Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции - Турчин Фёдорович

Рис. 3.1. Метасистемный переход

Это понятие будет играть решающую роль в последующем изложении. Метасистемный переход создает высший уровень организации — метауровень по отношению к уровню организации интегрируемых подсистем. С точки зрения функциональной метасистемный переход состоит в том, что деятельность, являющаяся управляющей на низшем этапе, становится управляемой на высшем этапе и появляется качественно новый (высший) вид деятельности, заключающийся в управлении деятельностью. Редупликация и отбор приводят к созданию необходимых структур. Первый метасистемный переход, который мы усматриваем в истории животных, это возникновение движения. Интегрируемыми подсистемами являются части клетки, обеспечивающие обмен веществ и размножение. Положение этих частей в пространстве до поры до времени случайно, неуправляемо. Но вот появляются органы, соединяющие остальные части клетки и приводящие их в движение: клеточная мембрана, реснички, жгутики. Происходит метасистемный переход, который можно определить формулой

Управление положением = Движение.

На этом этапе движение неуправляемо, никак не коррелировано с движением внешней среды. Сделать его управляемым — следующая задача природы. Управлять движением — значит сделать его определенной функцией состояния среды. Так возникает раздражимость — изменение состояния каких-то участков клетки под действием внешних факторов и распространение этого изменения на другие участки, в частности обеспечивающие движение. Итак, формула метасистемного перехода от второго к третьему этапу такова:

Управление движением = Раздражимость.

Интеграция клетки с образованием многоклеточного организма также является переходом от системы к метасистеме. Однако этот переход касается исключительно структурного аспекта и неописуем в функциональных терминах. С точки зрения функциональной неважно в конце концов, происходят ли размножение и интеграция в какой-то части организма или организмы интегрируются целиком. Это, так сказать, вопрос технический. Раздражимость появляется уже у одноклеточных организмов, но полностью проявляет свои возможности после интеграции клеток.

Здесь необходимо указать на одну важную черту метасистемного перехода. Когда интегрируемые подсистемы объединяются в метасистему, то вследствие разделения функций между ними происходит их специализация, т. е. приспособление к определенной частной деятельности и утрата способности к другим видам деятельности. Специализация особенно отчетливо проявляется при интеграции целых организмов. Каждая интегрируемая подсистема содержит в этом случае много «лишнего» того, что было необходимо ей для самостоятельной жизни, но не нужно в сообществе, ибо соответствующие функции выполняются другими подсистемами. Так, в многоклеточном организме появляются специализированные мышечные и нервные клетки.

Вообще надо отметить, что интеграция подсистем отнюдь не является концом их эволюционирования. Нельзя представить дело таким образом, что системы A1, A2,A3, … размножаются в больших количествах, после чего «над ними» вдруг возникает управляющее устройство X. Напротив, зачатки системы управления образуются, когда число подсистем Ai невелико — всего несколько штук. Только при таком условии, как мы видели выше, может работать метод проб и ошибок. Уже после того, как наметилась управляющая подсистема X, происходит массовая редупликация подсистем Ai, в процессе которой совершенствуются как Ai, так и X. Возникновение структуры управления подсистемами Ai, не завершает, а вызывает бурный рост числа подсистем Ai, и предшествует ему, ибо при этом размножение Ai, становится нужным для организма. Носитель определенного уровня организации разрастается лишь после того, как начинает образовываться новый, более высокий уровень. Эту черту можно назвать законом разрастания предпоследнего уровня. Поэтому и при феноменологическом функциональном описании метасистемный переход проявляется не тотчас же вслед за закладкой нового уровня, а несколько позже, когда предпоследний уровень «войдет в силу». Метасистемный переход всегда затрагивает два уровня организации.

Продолжим наш обзор этапов эволюции. Применим принцип метасистемного перехода к уровню раздражимости. На этом уровне возбуждение каких-то участков одноклеточного организма или специализированной нервной клетки в многоклеточном организме происходит непосредственно внешней средой и это возбуждение непосредственно (один к одному) вызывает возбуждение мышечной активности. Что может означать управление раздражимостью? Очевидно, создание нервной сети, элементы которой, в частности эффекторы, возбуждаются не прямо внешней средой, а через посредство сложной управляющей системы. Это тот этап эволюции, который мы связали с понятием сложного рефлекса. Особенно отчетливо виден факт управления раздражимостью на этом этапе в том, что при наличии цели возбуждение эффекторов зависит не только от состояния внешней среды, но и от этой цели, т. е. от состояния каких-то внутренних нейронов сети. Итак, формула этого метасистемного перехода (от третьего к четвертому этапу):

Управление раздражимостью = Сложный рефлекс.

