именно поэтому такая афферентации в нашей лаборатории первоначально и была названа санкционирующей афферентацией, хотя впоследствии оказалось, что правом «санкции» обладает лишь акцептор действия^[16]. Сама же обратная афферентация есть пассивное следствие любого результата, и успешного и неуспешного. Момент сопоставления всех параметров обратной афферентации, сигнализирующих о свойствах результата действия, с афферентной моделью этих результатов, закодированных в акцепторе действия, является критическим моментом, завершающим логику любого отдельного поведенческого акта.

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

В этом последнем случае прежде всего немедленно возникает ориентировочно-исследовательская реакция с весьма быстрой и сильной активацией корковой деятельности^[17]. Это способствует активному подбору новых компонентов для афферентного синтеза и, что особенно важно, облегчает интракортикальные взаимодействия восходящих возбуждений^[18].

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

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

Однако если бы мы захотели сопоставить эту архитектуру функциональной системы с любым типом саморегулирующихся механических систем или даже с функциональной организацией взаимоотношений общественного характера, то мы увидели бы то поразительное сходство принципов функционирования, которое с такой настойчивостью подчеркивал Норберт Винер. Правда, он писал об этом в своей хорошо известной книге «Кибернетика»^[19], имея в виду всего лишь обратную афферентацию, или обратную связь — фид-бэк. Адрес этой обратной связи для биологических систем не был еще известен. Им стал для нас акцептор действия.

Спрашивается, в чем причина такого поразительного сходства в архитектурных чертах функционирования столь различного класса явлений? Почему и в организме, и в обществе, да и в машинах контрольный аппарат формируется раньше, чем появятся результаты, которые будут подлежать контролю?

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

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

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

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

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

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

7. Опыт расширения диалектико-материалистической формулы жизни

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

Как известно, диалектико-материалистическая формула жизни, вытекающая из общих установок «Диалектики природы» Энгельса, состоит в том, что на первый план ставится специфика субстрата, т. е. белковые тела. Несомненным остается и сейчас, что эта формулировка Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел»^[20] — является по своей глубокой материалистической сущности верной. Именно белковые тела составили тот субстрат, без которого невозможен был прогресс жизни и невозможно было совершенствование ее форм.

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

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

Достаточно посмотреть последнюю литературу, относящуюся к происхождению жизни, чтобы увидеть, что все попытки разрешить проблему происхождения жизни на Земле связаны с поисками тех возможных условий физического, химического и метеорологического характера, которые могли бы сформировать нечто близкое по составу какому-либо из белковых компонентов. Если отвести в сторону вопрос о межпланетных причинах происхождения жизни на Земле, то в этом смысле особенно важно отметить теорию А. И. Опарина^[21], Холдейна^[22], Бернала^[23] и др.

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

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

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

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

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

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

Что же это за принципы организации? И почему они оказались столь решающими в дальнейшем подборе все более и более совершенных форм структурного развития? В разделе этой статьи, озаглавленном «Система и результат», я уже подчеркнул то важное положение, что никакая, хотя бы самая обширная, комбинация процессов и элементов не способна составить саморегулирующуюся систему, если эта комбинация не приводит к появлению каких-то результатов, обратно влияющих на распределение взаимодействующих сил в системе и тем самым полезных самой системе.

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

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

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

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

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

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

Разбирая подробно способность стабильных и поли- стабильных систем к адаптации, Эшби, например, пишет, что повторяющиеся действия на такую систему способствуют «отбору форм, обладающих особой способностью противостоять ее изменяющему действию». И дальше, говоря о «системах с миллионными переменами», которые на протяжении миллионов лет на поверхности Земли претерпевают самые разнообразные комбинации взаимодействий, он пишет: «Разве только чудо могло предохранить ее (Землю. — П. А.) от тех состояний, в которых переменные группируются в комплексы, способные к интенсивной самозащите»^[24].

Я хочу еще и далее пояснить развитую выше точку зрения. Есть все основания думать, что эти первично стабилизовавшиеся системы, которые вначале могли быть весьма простыми в химическом отношении, в последующем могли бы стать сами своеобразными «воспитателями» сложных полимерных продуктов, которые становятся уже неотъемлемым признаком более высокого уровня предбиологических и биологических организаций.

