ЭВМ и живой организм - Александр Драбкин

В соответствии с пословицей получалось, что за деревьями не было видно леса. А точнее это напоминало создание мозаики, где сравнительно много известно о каждом камешке, но еще не различима картина в целом. Нужен был принцип, который позволил бы привести в систему все данные разнородных, хотя и очень тонких, точных экспериментов.

Речь, таким образом, шла о процессе интеграции, объединения различных проявлений нервной деятельности в целом физиологическом акте. Здесь не было недостатков в суждениях, в том числе и в весьма пессимистических. Так, например, известный ученый Райз писал: «...очевидно, трудно проверить положительно, что каждая часть целого включена в данное проявление организма. Вообще говоря, из большого числа наблюдений того, как части кооперируются в целый организм, мы делаем вывод, что такая кооперация частей имеет место у всех организмов без исключения. Но эта логическая операция никогда не сможет превратить гипотезу в истину. Итак, истинность положения, что все части организма объединены в данном проявлении, не имеет эмпирических основ. Другими словами, интеграция не является фактом, установленным эмпирически, а является принципом».

Это отсутствие точных знаний о конкретных механизмах интеграции разных процессов привело к крайне неблагоприятному положению. Ученые располагали совершеннейшими инструментами для понимания элементарных процессов нервной системы, их химической природы, их течения и развертывания. Однако исследователи оказались совершенно бессильными, когда пришлось ответить на простой вопрос: как может ящерица почти мгновенно собрать многие тысячи элементарных процессов, рассеянных по всему организму для того, чтобы реализовать простейший акт приспособления, например, юркнуть в щель между камнями.

Тогда и обнаружилось, что важнейшим физиологическим принципом деятельности целого мозга, объясняющим целостное поведение животных и человека, является принцип условного рефлекса, сформулированный великим физиологом И. П. Павловым. Постепенно широкое признание завоевала мысль о том, что тончайшие процессы нервной системы приобретают определенный смысл, занимают свое истинное место в архитектуре действий организма только в том случае, если их исследование непрерывно сверяется с данными об образовании и проявлении условного рефлекса.

Материалы исследований И. П. Павлова уже давно стали классикой науки. Здесь же исключительно для терминологического удобства вспомним, в чем, собственно говоря, заключались опыты И. П. Павлова, на основе которых была сформулирована теория условных рефлексов.

Собаке много раз давали пищу (безусловный раздражитель), сопровождая ее звонком (условный раздражитель). После ряда таких опытов дали привычный звонок. Но пищи за ним не последовало. Слюна у собаки при этом выделялась так же, как и при реакции на пищу. Вот грубо схематично метод, который позволил исследовать приспособительные реакции организма (выделение слюны), возникающие в ответ на условный раздражитель (звонок).

Так был тщательно экспериментально изучен великий принцип стимул – ответ.

Рефлекторная теория, в общих чертах сформулированная еще Декартом, сыграла революционную роль в развитии физиологии нервной системы. В течение 300 лет она успешно направляла мысли тысяч исследований. Но вместе с тем на современном уровне знаний при помощи только этой теории трудно объяснить именно целостное поведение животных и человека. Принцип стимул (в нашем примере – пища, звонок) – ответ (выделение слюны) охватывает лишь часть деятельности организма, связанной с приспособлением к внешним условиям. Сам И. П. Павлов говорил о «первобытности» рефлекторной теории, как замечает академик П. К. Анохин.

В настоящее время рефлекторная теория в ее прежнем выражении, считает П. К. Анохин, не может обеспечить базу для дальнейшего изучения поведения животных.

При этом нельзя забывать, однако, важного факта. В школе И. П. Павлова в годы ее бурного роста, когда исследовались все более обширные проблемы поведения животных, было высказано много рабочих гипотез и предположений. Известно, что чем более плодотворна научная школа в творческих поисках, тем чаще она создает рабочие гипотезы для повседневной исследовательской деятельности. Это составляет естественный признак бурного роста школы. Однако логика научного прогресса такова, что в процессе исследовательской работы все большее количество «вероятных» положений получают свою проверку. В результате такой проверки они или переходят в разряд достоверных или, наоборот, отвергаются и заменяются другими приемлемыми рабочими гипотезами.

