книги из ГПНТБ / Жуков Н.И. Философские основы кибернетики

нием, а также с категорией цели. В нем проявляются оба основных принципа диалектики.

Обратимся к типологии обратных связей. Характеристика положительной и отрицательной

обратной связи. Управление, как мы видели, невозможно без использования принципа обратной связи, который является сложным и «универсальным принципом кибер­ нетики» (И. А. Полетов). При этом действие управляю­ щей системы происходит в направлении, противополож­ ном отклонению фактического положения от «заданно­ го». В этом общая особенность всех видов обратной свя­ зи. На двух важнейших из них, широко воспроизводи­ мых в технике, остановимся подробнее.

и

С_Д

Схема 7

а) Наиболее простым видом является отрицательная обратная связь. Что это действительно так, можно ви­ деть на примере работы известного всем регулятора Уатта, цель которого — обеспечить постоянство скорости вращения вала двигателя (паровой машины, например).

Схематически деятельность этого регулятора можно изобразить в виде кривой, инерционные колебания кото­ рой вокруг своей константы дают довольно ясное пред­ ставление о борьбе двух противоположных тенденций — изменения нагрузки двигателя и действия регулятора по поддержанию скорости двигателя . постоянной (см. схе­ му 7). Дело в том, что при увеличении нагрузки на дви­ гатель скорость вращения вала, с которым жестко соединен регулятор, будет снижаться, что повлечет за собой опускание шаров и соответствующее увеличение доступа пара в рабочую камеру машины (и наоборот).

50

Если внимательно присмотреться к кривой фактиче­ ской скорости, то станет ясно, что как на восходящей, так и на нисходящей ветвях ее все последующие усилия регулятора (на схеме они изображены ординатами со стрелками) направлены всегда■против изменения ско­ рости. Отсюда термин «отрицательная» обратная связь.

С точки зрения диалектики особый интерес представ­ ляет то, что-для обеспечения постоянства регулируемого параметра изменение нагрузки должно компенсировать­ ся соответствующими изменениями в режиме работы регулятора, который в соответствии с принципом необ­ ходимого разнообразия обладает для этого диапазоном степеней свободы. Разнообразие управляемого объекта ликвидируется, погашается разнообразием регулятора (Р. Эшби). Устойчивость регулируемого параметра в условиях стохастической среды достигается путем соот­ ветствующих изменений в режиме работы регулятора.

Вэтом диалектика гомеостатического регулирования. Наконец, воздействие регулятора, изменение скоро­

сти которого явилось следствием изменения нагрузки, производится не иа саму причину, а на другое, промежу­ точное звено этой многоступенчатой причинно-следствен­ ной цепи —• на механизм подачи пара в машину.

В искусственной природе осуществляется широкий диапазон регуляции с использованием отрицательной обратной связи. Человек в своих устройствах фактически начал использовать этот принцип задолго до возникно­ вения кибернетики и выработки самого понятия отрица­ тельной обратной связи (например, мельничный потрясок). При этом обратная связь может осуществляться в технике не только непрерывным путем, но и дискретно, так сказать, разовым способом. Так, регулирование, поддержание в нужных пределах температуры какого-то определенного участка электроцепи, обмоток генерато­ ра, холодильного отделения может осуществляться с по­ мощью теплового реле или иного предохранителя, вре­ мя от времени отключающегося и тем самым избавля­ ющего «охраняемый» участок от перегрева или пере­ охлаждения. Впрочем, случай непрерывного регулиро­ вания можно рассматривать как обобщенный случай прерывного, в технической литературе обычно называе­ мого «компенсирующим».

С гомеостатическим регулированием мы встречались при анализе информационно-регулятивных процессов внутри клетки, где все это происходит значительно тоньше и сложнее. А вообще регулирование осуществ­ ляется на всех без исключения уровнях живой природы, включая надорганизменные, когда центральный регу­ лятор как таковой отсутствует (уровень вида, популя­ ции, биоценоза и даже биосферы). То же самое можно сказать и относительно общественных процессов, где с примером колебаний цены вокруг своей стоимости зна­ ком каждый, изучающий политическую экономию.

У высших животных отрицательная обратная связь широко используется для регулирования на уровне организма. Для функциональных систем в этом случае также характерна почти неизменная программа, преду­ сматривающая удержание некоторых параметров регу­ лируемого объекта постоянными. Примером такой си­ стемы саморегуляции может служить механизм, поддер­ живающий постоянство сахара в крови. Как известно,

врезультате интенсивной мышечной работы, когда по­ вышенная трата сахара приводит к понижению ее кон­ центрации, усиливается выделение адреналина из над­ почечников. Попадая через кровь в печень, адреналин стимулирует там распад гликогена до стадии глюкозы, выходящей в кровь и ликвидирующей сахарное го­ лодание.

