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