Что же дальше?

3.2. Управление рефлексом

Сколь бы ни была совершенна нервная сеть, построенная по принципу сложного рефлекса, она обладает одним существенным недостатком: неизменностью функционирования во времени. Животное с такой нервной системой ничего не может извлечь из своего опыта, его реакции всегда будут одинаковыми, его действия всегда будут совершаться по одним и тем же планам. Чтобы животное могло обучаться, его нервная система должна содержать какие-то вариабельные компоненты, которые обеспечивали бы изменение связей между ситуациями и действиями. Эти компоненты, следовательно, будут осуществлять управление рефлексами. Хорошо известно, что животные обладают способностью к обучению и выработке новых рефлексов. По терминологии, введенной Павловым, врожденный рефлекс, заложенный в нервную систему природой, называется безусловным рефлексом, а рефлекс, выработанный под действием внешней среды, — условным рефлексом. Когда мы говорим о сложном рефлексе, мы имеем в виду, конечно, безусловный сложный рефлекс. Наличие компонентов, управляющих сложными рефлексами, проявляется в опытах по обучению животных как способность к образованию условных рефлексов.

Однако мы не можем отождествить понятие условного рефлекса с понятием управления рефлексом. Последнее понятие шире. Ведь наше понятие сложного рефлекса, взятое в контексте описания общих принципов эволюции нервной системы, означает по существу любую фиксированную связь между состояниями классификаторов, фиксаторов представлений и эффекторов. Следовательно, управление рефлексами надо понимать как создание под действием индивидуального опыта любых переменных связей между этими объектами. Такие связи называют ассоциациями представлений или просто ассоциациями. Термин «представление» понимается здесь в широком смысле — как состояние любых подсистем мозга, в частности классификаторов и эффекторов. Образование ассоциаций мы будем называть ассоциированием (терминология тяжеловатая, зато точная). Итак, пятый этап эволюции — этап ассоциаций. Формула метасистемного перехода на этом этапе:

Управление рефлексами = Ассоциирование.

3.3. Рефлекс как функциональное понятие

Понятия рефлекса и ассоциации — не структурные, а функциональные понятия. Связь между стимулом S и реакцией R в рефлексе (рис. 3.2) — не передача информации от одной подсистемы к другой, а переход из одного обобщенного состояния в другое. Это разграничение необходимо, чтобы не смешивать рефлекс как определенную функциональную схему, описывающую поведение, с воплощением этой схемы, т. е. с кибернетическим устройством, обнаруживающим эту схему поведения.

Рис. 3.2. Функциональная схема безусловного рефлекса

Путаница легко может возникнуть, ибо простейшее воплощение рефлекторного поведения имеет структурную схему, совпадающую по внешности со схемой на рис. 3.2, только под S и R надо в ней понимать материальные подсистемы, фиксирующие стимул и реакцию. Такое совпадение не совсем случайно. Как мы уже говорили при определении функциональной схемы, разбиение множества всех состояний системы на подмножества, приписываемые вершинам графа, тесно связано с разбиением системы на подсистемы. В частности, с каждой подсистемой, которая может находиться в двух состояниях («да» и «нет»), можно связать множество всех состояний системы в целом, при которых эта система находится в определенном состоянии, скажем «да». Проще говоря, при определении обобщенного состояния мы учитываем только состояние данной подсистемы, а что делается с остальными подсистемами, нам безразлично. Допустим, что буквы S и R обозначают именно такие подсистемы, т. е. подсистема S есть распознаватель стимула (множества ситуаций) S, а подсистема R - эффектор, вызывающий реакцию R. Тогда утверждение, что «да» в подсистеме S передается по каналу связи (стрелка) в подсистему R, приводя ее также в состояние «да», совпадает с утверждением, что обобщенное состояние S переходит (стрелка) в состояние R. Поэтому структурная и функциональная схемы оказываются очень похожими. Правда, на структурной схеме никак не отражено, что «да» вызывает «да», а не «нет», в то время как в этом вся суть рефлекса. Рефлекс, как уже говорилось, понятие функциональное.