книги из ГПНТБ / Драбкин, А. С. ЭВМ и живой организм

низмах есть частный случай той универсальной законо­ мерности, которая в простейшей форме появилась уже на стадии примитивных живых существ.

Накопление материалов на этом пути все больше расширяло рамки представлений об условном рефлексе. В настоящее время можно твердо сказать, что И. П. Павлов вскрыл кардинальную и всеобщую черту исторического развития и усовершенствования живого мира. Понадобились миллиарды лет, чтобы примитивная форма цепных химических реакций, присущая праорганизмам, развилась в самой совершенной форме живой материи — в нервном веществе.

Однако несмотря на весь грандиозный путь такой эволюции и значительные преобразования самих форм предвидения, ее основной закон — опережающее отра­ жение последовательно повторяющихся рядов внешних явлений — остался в силе. Он приобрел лишь специаль­ ный аппарат — мозг, вещество которого выеокоспециализировано именно на «химическое сцепление» последо­ вательных и повторных воздействий внешнего мира. Это обстоятельство и обусловило столь широкое и совершен­ ное овладение будущим, какое выявляется в поведении высших животных и человека. Энергетическая сторона отражения, то есть изучение превращения организмом внешних энергий (свет, тепло, химические агенты) в ин­ формацию о материальных свойствах внешнего мира, несомненно является одной из основных проблем науки. Сейчас этот «первичный узел отражения» может быть изучен на очень высоком уровне, если только будет при­ менен весь арсенал современных достижений биофизики, теории информации, теории кодирования других смеж­ ных отраслей знаний.

Но есть и другая форма отражения — отражение в свойствах организма временной структуры мира, о ко­ торой мы уже вели речь. Мы видели, что лейтмотивом такой формы отражения служит опережающее отраже­

60

ние, что дает мозгу на высшем этапе развития организ­ мов совершенно точную информацию о последователь­ ных и повторяющихся рядах явлений внешнего мира. Здесь следует отметить, что на основе именно этого вида отражения был сформирован и специализировался сам мозг как орган психической деятельности, то есть орган всеобщего отражения мира в мыслительной дея­

тельности человека.

Все сказанное явно убеждает, что опережающее от­ ражение последовательного хода внешних событий — предвидение — не является чем-то исключительным, а есть лишь одна из форм отражательной способности живой материи.

Механизм предвидения основывается на химических процессах, происходящих в нервных клетках. Скорость этих химических реакций значительно выше скорости любого человеческого действия. Поэтому сигналы, кото­ рые определяют результат действия, заранее «обегают» все нужные нервные клетки.

Рассмотрим более подробно процесс, происходящий как в целом мозге, так и в одной нервной клетке. Он представляет собой суммирование, объединение всей вхо­ дящей в мозг информации. Наибольшее значение имеют четыре ее вида.

Прежде всего — мотивация. Под мотивацией мы по­ нимаем то основное состояние, которое присуще организ­ му на стадии выработки решения о действии. Мотива­ ционное возбуждение составляет необходимый элемент любого действия, ибо смысл всякого действия — создать достаточно благоприятные условия существования орга­ низма, исходя из данного его состояния. Всякое дейст­ вие удовлетворяет какую-то потребность организма.

Насколько важно учитывать мотивацию, видно хотя бы из того, что условный раздражитель (звонок, обычно сопровождающий кормление) не может вызвать услов­

61

норефлекторного эффекта (выделение слюны у собаки), если животное плотно накормлено.

Особая роль мотивации объясняется тем, что невоз­ можно представить себе какое-либо действие без соот­ ветствующих предпосылок, соответствующего побужде­ ния. Причем побуждения могут быть самые различные, в зависимости от совершенства организма — начиная с чисто биологических потребностей и кончая специаль­ ным поведением. Суть дела от этого не меняется.

