Особенности отдельных тенденций в разработке теории систем

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ

Как показано в одной из последних работ (П.К. Анохин, 1970), взаимодействие как таковое не может сформировать систему, поскольку анализ истинных закономерностей функционирования с точки зрения функциональной системы раскрывает скорее механизм "содействия" компонентов, чем их "взаимодействие". Это серьезный вопрос, связанный с выработкой самого понятия системы, и он требует специального и подробного разбора. Возникает вопрос: может ли взаимодействие компонентов, взятое само по себе, создать что-то системное, т.е. что-то упорядоченное. Неопределенность и неконструктивность всех приведенных выше формулировок делает попятным тот удивительный факт, что, несмотря па многолетнюю пропаганду, системный подход, в особенности общая теория систем Берталанфи, не стал достаточно популярным среди исследователей конкретных организмов и не привел к значительному преобразованию самой исследовательcкой практики.
В самом деле, что специфически системного может извлечь исследователь-физиолог, например, из выражения "система - это комплекс взаимодействующих компонентов", если взаимодействие частей организма даже для начинающего исследователя является аксиоматическим фактором жизни?
Мне кажется, что именно здесь завязан тот узел, не развязав которого исследователь никогда не приблизится к истинным механизмам системы и потому, естественно, не сможет использовать ее в своей конкретной работе.
Попытаемся провести более глубокий анализ этих ходячих определений, чтобы вскрыть их недостаточность как для формулировки понятия системы, так и для утверждения ее как фактора научного прогресса. Прежде всего поставим перед собой вопрос: может ли вообще "взаимодействие компонентов" быть основой какого-то системного процесса. Мы даем совершенно определенный ответ: пет, не может. И этот ответ легко аргументировать на любом примере взаимодействия.
Для характеристики понятия множеств и для подсчета числа возможных степеней свободы для взаимодействия в этом множестве приведем пример расчета, сделанного Эшби. Он берет площадку с 400 лампочками (20x20) и делает расчет возможного количества комбинаций взаимодействий, которые можно составить из этих лампочек. Оказывается, что этих взаимодействий такое огромное количество (10¹⁰¹²⁰), что они превосходят общее количество атомов, содержащихся в видимой нами Вселенной.
Но ведь эта квадратная площадка с 400 лампочками в количественном отношении совершенно ничтожна по сравнению с головным мозгом. Для того чтобы применить такое же вычисление по отношению к мозгу, мы должны взять в качестве исходного количества "лампочек", т.е. нервных клеток, по крайней мере количество в 14 млрд.
Кроме того, известно, что соединения между этими "лампочками" идут через синаптические контакты, так что каждая располагает не двумя возможными состояниями, как в примере Эшби, а в среднем по крайней мере 5000 возможных состояний в зависимости от приходящих к синапсам импульсаций. Причем надо помнить, что каждый из этих контактов может придать состоянию нейрона особое качество.
Однако для полной характеристики "множества взаимодействий" на примере мозга даже и этого количественного расчета недостаточно. Мы непременно должны учесть также и те общие состояния каждого отдельного нейрона, которые определяют характер его участия во взаимодействиях нейронального множества.
Так, например, Буллок указывает, что имеется по крайней мере пять возможных изменений в градации состояний нейрона, а следовательно, в синаптического образования: возбуждение или торможение, облегчение или депрессия, положительное или отрицательное последействие (или оба вместе), спонтанное расслабление или тонизация нейрона, градуированные ответы спайкового или неспайкового характера.
Важно, что каждое из этих взаимодействующих "множеств": нейрон, синапс, градуированное состояние нейрона и др. - может создать условие, при котором деятельность элемента в таком обширном "множестве" может радикально измениться, а это значит, что конечный результат деятельности мозга может быть иным. Трудно решить даже воображением задачу подсчета того количества комбинаций взаимодействий в целом мозге, которое может быть выведено из указанных выше цифр.
Однако, предложив решить эту задачу опытным математикам, мы получили совершенно фантастическую цифру. Оказалось, что число степеней свободы нервных клеток мозга с учетом всех тех переменных, которые были разобраны выше, может быть выражено единицей с таким количеством нулей, что они могут уместиться только на ленте длиной... в 9 500 000 километров. Стоит только представить себе это "множество", чтобы понять, что человек практически никогда не сможет использовать всех грандиозных резервов своей мозговой деятельности.