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

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

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

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

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

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

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

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

Современная литература полна примерами, когда на очень узком отрезке какого-то обширного метаболического процесса формируется своеобразный стабилизирующий комплекс, регулирующий на основе обратного влияния весь ход метаболизма в данной области. Литература по саморегуляторным приспособлениям протоплазмы на молекулярном уровне в настоящее время обширна. Можно указать, например, работы Жакоба и Моно^[25], Диксона и Веба^[26], Новика и Сциларда^[27] и многих других, которые показали, что в ряде случаев определенная концентрация конечного продукта в цепи метаболических реакций оказывает тормозящее действие на начальную стадию всей цепи реакции.

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

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

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

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

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

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

С этой точки зрения и первичные белковые тела, и более специализированные белки в виде ферментов явились следствием постепенно совершенствовавшихся стабильных предбиологических систем, послуживших основой для развития жизни на Земле.

В заключение этого раздела статьи отметим три важных обстоятельства.

1. Само появление устойчивых систем с чертами саморегуляции стало возможным только потому, что возник первый результат этой саморегуляции в виде самой устойчивости, способной к сопротивлению против внешних воздействий. Следовательно, регуляторная роль результата системы была первым движущим фактором развития систем, который сопровождал все этапы предбиологического, биологического и социального развития материи.

2. Мы не имеем возможности допустить сейчас, что белковые тела, и в частности рибонуклеиновые кислоты, возникли как нечто отдельное и самостоятельное, на основе только чисто субстратных перекомбинаций на нашей планете, как это, например, полагает Эренсверд^[28]. Сама химическая структура белковых образований, и особенно ферментов, настолько точно и очевидно приспособлена к детальным функциям саморегуляторного характера у весьма различных систем, что нет никакой возможности допустить, чтобы они могли возникнуть как бы спонтанно и независимо от этих систем, т. е. вне принципов, удерживающих, систему в стабильном состоянии.

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

8. Результат, как критерий для оценки кибернетических закономерностей

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

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

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

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

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

Предложенное нами еще в 1935 г. понятие «функциональная система», как можно было видеть выше, наиболее полно отражает основной смысл кибернетических закономерностей. Функциональная система включает в себя центральную нервную систему, в которой происходит афферентный синтез, принятие решения и складываются программы действия. Она включает также управляющее воздействие на периферический аппарат, т. е. формирование самого действия, сна включает формирование результата этого действия и весьма специфическую сигнализацию о нем, наконец, принятие и сопоставление этой информации в акцепторе действия.

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

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

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

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

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

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

С точки зрения А. А. Маркова, акцент при определении кибернетики делается на детерминистическом характере взаимодействия частей системы^[29]. Что такое «причинная сеть», если к ней применить критерий результата как центрального пункта саморегулирующейся системы? Сам А. А. Марков предлагает считать кибернетику как науку о «причинных сетях».

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Иначе говоря, как бы ни была изменена функциональная система и как бы ни было перераспределено участие ее компонентов, элементы и вся система всегда будут надежными, если и в этих случаях оказался надежным результат ее деятельности. Применительно к живым системам это положение можно было бы сформулировать следующим образом: результат действия только потому и может стать надежным, что и элементы системы, и сама она в целом могут быть пластичными, т. е. «ненадежными».

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

Давая в одной из своих последних работ математическое выражение переходным состояниям системы и кодирования в ней информации, он пишет: «…Суть идеи машины, которая уже давно понималась интуитивно, будучи выражена строго, сводится к тому, что в «машине» мы видим кодированный вариант простой последовательности событий»^[30].

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

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

Постараюсь пояснить все вышесказанное конкретным физиологическим примером. Дыхательная система, постоянным промежуточным результатом которой является поддержание устойчивой концентрации СО₂—О₂ в крови, служит хорошим примером того, что информация, на каких бы этапах системы она ни циркулировала, не может быть безотносительной к конечному полезному результату.

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

Из моторной части дыхательного центра возбуждение выходит по спинному мозгу и по дыхательным нервным стволам на все дыхательные мышцы: диафрагму, межреберные мышцы, брюшные мышцы, головные мышцы и т. д. Однако эта информация дыхательного центра распределяется по дыхательным мышцам отнюдь не беспорядочно. Каждая мышца получает нервные импульсации в таком временном распределении, что в конечном счете все мышцы грудной клетки сокращаются ровно настолько, что в легкие входит именно 600 см³ воздуха. Следовательно, возбуждение, распространявшееся по нервам, закодировало в количестве импульсаций и интервальных соотношениях именно 600 кубиков воздуха. Наряду с этим дыхательные мышцы грудной клетки в своих сокращениях проявили тот же самый ход, т. е. сократились в такой степени, что забирается именно 600 кубиков воздуха.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