Таким образом, мы можем принять, что практически любая внешняя информация, попадающая в нервную систему, неизбежно сопоставляется и оценивается на ве­ сах этой доминирующей в данный момент мотивации, грубо говоря — рассматривается с точки зрения «самого главного в данный момент» желания. Мотивация пред­ ставляет собой фильтр, через который просеивается вся избыточная информация и остается нужная.

Весь процесс сопоставления внешней информации с мотивацией отнюдь не прост. «Перебор информации» должен идти именно в направлении наибольшей пригод­ ности получаемой информации для реализации данной цели. При этом очень важно помнить, что в каждый дан­ ный момент наши, например, органы чувств способны передать астрономическое количество информации. В то же время нервные структуры способны перерабатывать значительно — в тысячи раз меньшее количество инфор­ мации. Отбор нужных сведений может превратиться в поиски иголки внутри стога сена. Задача эта чрезвичайно сложная и ответственная. Без мотивационного возбуждения решить ее невозможно.

Следующий элемент механизма предвидения — обста­ новочная информация. Под этим понимаются сведения об условиях, в которых должно протекать действие. На­ пример, если я хочу пить (мотивация) во время урока (обстановка), я не могу покинуть класс до тех пор, пока занятия не кончатся.

62

Кроме мотивации и обстановочной информации, ре­ шающее значение имеет также сигнал к действию (в на­ шем последнем примере — звонок, сообщающий о кон­ це урока).

Физиологический смысл сигнала заключается в том, что он приурочивает выявление скрытых возбуждений к определенному моменту, наиболее выгодному с точки зрения успеха.

Теснейшим образом связана с предвидением и па­ мять. Синтез всех трех компонентов был бы невозможен,

(в нашем примере именно память подскажет, куда нуж­ но пойти после звонка, чтобы выпить стакан воды).

Мы проанализировали, из каких элементов складыва­

информации, предшествующим действию). Формирование цели — это критический пункт в разви­

тии действия. Именно затем должно начаться формиро­ вание сложного комплекса возбуждений, которые, рас­ пределяясь по рабочим аппаратам (исполнительным огранам), обусловливают получение результатов, точно соответствующих поставленной цели. С точки зрения су­ щества этого переходного момента важно подчеркнуть, что здесь происходит пока еще малопонятная трансфор­ мация. Результаты афферентного синтеза трансформиру­ ются в возбуждение исполнительных органов, точно от­ ражающее этот синтез. Путь таких превращений пока точно не установлен.

Рассмотрим теперь другие нервные механизмы, обра­ зующиеся также немедленно после стадии «принятия ре­

63

и программа действия, в нервной системе формируется своеобразный комплекс возбуждений. Физиологический смысл его состоит в том, что с его помощью произво­ дится оценка той информации, которая только еще бу­ дет поступать в центральную нервную систему от буду­ щих результатов действия. Это подлинный аппарат оценки и сличения результатов с поставленной целью. На существование этого аппарата уже давно имелись косвенные указания в экспериментах с условными реф­ лексами. Первый эксперимент, который заставил думать

Смысл эксперимента заключался в следующем. Соба­ ка в течение нескольких лет работала с условным реф­ лексом при постоянном безусловном подкреплении в ви­ де 20 граммов сухарей. За это время собака привыкла, что звонок связывается с появлением определенного ко­ личества сухарей (безусловное подкрепление). С точки зрения обычных представлений об условной пищевой ре­ акции для животного не было радикальной разницы между подкреплением рефлекса сухарями или мясом. Ведь с общепринятой точки зрения и сухари, и мясо являются безусловными раздражителями, подкрепляю­ щими действие условного раздражителя (звонка). Более того, с точки зрения биологической значимости подкреп­ ление мясом, несомненно, имеет большее значение, чем подкрепление хлебом.

Опыт же показал явления неожиданные. Когда вне­ запно после одного из очередных звонков перед собакой в кормушке вместо сухарей оказалось мясо, собака это мясо не взяла, хотя и была голодна. Стало очевидно, что на неожиданно появившееся мясо собака реагирует совсем иначе, нежели на привычные сухари. У нее поя­ вилась ориентировочно-исследовательская реакция: «Что это такое?»