Представим себе, какой хаос сложился бы в нервной системе, если бы все это "множество" стало "взаимодействовать" и "взаимовлиять" друг на друга! Ясно, что этот хаос не допустил бы никакого организованного поведения целого организма. И тем не менее взаимодействие вообще все-таки непременно входит во все формулировки понятия системы как решающий критерий.
Нам кажется, что такое положение наблюдается потому, что этот важнейший вопрос никогда не был серьезно проанализирован до конца, по крайней мере для биологических систем, и именно поэтому мы не имеем исчерпывающей и научно обоснованной формулировки системы.
Применительно к поведенческому акту мы должны, прежде всего, исходить из абсолютно достоверного нейрофизиологического факта, что каждый отдельный нейрон потенциально имеет огромное число степеней свободы как объект взаимодействия с другими нейронами. Следовательно, говоря о взаимодействии вообще, мы тем самым неизбежно допускаем одновременное и неорганизованное использование всех этих степеней свободы нейрона.
И это действительно так, поскольку все формулировки понятия системы, делая акцент на "взаимодействии", не содержат в себе и не имеют даже в виду какие-либо факторы, ограничивающие многочисленные возможные степени свободы взаимодействия данного компонента с другими. Практически это касается не только центральной нервной системы, где этот процесс особенно отчетлив и многообразен. Это же наблюдается и в мышечной системе, где малейшее отклонение в механических соотношениях между сокращающимися мышцами ведет к хаосу и потере целенаправленности движения, и во многих химических констелляциях.
Итак, мы пришли к очень важному выводу: взаимодействие, взятое в его общем виде, не может сформировать системы из "множества компонентов". Следовательно, и все формулировки понятия системы, основанные только па "взаимодействии" и на "упорядочении" компонентов, оказываются сами по себе несостоятельными.
Совершенно ясно, что именно в этом пункте мы имеем коренной недостаток в существующих подходах к выработке общей теории систем. Становится очевидным, что в проблему определения понятия системы необходимо ввести некоторые дополнительные аспекты, которые придали бы этому понятию конкретные механизмы организованного целого, детерминистически достоверного и логически попятного. Точнее говоря, мы должны вскрыть те детерминирующие факторы, которые освобождают компоненты системы от избыточных степеней свободы.
Внесение в формулировку системы выражения "упорядоченное множество" не исправляет исходного дефекта и, пожалуй, даже, наоборот, вносит в проблему некоторый привкус телеологического. В самом деле, кто "упорядочивает" распределение множества компонентов в системе? По какому критерию производится это "упорядочивание"? Не может же какое-либо множество стать "упорядоченным" без критерия (!) этой "упорядоченности". Должен быть конкретный фактор, который "упорядочивает" систему.
Ясно, что, не имея четкого ответа на эти вопросы, мы фактически продолжаем стоять на месте. Примером такой нечеткости может служить выражение Эшби, который определил существо " самоорганизующихся систем" как "изменение от неорганизованной системы к организованной". Все сказанное выше заставляет нас признать, что мы стоим перед необходимостью более глубоко проанализировать некоторые до сих пор еще не вскрытые детерминанты, направляющие взаимодействия компонентов в системе.
До тех пор пока системологи не определят точно фактор, который радикально ограничивает степени свободы участвующих в данном множестве компонентов, все разговоры о системе и ее преимуществах перед несистемным подходом будут столь же неплодотворны, как до сих пор была неплодотворной в конкретной исследовательской работе и сама общая теория систем.
Ниже и будет сделана попытка вывести системообразующий фактор из свойств живого организма и обсудить изоморфность этого фактора для различных классов явлений (организма, машины, общества).

АФФЕРЕНТНЫЙ СИНТЕЗ

Как мы уже установили в начале раздела, для функциональной системы характерно то, что вопрос, какой результат должен быть получен, решается внутри системы и на основе ее закономерных механизмов. Это обстоятельство радикально отличает биосистему от самых сложных машинных устройств автоматической регуляции. Практически для всех машин цель поставлена за пределами машины и для нее допускается лишь некоторая способность самоорганизации в процессе получения запрограммированного не ею результата. Биосистема даже очень простой иерархии сама, па основе своих внутренних процессов, принимает решение о том, какой результат нужен в данный момент ее приспособительной деятельности. Вопрос этот решается именно в стадии афферентного синтеза.