Аналогичные механизмы поддерживают в организме

внужных пределах целый ряд других необходимых для жизни физиологических параметров (давление крови, содержание углекислоты в ней и т. п.). Каждая такая функциональная система образует замкнутый контур регулирования с отрицательной обратной связью, имеет

удается интерпретировать как результат нарушения функциональной деятельности определенных систем ре­ гуляции (сухотка спинного мозга, сахарный диабет, ги­ пертоническая болезнь и т. п.), как нарушение регуляции системы определенного уровня (Е. В. Гублер). Правда, диагностика заболевания часто затруднена в силу слож­ ности взаимодействия систем регуляции организма.

52

б) Если при регулировании по принципу отрицатель­ ной обратной связи в организме поддерживаются неко­ торые сформировавшиеся в филогенезе внутренние фи­ зиологические константы (температура крови, например),

цель. Ее достижению подчиняется вся деятельность организма. В итоге все это позволяет животному выжить (утолить голод, избежать грозящей опасности и т. д.).

Положительная обратная связь является наиболее сложным видом обратных связей. Специфику ее лучше всего выявить на типовом примере поведения живот­ ного. Рассмотрим тривиальный случай.

В мозгу заметившего овцу голодного волка мгновен­ но формируется биологическая цель—«догнать овцу и съесть», а также соответствующая «программа» дости­ жения этой цели. При сближении с жертвой волк вынуж­ ден, ввиду того, что заметившая хищника овца спасает­ ся бегством, изменять маршрут своего движения на основе «опыта» и использования получаемой черезорганы чувств осведомительной информации. Очевидно, что если бы волк не корректировал свой маршрут движе­ ния, он не смог бы догнать свою жертву, ибо бежал бы туда, где овца была в момент ее обнаружения, а не туда, где она будет в момент их вероятной встречи. Таким образом, при положительной обратной связи все после­ дующие действия управляющей системы осуществляют­ ся в том же направлении, что и предыдущие; происходит суммирование предшествующих и последующих дейст­ вий (сравнить кривую б с а схемы 8).

Ü

Схема 8

Существенно, что мозг получает информацию не только по нервным путям, но и гуморальным способом. Физиологи указывают, что при эмоциональном состоя­ нии организма усиливается выделение в кровь гормонов.

55

Это ведет к снижению порога синаптической проводи­ мости нервных клеток, способствуя тем самым быстрей­ шей выработке условных нервных связей.

Поскольку обратная связь обеспечивает не только гомеостазис внутри организма, но и активное уравнове­ шивание со средой (причем первое подчинено второму), постольку биологическое значение ее трудно переоце­ нить. Организм, не способный использовать положитель­ ную обратную связь, в большей мере подвержен губи­ тельным воздействиям случайных явлений стохастиче­ ской среды. Оценка целесообразности его действий, поведения происходит с большим запозданием в последующих поколениях благодаря действию закона естественного отбора.

Иногда положительную обратную связь видят там, где ответное действие объекта усиливает прямое дей­ ствие управляющей системы (регулятора). Конечно, явления, подобные режиму разноса электрической маши­ ны, имеют место, однако было бы ошибкой видеть здесь положительную обратную связь. В подобных случаях мы имеем не управление, а разрегулирование (так же, как и в случае разгара страстей в споре двух неуравно­ вешенных собеседников).

Принцип положительной обратной связи постоянно используется и людьми, и некоторыми кибернетическими устройствами. Опытный педагог знает, насколько важно держать постоянный контакт с аудиторией. Он не при­ ступит к изложению следующего вопроса, пока не убе­ дится по поведению слушателей, что предыдущий усвоен достаточно хорошо п цель достигнута (в ходе занятия он часто вынужден корректировать свой первоначальный план: изменять последовательность излагаемых вопро­ сов, прибегать к повторению и т. д.). Предназначенная для автоматического решения задачи — встречи зенитно­ го снаряда, ракеты-перехватчика с вражеской летящей целью — ЦЭВМ точно так же после старта перехватчика продолжает вырабатывать посылаемую «вдогонку» ему корректирующую информацию управления, а при опре­ деленном расстоянии между ними — и сигнал подрыва заряда перехватчика1.

1 Положительная обратная связь используется и в электрома­ шине с самовозбуждением. Однако цель здесь жестко запрограм­ мирована конструкцией энергетического устройства.