Естественно, возник вопрос: каковы причины появле­

64

ния такой ориентировочно-исследовательской реакции? Условный раздражитель был обычным — звонок. К кор­ мушке после звонка собака пошла как обычно. Что же не хватило животному, чтобы и дальше прореагировать обычным образом?

Анализ этого вопроса показал, что применение услов­ ного раздражителя (звонка) вызывает как бы парал­ лельное формирование двух нервных механизмов. В ре­ зультате действия первого механизма возникает пище­ вая реакция—движение в сторону кормушки, выделение

соответствующих виду, запаху, вкусовым качествам су­ харей. Была высказана гипотеза: для того, чтобы пи­ щевая реакция животного закончилась планомерно и стандартно, надо, чтобы раздражение от внешнего ви­

собаку. Однако комплекс этих возбуждений оказался не подобным «заготовленному» возбуждению. Произошло, таким образом, «рассогласование» между результатами афферентного синтеза и реальным комплексом раздра­ жений, поступивших в нервную систему.

Это была единственная физиологически мыслимая причина того, что мясо не оказало немедленного пище­ вого воздействия. Очевидно, комплекс возбуждений, свя­ занных с мясом, оказался не подобным чему-то. Но че­ му? Установить это удалось лишь значительно позже.

МЕХАНИЗМ ПРЕДВИДЕНИЯ

Постепенно завоевала право на существование гипо­ теза о наличии специального механизма. Этот механизм возникает вследствие афферентного синтеза раньше, чем совершится действие и появится его результат, но вмес­ те с тем содержит в себе все признаки этих будущих результатов. Этот механизм был назван П. К. Анохиным

«акцептором результатов действия».

Его существование мыслилось в связи с необходимос­ тью сличать результаты действия с результатами аффе­ рентного синтеза.

Однако сформулировать еще не значит доказать. Нужно было подтвердить существование этого весьма предположительного механизма, нужно было выяснить его устройство.

С этой целью специальные наблюдения были произ­ ведены на людях.

В то время, когда мясом в кормушке собаки подме­ няли сухари (1932 г.), еще не существовало ни киберне­ тики, ни бионики. Не возникло еще и проблемы предви­ дения. Поэтому встреченное новое физиологическое яв­ ление было названо «заготовленным возбуждением».

18 лет спустя, после ряда новых опытов, это явление было изучено еще глубже и названо «опережающим возбуждением». Тогда уже была возможность применить

66

новейшую аппаратуру и измерять электрические токи, возникающие в человеческом мозге — в частности, при возбуждениях, опережающих течение событий.

Опыт поставили таким образом. Регистрировались биотоки мозга, появляющиеся при воздействии на чело­ века тремя последовательными раздражителями «зво­ нок — сирена — овет». После длительной тренировки по­ следовательность этого ряда воздействий была измене­ на: вместо света внезапно был опять включен звонок. А мозг реагировал на повторный звуковой сигнал так же, как на свет. Из этого следовало, что возбуждение пришло в зрительную область раньше, чем туда мог прийти внешний раздражитель.

Стало очевидным, что при организации цепи раздра­ жений возбуждение распространяется по мозгу от пун­ кта к пункту гораздо более быстро, чем сами реальные, последовательно появляющиеся внешние раздражители. Возбуждение опережает реальный раздражитель, кото­ рый должен еще только в будущем подействовать на центральную нервную систему, и занимает те области мозга, которые он в будущем должен возбудить. Так возникла идея о приспособительной роли возбуждений, названных «опережающим возбуждением».