Поскольку этот процесс много раз описывался нами в различных публикациях, мы дадим здесь лишь краткую формулировку его особенностей. Прежде всего вопрос о его составе. Какие именно афференты синтезируются в этой стадии?
Мы предложили четыре решающих компонента афферентного синтеза, которые должны быть подвергнуты одновременной обработке с одновременным взаимодействием на уровне отдельных нейронов: доминирующая " на данный момент мотивация, обстановочная афферентация, также соответствующая данному моменту, пусковая афферентация и, наконец, память.
Основным условием афферентного синтеза является одновременная встреча всех четырех участников этой стадии функциональной системы. Микроэлектродный и микрохимический анализы и другие формы аналитического исследования нейрона в момент встречи на нем всех упомянутых выше типов возбуждений показали, что этот процесс поддерживается и облегчается рядом динамических процессов нервной системы. К ним относятся, прежде всего, восходящая активация, вызванная ориентировочно-исследовательской реакцией, как правило, сопутствующая афферентному синтезу и предшествующая принятию решения, процесс корково-подкорковой реверберации и процесс центробежного повышения возбудимости вовлеченных в афферентный синтез рецепторов.
Своеобразие состоит в том, что этот синтетический процесс, если его отнести к масштабам нейрона, совершается на основе центральной закономерности интегратнвной деятельности мозга, именно на основе конвергзнции возбуждений на одном и том же нейроне.
Нам хотелось бы обратить внимание на следующее: одновременность обработки всех четырех типов возбуждений в стадии афферентного синтеза основана на том, что каждый из них приобретает свои особенные физиологические свойства именно в процессе симультанной обработки. Именно здесь происходит освобождение нейрона от избыточных степенен свободы благодаря приходу к нему именно тех, а не других возбуждений.
В связи с этим уместно отметить, что существующая в нейрофизиологии тенденция изучать и рассматривать такие компоненты афферентного синтеза, как Мотивация, память, стимул и т. п., в качестве отдельных, самодовлеющих проблем неверна и малоэффективна.
Возьмем, например, проблему памяти. Взятая в отдельности, сама по себе, как самодовлеющая проблема, она уже показала, что может повести мысль исследователя совершенно в другую сторону. Действительно, в каком аспекте сейчас развивается проблема памяти? Подавляющее большинство исследователей проблемы памяти все внимание сосредоточивают на моменте фиксации пережитого опыта живой системы. Это, несомненно, важная сторона памяти, но совсем по-другому выглядит весь вопрос о ней, как только мы будем ее рассматривать как один из компонентов, органически включенных в проблему принятия решения. Здесь сразу же центр событий перемещается с фиксации опыта на динамическое извлечение этого опыта из молекулярных агрегатов большой системы.
Этот процесс извлечения из памяти является еще более поразительным, если вспомнить, с какой легкостью он ежесекундно и безошибочно помогает принять нужное решение в конце афферентного синтеза. Обратим внимание, с какой легкостью мы извлекаем из памяти самые тончайшие нюансы нашей мысли, разговора и всего того, что было накоплено за всю нашу жизнь. Совершенно очевидно, что эта чудесная способность памяти быть готовой ежесекундно отдать то, что было накоплено за много лет и что требуется в данной стадии афферентного синтеза, не может быть изучена иначе, как на основе полного контакта и взаимодействия всех; четырех компонентов афферентного синтеза.
Значительное облегчение при решении проблемы афферентного синтеза нам принесла разработка концепции об интегративной деятельности нейрона. Она дала возможность сформулировать положение, на основе которого строится динамическое участие памяти в афферентном синтезе: извлечение прошлого опыта из памяти происходит по той же нейрохимической трассе, по которой он был зафиксирован в момент приобретения опыта (П.К. Анохин, 1974).
Таким образом, афферентный синтез, приводящий организм к решению вопроса, какой именно результат должен быть получен в данный момент, обеспечивает постановку цели, достижению которой и будет посвящена вся дальнейшая логика системы.
Нетрудно видеть, что афферентный синтез, являющийся абсолютно необходимым этапом формирования функциональной системы, содержит все необходимое для постановки цели, которая так долго пугала исследователя-материалиста и так долго находилась в безраздельном владении идеализма.