54

С,новом, догоняет волк овцу пли мальчик сачком ловит бабочку для пополнения своей школьной коллек­ ции, осуществляет ли система противоракетной обороны перехват вражеской ракеты с ядерной боеголовкой или учитель объясняет теорему — везде мы имеем факт использования положительной обратной связи. Во всех этих случаях имеется цель, программа ее выполнения, которая не должна быть абсолютно жесткой, а может корректироваться по ходу дела. Правда, в мозгу у жи­ вотного такая цель неосознана, а в ЦЭВМ к тому же еще опосредована деятельностью человека, и не мотиви­ рована потребностями, но это уже иная сторона дела.

Понятие цели и структура поведения. В последние годы все настойчивее раздаются голоса о необходимости пересмотра традиционных представлений о понятиях цели и целесообразности. В самом деле, обычно цель связывают только с деятельностью человека, с созна­ нием, ссылаясь при этом на ставший уже в литературе дежурным Марксов пример с незадачливым архитекто­ ром и трудолюбивой пчелой. Цель, согласно прежним воззрениям, есть мысленное предвосхищение результа­ та человеческой деятельности. С возникновением кибер­ нетики возникла необходимость толковать понятие цели более широко. (Не случайно С. М. Шалютин назы­ вает кибернетику «теорией целесообразности;!», а Л. Н. Плющ — «телеологической наукой».)

О категории цели как понятии, характеризующем деятельность всех кибернетических систем, пишут мно­ гие философы (Б. С. Украинцев, В. С. Тюхтин, М. Г. Ма­ каров, Н. Г. Трубников, А. В. Каганова, Г. Клаус и др.). Присоединяясь к их мнению, заметим, что без обраще­ ния к идее трехплановости отражения в живой природе и последующего дифференцированного подхода к ана­ лизу понятия «цель» на различных структурных уров­ нях (и в различных по своей качественной специфике кибернетических системах) трудно надеяться на доста­ точную аргументированность в обосновании этой кон­ цепции.

Положительная обратная связь предполагает нали­ чие биологической цели у животного. Это очевидно. А как быть в случае использования отрицательной обрат­ ной связи? Наконец, есть ли цель у простейшего, где заведомо отсутствует какая-либо нервная система?

55

На эти и ряд других подобных вопросов частично был уже дан ответ в предыдущем разделе. Во-первых, поддержание постоянства какого-то параметра в случае регулирования тоже в определенном смысле можно счи­ тать достижением дели. А во-вторых, ведь и простейше­ му организму присуще нечто большее, чем просто сохра­ нение постоянства внутренней среды (Н. А. Бернштейн, Б. М. Свинцицкнй, Л. Берталанфи). Он строит свое по­ ведение целесообразным образом на основе использова­ ния внешней химической информации и в этом смысле достигает прообраза цели (по аналогии с «прообразом условного рефлекса» у организма, не обладающего пси­

хикой).

Но это не все. Категория «цель» имеет различные от­ тенки при характеристике филогенеза, онтогенеза и отражаемой конкретной ситуации. О содержании и объ­ еме понятия цели по отношению к последнему времен­ ному интервалу было достаточно сказано ранее. В пла­ не же онтогенеза цель понимается как «стремление»'осо­ би выжить. Что касается филогенеза, то здесь понятие цели получает еще более широкую трактовку, когда под нею подразумевается «стремление» вида к совершенству и увеличению своей численности. Эта тенденция, как и целесообразность структуры и функции в живом, обус­ ловлена, конечно, действием естественного отбора, так что никакой мистики и идеализма во всем этом усмат­ ривать не следует1. «Вся жизнь,— замечает И. П. Пав­ лов,— есть осуществление цели, а именно сохранение са­ мой жизни»12.

Цели и целесообразность, если можно так выразить­ ся, многослойны и в системно-структурном плане: в каж­ дом сложном организме существует иерархия систем регуляции, соответствующая иерархии структурных уровней животного. При этом цель в собственном смыс­ ле этого слова формируется на уровне системы «орга­ низм— среда» и имеет, естественно, доминирующее зна­ чение в организме. На уровнях ниже этой системы наблюдается лишь целесообразная регуляция (субкле­

56

точный, органный, организменный уровни), обеспечиваю­ щая постоянство внутренней среды организма.

Много интересного и поучительного по поводу цели и целесообразности высказано древнегреческим филосо­ фом Аристотелем. Однако в силу того, что он зачастую в своих рассуждениях склонялся к идеализму, его телео­ логические положения приходится воспринимать кри­

тически.