9. Заключение

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

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

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

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

1. «Structure et évolution des techniques», 1953/1954, N 35—36. ↑
2. D. О. Ellis, F. J. Ludwig. System’s phylosophy, N. Y., 1962. ↑
3. Там же. ↑
4. Цит. по: M. Рузе. Роберт Оппенгеймер. M., 1965, стр. 127. ↑
5. Г. Клаус. Кибернетика и философия. М., 1963, стр. 36. ↑
6. См. У. Р. Эшби. Конструкция мозга. М., 1964. ↑
7. П. К. Анохин. Рефлекс и функциональная система как факторы физиологической интеграции. «Бюллетень Московского об-ва испытателей природы», т. 44, № 5, 1949, стр. 130—146. ↑
8. П. К. Анохин. Кибернетика и интегративная деятельность мозга. «Вопросы психологии», 1966, № 3, стр. 10—32. ↑
9. М. Бунге. Причинность. М., 1962, стр. 259. ↑
10. П. Анохин. Проблема центра и периферии в современной физиологии нервной деятельности. — В сб.: «Проблема центра и периферии в физиологии нервной деятельности». Горький, 1935, стр. 9—70. ↑
11. См. более подробно: П. К- Анохин. Кибернетика и интегративная деятельность мозга. «Вопросы психологии», 1966, № 3, стр. 10—32; П. К. Анохин. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М., 1968. ↑
12. П. Анохин, Е. Стреж. Изучение динамики высшей нервной деятельности. Сообщение III. Нарушение активного выбора в результате замены безусловного стимула. «Физиологический журнал СсСР», т. XVI, вып. 2, 1933. стр. 280—298. ↑
13. И. С. Бериташвили. Структурные и функциональные ос новы психической деятельности. М., 1953. ↑
14. Ю. Фельдшеров. Особенности реакций дыхательных нейронов на антидромное раздражение афферентных дыхательных путей. — В кн.: «Материалы 5-й Всесоюзной конференции по электрофизиологии». Тбилиси, 1966; В. А. Правдивцев. Эфферентно-афферентная конвергенция на нейронах зрительной коры. — В кн.: «Материалы межинститутской научной конференции «Интегративная деятельность мозга»». М., 1967, стр. 67. ↑
15. V. I. Amassian, G. Patton. The pyramidal tract: its excitation and functions. «Handbook of Physiology», section 1, Neurophysiology, v. 2. Washington, 1960, p. 837—862. ↑
16. П. К. Анохин. Проблема центра и периферии в современной физиологии нервной деятельности. — В сб.: «Проблема центра и периферии в нервной деятельности», стр. 9—70. ↑
17. См. П. К. Анохин. Внутреннее торможение как проблема физиологии. М., 1958. ↑
18. D. В. Lindslеу. Attention. Consciousness, sleep and wakefulness. «Handbook of Physiology», Sec. I, Neurophysiology, v. 3, 1553—1593. Washington, 1960. ↑
19. Н. Винер. Кибернетика. М., 1958, стр. 20—30. ↑
20. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 20, стр. 616. ↑
21. А. И. Опарин. Возникновение жизни на Земле. М., 1963. ↑
22. Дж. Холдейн. Информация, необходимая для воспроизведения первичного организма. В кн.: «Происхождение предбиологических систем». М., 1966, стр. 18—26. ↑
23. Дж. Бернал. Молекулярные матрицы живых систем. — В кн.: «Происхождение предбиологических систем», стр. 76—98. ↑
24. У. Р. Эшби. Конструкция мозга, стр. 332—333. ↑
25. F. Jacob, J. Monod. Genetic repression, allesteris inhibition, cellular differention. «Cytodifferentiation and Macromolecular Synthesis». 21 Symposium of the Society for the Study of Development and Growth. N. Y.—L., 1963, pp. 30—64. ↑
26. M. Dickson, E. C. Webb. The enzymes. London, 1958. ↑
27. A. Novick, L. Szilard. Experiments with the chemeostat on the rates of amino acid synthesis in bacteria. «Dynamics of Growth Processes». Princeton, New Jersey, 1954, pp. 21—32. ↑
28. G. Ehrensvärd. Life: origin and development. Chicago, 1962. ↑
29. А. А. Марков. Что такое кибернетика? В сб.: «Кибернетика мышление, жизнь». М., 1964, стр. 39 ↑
30. См. «Зарубежная радиоэлектроника», 1964, № 5. ↑