Все детали афферентного синтеза в нашей лаборатории изучаются на протяжении многих лет с помощью экспериментально-физиологических методик. Так, например, неразделимое единство пусковой и обстановочной афферентации было показано на основе опытов с стирпацией лобных отделов коры собаки и последующим изучением реакции выбора на различные условные раздражители (А.И. Шумилина).
В последнее время были подробно изучены различные виды восходящих активирующих влияний, которые своеобразно помогают афферентному синтезу. Здесь прежде всего надо указать на чрезвычайное увеличение дискриминационной способности коркового нейрона к частоте импульсаций под влиянием "мотивационных" раздражений гипоталамуса (С.Н. Хаютин, 1971). Другой важный механизм, выявляющийся при раздражении лимбической системы, - это перевод нейронов из категории мономодальных в мультиконвергентную категорию (В.А. Макаров, 1970). Легко видеть, что уже только эти два механизма могут значительно повысить информационную емкость нейрона и, следовательно, вместе с другими описанными выше механизмами сделать особенно эффективной стадию афферентного синтеза. К разряду механизмов, облегчающих афферентный синтез, надо отнести также детекторные свойства периферических рецепторов и побочное вытормаживание "шумовых процессов" при прохождении афферентной информации по центральной нервной системе.
Особенно подробно (до микроэлектродной и до микрохимической методик включительно) была изучена роль доминирующей мотивации в установлении синтетических взаимодействий в этой стадии на поверхности одиночного нейрона. Само собой разумеется, что возможность такого тонкого анализа отдельных процессов, составляющих систему, появилась только тогда, когда была выработана "улучшенная логика механизма", т.е. внутренняя операциональная архитектоника системы.
В управленческом деле, как и в биологических системах, также следует поставить вопрос, какой результат должен быть получен системой. Иначе говоря, совокупность всех предварительных расчетов и соображений должна составить (например, в торговом деле) основу афферентного синтеза, приводящего к решению и выбору действия с наилучшим результатом. Так, например, Ханике (1969), касаясь проблемы управления, пишет: "Цель заключается в том, чтобы обеспечить принятие решений на основе систематического анализа".
Насколько отчетливо именно в проблеме управления предприятиями встают вопросы о необходимости афферентного синтеза, совершенно схожие с биологическими проблемами, видно из того удивительного совпадения, которое получилось в аргументации Ханике и нашей собственной по поводу роли афферентного синтеза.
Для выявления наличия широкого афферентного синтеза у человека перед принятием решения рассмотрим пример, когда пешеход переходит улицу. Перед тем как принять решение о переходе, человек должен тщательно оценить довольно большое количество компонентов этого афферентного синтеза (число машин, скорость движения, ширину улицы, свои силы и др.). Аргументируя наличие этой стадии в системной деятельности человека, Ханике также приводит именно этот пример, перечисляя все параметры, которые должны быть учтены для принятия решения о переходе.

ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ

Принятие решения - один из самых интересных моментов в развертывании системных процессов. Тот факт, что само понятие принятия решения долгое время изгонялось так называемой чистой наукой из области научных исследований, - лучшее доказательство того, что оно происходит на основе весьма комплексных процессов мозга.
В настоящее время, как видно из предыдущего изложения, теория функциональной системы сделала "принятие решения" полноценным участником объективного процесса формирования системы, критического процесса, благодаря которому афферентная оценка всех условий завершается доступным исследованию механизмом. Афферентный синтез, подчиняясь доминирующей в данный момент мотивации и под коррекцией памяти, ведет такой подбор возможных степеней свободы, при котором возбуждения избирательно направляются к мышцам, совершающим нужное действие.
Возникает весьма существенный для всей нашей концепции вопрос, когда и как происходит принятие решения о получении именно того, а не другого результата.
Последние данные сотрудников пашей лаборатории (А.И. Шумилина, В.Б. Швырков) заставляют думать, что оценка возможных результатов при данной доминирующей мотивации происходит уже в стадии афферентного синтеза. Однако эти результаты не получаются реально, а следовательно, их оценка происходит при помощи какого-то пока не изученного нами механизма. То же, что происходит в "принятии решения", является уже результатом выбора па основе длительной оценки различных, внутренне (!) формирующихся результатов.
Иначе говоря, любое принятие решения, после того как закончится афферентный синтез, является выбором наиболее подходящих степеней свободы в тех компонентах, которые должны составить рабочую часть системы. В свою очередь эти оставшиеся степени свободы дают возможность экономно осуществить именно то действие, которое должно привести к запрограммированному результату.