Все сказанное дает основание сделать вывод, что понятия цели и целесообразности получают свое даль­ нейшее обобщение и становятся категориями киберне­ тики. При этом цель выступает как своеобразная внут­ ренняя информационная причина, детерминированная в свою очередь, как правило, обоими факторами — внут­ ренними и внешними, эндогенными и экзогенными, ор­ ганизмом п средой, связывая прошлое (весь фило- и он­ тогенетический опыт) через настоящее (потребности и наличная ситуация) с будущим (предвосхищение резуль­ тата действий). Налицо та же двойная детерминация и то же опережающее отражение действительности.

Несколько слов об особенностях целей, присущих че­ ловеку. Сущность человека ■— в совокупности всех об­ щественных отношений, и потому ведущими целями у него выступают не биологические, а. социальные цели, направленные на удовлетворение духовных и матери­ альных потребностей личности и общества в целом. Че­ ловеку свойственна значительно более сложная иерар­ хия целей, ведущие из которых обычно непосредственно даже не связаны с биологической ситуацией. Им-то фак­ тически и подчиняет человек всю свою деятельность.

Остается показать на примере поведения высшего животного, что может дать предлагаемая трактовка по­ ложительной обратной связи и понятия цели для психо­ логии и физиологии высшей нервной деятельности.

Внастоящее время термин «поведение» получил свое дальнейшее обобщение и по праву, как нам думается, занимает свое место в ряду других категорий киберне­ тики.

Втрактовке этого понятия часто допускаются две крайности.

1. Поведением объявляется изменение любого объек­ та. Это понятие возводится в ранг всеобщности и совер­ шенно теряет свою специфику. Истины ради заметим, что

57

подобное расширительное толкование названного поня­ тия в литературе широкого распространения не получи­ ло (кроме, пожалуй, физики).

нальным системам организованной природы, распрост­ раняется на все объекты неорганизованной природы, то вторая крайность ведет к противоположному следствию: поведение человека и животных ограничивается тем, что присуще техническим системам.

Конечно, в поведении животных и человека имеет место выбор, однако сложная архитектоника поведения не сводится к выбору. Можно сказать больше: выбор здесь имеет сравнительно небольшой удельный вес, за­ нимает подчиненное место в поведении человека.

Критику упрощенного толкования поведения и мыс­ лительной деятельности человека дал В. Н. Пушкин. Она настолько убедительна, что в дополнение к ней ос­ тается сослаться на Энгельса, который предостерегал от

К. Шеннона трактовка понятия информации, суть кото­ рой сводится к устранению неопределенности выбора, относится фактически только к информационным про­ цессам в технике связи, к дискретной информации в искусственной природе, к области жесткой и однознач­ ной детерминации (шахматы, передача текста по техни­ ческим каналам связи и т. п.). В таком же стохастиче­ ском процессе, как мозговая деятельность человека, не­ определенность в результате получения информации ча­ сто не только не уменьшается, но возрастает.

Итак, поведение присуще лишь кибернетическим си­ стемам, оно не сводится к альтернативному выбору в ■стохастических средах. Поведение можно определить как внешнее проявление активной деятельности кибер­ нетической системы, направленной на достижение целе­ сообразного эффекта.

Значительный интерес представляет и то, что пове­ дение— следствие не одной, а двух причин: внешней и

58

внутренней, обусловленной организацией системы и полу­ чаемой внешней свободной информацией (а также со­ стояния организма в данный момент). Идея двойной де­ терминации логически следует из идеи трехплановости от­

рефлекс как ответное действие организма на внешний раздражитель при участии нервной системы. В струк­ турном отношении он представляет собой разомкнутую дугу (афферентный путь, головной или спинной мозг, эфферентный путь), поскольку мы аналитически выры­ ваем его из общей архитектоники поведения.

Уже И. П. Павлов говорил о недостаточности пред­

в последнее десятилетие много и упорно «гнули», безу­ спешно пытаясь превратить в «кольцо»), то уже систе­ ма рефлексов (инстинктивная деятельность, динамиче­ ский стереотип и пр.) являет собой систему органически взаимосвязанных элементов и должна рассматривать­ ся в плане взаимодействия: конец одного элемента по­ ведения служит началом следующего.

скольку достижение биологической цели невоз­ можно без коррекции, без использования поло­ жительной обратной связи (петля а на схеме 9), постольку ЦПА суть не дуга, а даже не кольцо, а виток спирали 1, в котором про­ исходит якобы возврат к старому, но на но­

Схема 9 вой основе — материальное воплощение той идеальной цели, плана, который формируется у живот­ ного в конкретной ситуации. Таким образом, ЦПА, как

ле — в онтогенезе.

59