Способность нервной системы создать цепь опережа­ ющих возбуждений является древней основой, на кото­ рой развивается условный рефлекс и любое предсказа­ ние, или «прогнозирование», будущих явлений. Стала ясна и ориентировочно-исследовательская реакция жи­ вотного на подмен сухарей мясом. Она могла возникнуть только потому, что возбуждение от условного раздра­ жителя, сигнализирующего вполне определенные вкусо­ вые ощущения, развивается в тех клетках, где оно дол­ жно появиться лишь в будущем, то есть в момент поедания пищи. Между тем, признаки мяса оказались несовпадающими с этими «заготовленными возбужде­ ниями».

Принцип развития опережающих возбуждений явля­ ется следствием свойств нервной ткани и потому имеет место всюду, где возникает необходимость, выражаясь языком И. П. Павлова, «предупредительной реакции». Практически он «предсказывает» вероятные результаты действия при данном решении и данной цели действия. Вместе с тем комплекс возбуждений, в котором закоди­ рованы свойства будущих результатов, полностью обес­ печивает сопоставление полученных результатов с тем, что задано, или с совокупностью признаков данной ситу­ ации. Механизм «акцептора действия» имеет универсаль­ ное распространение, и вряд ли возможен какой-либо даже самый простой акт (будь то акт поведения или чис­ то физиологический процесс) без предварительного его формирования.

Однако все это еще не дает ответа на вопрос о кон­ кретном устройстве механизма, который обеспечивает предсказание результатов и их сличение с реально полу­ чаемыми сведениями.

Для его изучения была избрана система дыхания. Достоинства и удобства ее как объекта исследования очевидны. Система дыхания характеризуется значитель­ но упрощенным афферентным синтезом по сравнению даже с самым простым актом поведения. Сопоставив мо­ тивацию, обстановку, сигнал и память в случае, когда человек идет выпить стакан воды, с мотивацией, обста­ новкой, сигналом и памятью при дыхании, мы ясно ви­ дим, что в первом случае число возможных вариантов поступка, число «степеней свободы» человека неизмери­ мо больше. В самом деле, если дыхание мотивируется только необходимостью воздухообмена в легких, то на­ ряду с мотивом «жажды» у человека может быть еще множество других желаний, которые усложняют карти­ ну его психической деятельности. То же самое положе­ ние и в других составных частях афферентного синтеза.

Словом, процесс дыхания прост с точки зрения пси­

68

хической деятельности да вдобавок и хорошо изучен фи­ зиологически.

Был поставлен опыт. На пути распространения команд от мозга к органам дыхания (на диафрагмаль­ ном нерве) было поставлено специальное электронное устройство. Задача этого электронного устройства со­ стояла в том, чтобы расшифровать сигналы, поступаю­ щие по нерву, и превратить их в команду для специаль­ ного аппарата искусственного дыхания (аппарат искус­ ственного дыхания, естественно, выполнял в данном случае функции легких). Благодаря такому способу преобразования естественной команды дыхательного центра, прибор искусственного дыхания становился са­ моуправляемым — в точном соответствии с запросами организма. Весь процесс забора воздуха в этой установ­ ке управлялся самим «дыхательным центром» мозга, то есть точно так же, как и в обычной ситуации.

Такой способ самоуправляемого искусственного ды­ хания позволяет самому организму выбирать наиболее благоприятный для его окислительных процессов режим дыхательной деятельности. Это, естественно, может представить большой интерес для практических целей в медицине.

Однако нас сейчас интересует не эта сторона дела. Для изучения проблемы «акцептора действия» важна возможность «рассогласовывать» команды, посылаемые мозгом и передаваемые электронным устройством.

Рассогласование производилось следующим образом. Получив команду от мозга забрать, скажем, 500 куби­ ческих сантиметров воздуха, электронное устройство уменьшало эту цифру до 300 и ее-то передавало аппа­ рату искусственного дыхания. В соответствии с изменен­ ной командой в легкие поступало воздуха на 200 куби­ ческих сантиметров меньше, чем «запрашивал» мозг. Естественно, сведения о таком уменьшении дозы мгно­ венно поступали от легких к мозговому дыхательному

69