Как происходит это освобождение от избыточных степеней свободы? Почему момент принятия решения часто имеет характер внезапной интуиции?
В настоящее время мы еще не можем ответить на эти вопросы, но выработанный подход к ним дает полную гарантию того, что принятие решения в биологических системах с большой и малой иерархией является вполне анализируемым и доступным для объективной науки феноменом. Прежние опыты А.И. Шумилиной, которая производила удаление лобных отделов у собаки, находящейся в условиях активного выбора одной из сторон станка, убедительно показали, что в этот момент, т.е. в момент принятия решения, вся обрабатываемая информация интегрируется именно в области лобных отделов, откуда и идет команда к подбору наиболее оптимальных аппаратов поведения.
Интересно отметить, что, являясь наиболее требовательным к объему афферентной информации, процесс принятия решения страдает в первую очередь после различных вмешательств в центральную нервную систему. Весьма доказательной иллюстрацией являются результаты опытов Gambaryan (1971). Разрушая некоторые подкорковые аппараты (бледное тело и др.), он нашел, что прежде всего длительно страдает активный выбор стороны станка, на которой должно быть сделано пищевое подкрепление. Наоборот, казалось бы, более сложный "произвольный акт" - нажатие педали для подачи корма - остается неразрушенным или мало пострадавшим.
Попытаемся понять сам момент принятия вполне определенного решения с точки зрения общефизиологических закономерностей. Его механизмы станут ясными, если мы представим себе на минуту, какое количество возможных действий может сделать человек, употребляя хотя бы только один мышечный аппарат. Мы уже знаем, что вся эфферентная часть организма должна обладать свойством экстренной мобилизуемости. Малейшего изменения в распределении мышечных усилий достаточно для того, чтобы было произведено вполне целенаправленное движение конечности или целого организма.
Принципиально таких возможностей движения у организма существует необозримое множество - вероятно, не меньше, чем количества комбинаций взаимодействия на площадке с 400 лампочками. Вместе с тем мы знаем, что в каждом отдельном случае, в соответствии с принятым решением, возбуждения выходят на совершенно определенные мышечные группы. Иначе говоря, происходит очень быстрое отбрасывание всех тех степеней свободы в наших движениях, которые не соответствовали бы принятому решению. Таким образом, сама проблема реализации принятого решения в физиологическом плане должна объяснить два важных вопроса:
1. Какие механизмы производят отбор нужных в данный момент степеней свободы и вытормаживают все те степени свободы па моторных нейронах и мышечных аппаратах, которые не имеют отношения к получению данного результата.
2. Где может быть преимущественная локализация этого в высшей степени конденсированного процесса, который одновременно обрабатывает на основе доминирующей мотивации всю прошедшую в мозг афферентную информацию, производит непрерывное сопоставление этих результатов с прошлым опытом и, наконец, переводит результаты этой обработки на эфферентные пути, точно соответствующие распределению возбуждений для совершения нужного акта, обеспечивающего получение нужных результатов?
С постановкой этих двух вопросов мы переходим в область, абсолютно новую для нейрофизиологии и потому, естественно, совсем не разработанную. Насколько интересны те новые вопросы исследования, которые при этом возникают, показывает, например, роль доминирующей мотивации в отборе необходимой в данный момент афферентной информации на уровне коры, на ее нейронах. Микрофизиологическое исследование нейронов вентро-медиального гипоталамуса показало, что уровень их возбудимости зависит от начального возбуждения латерального ядра гипоталамуса "голодной кровью".
Дозируя это возбуждение в натуральных условиях сроками голодания (1-4 дня), мы показали, что количество доминирующего возбуждения меняется на соответствующих синапсах корковых нейронов и в связи с этим значительно меняется интегрирующее влияние доминирующей мотивации на соотношение других синаптических возбуждений данных кортикальных нейронов. Эти исследования дают нам лишнее доказательство того, что системный подход радикально влияет на постановку вопроса каждого конкретного исследования.
Есть основание предполагать, что этот механизм сосредоточен в наиболее интегрирующих и компактных структурах головного мозга. Однако вопрос физиологической интерпретации принятия решения, возникший благодаря системному подходу к предмету, должен быть фактически разработан заново.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