В сущности, важнейшим фактором в научном творчестве является способность исследователя с максимальной точностью провести границу там, где кончается «достоверное» и начинается «вероятное». Только правильное использование этого критерия обезопасит исследователя от догматизации случайных или закономерных на определенном этапе гипотез.

Можно привести много примеров этого правила. Например, достоверным фактом является то, что день переходит в ночь. А «вероятным» же, по существу, здесь было то, что смена дня обусловлена движением солнца и уходом его за горизонт. Известно, сколько трагедий в человеческой цивилизации происходило именно потому, что это «вероятное» было возведено в нерушимую и священную догму. Коперник не изменил «достоверного», но полностью перевернул «вероятное», сделав его столь же ощутимо «достоверным».

Условный рефлекс как временная сигнальная связь является достоверным фактом. И он уйдет в века как капитальное открытие. Однако хорошо известно, что И. П. Павлов был поставлен в начале нынешнего века перед тяжелой необходимостью. Он вынужден был использовать современную ему бедную нейрофизиологию, располагающую крайне скудными сведениями о биологических процессах мозга, для выработки представлений о конкретных механизмах условного рефлекса. И надо было быть действительно гением физиологии, чтобы на основе абсолютно недостаточного количества данных в то время построить такие рабочие гипотезы, которые послужили толчком к продуктивным научным исследованиям на протяжении десятков лет.

Но все же это были только гипотезы о реальных механизмах работы мозга. Выражаясь современным языком, И. П. Павлов гениально сформулировал предположительные принципы работы «черного ящика» – мозга. «Черный ящик» – популярное ныне в кибернетике понятие, которое предполагает, что при работе с неким устройством известна информация на «входе» в это устройство и на «выходе» из него. При этом конструкция устройства неизвестна. Однако всегда надо помнить, что со временем может появиться возможность заглянуть в этот «черный ящик» и проверить рабочие концепции.

Так, например, во времена И. П. Павлова считалось, что при выработке рефлекса в мозгу возникают два центра – условного раздражения и безусловного. Связь между этими двумя центрами и обусловливает рефлекс. Но что это за связь? Каков ее характер? Физиологи не могли ответить на такие вопросы. Просто связь. И все тут. Следовательно, и влиять на рефлекс не было возможности.

Сейчас, на основе изучения электрических и химических процессов в мозгу сформулирована иная концепция, более близкая современным научным данным. В соответствии с ней сигнал условного раздражителя и сигнал безусловного раздражителя прежде всего воспринимается одними и теми же нервными клетками (нейронами), расположенными в разных областях мозга. Сигналы эти вызывают различные химические взаимодействия. Когда несколько возбужденных таким образом нейронов начинают работать в унисон (подобно тому, как воинская часть шагает «в ногу») – вот тогда и складываются благоприятные условия для выработки условного рефлекса.

Можно было бы привести примеры того, как за последние годы с развитием электроники, допускающей исследования на клеточном уровне, изменились представления о природе основных процессов – возбуждения и торможения. Однако это уведет читателя далеко в сторону от выбранной темы. Цель же всех рассуждений о рефлекторной системе и механизме предвидения представляется в том, чтобы утвердить важнейшее положение: условный рефлекс есть объединяющая закономерность в деятельности мозга. Вместе с тем классическая рефлекторная теория в ее прежнем виде не может объяснить целостного поведения сложных живых организмов. Обогащение рефлекторной теории на базе современных достижений возможно лишь при преемственности ее стержневых понятий. Поэтому, говоря о предвидении, мы будем говорить и об условных рефлексах, однако не ограничиваясь привычными понятиями классической теории.

Задача такая сложна. Сложна она потому, что зачастую условный рефлекс берется как нечто определенное, законченное в своем развитии. С таких же позиций рассматривается и соответствующий биологический механизм рефлекса. А каковы биологические корни условного рефлекса?