Анохин П. - Очерки по физиологии функциональных систем
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ
ОБЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
Трудно найти в истории цивилизации такой момент, о котором можно было бы сказать, что именно тогда возникла идея о целостности, о единстве мира. Вероятно, уже при первой попытке понять мир мыслящий человек столкнулся с поразительной гармонией между целым, универсумом, и отдельными деталями, частями.
Однако по самой сути человеческого ума он всегда имеет дело с непосредственным, с его конкретным окружением, с явлениями изолированной ниши, и это коренным образом повлияло на весь ход его познавательной деятельности.
Непосредственное, частичное имело прямое практическое значение для усовершенствования приспособительной деятельности человека, и потому абстрактное целое пришло в его познавательную деятельность значительно позднее.
От диффузных и недифференцированных форм целое постепенно приобретало значение чего-то организованного, с постоянным гармоническим взаимодействием своих частей, подчиняющимся своим специфическим законам, не свойственным частям, деталям целого. Так постепенно подготавливалось то научное движение, которое в настоящее время получило широкое название системного подхода.
Если внимательно проанализировать успехи современной биологии и вдуматься в попытки обобщить и осмыслить значение этих успехов, то, пожалуй, системный подход представляет собой наиболее выраженное и широко принятое направление во всех этих поисках.
Такой успех системного подхода вполне понятен. Исключительно бурный рост числа новых публикаций в области конкретных естественных наук приводил к столь же бурному росту чувства беспомощности исследователя перед половодьем аналитических фактов.
По этому поводу красочно выразился крупнейший физик нашего времени Оппенгеймер, говоря, что в настоящее время исследователь ощущает свое невежество тем больше, чем больше он знает... (Оппенгеймер, 1957; цит. по Юнгу).
Стало очевидным, что только какой-то более высокий принцип поможет разобраться в логических связях между отдельными фактами и что только этот принцип позволит более успешно и на более высоком уровне проектировать новые исследования.
Сторонники системного подхода все более и более настойчиво подчеркивают, что именно система является тем изоморфным принципом, который проникает через все границы, исторически сложившиеся между различными науками, несмотря на то, что эти науки изучают как будто качественно различные классы явлений: организмы, общество, машины.
Однако из сказанного видно, что поиски системы как более высокого и общего для многих явлений принципа функционирования могут дать значительно больше, чем только одни аналитические методы при изучении частных процессов. Благодаря такой оценке роли системного подхода возникли самые различные направления поиска. С одной стороны, делаются попытки объяснить организацию больших биологических систем, с тем чтобы связать поведение организма с молекулярным уровнем процессов, включенных в это поведение.
С другой стороны, идет настойчивый поиск законов формирования больших систем для социально-экономических явлений (В.Г. Афанасьев, Б.С. Украинцев и др.), машинных устройств и т.д. В зависимости от общей концептуальной обстановки к этим классам явлений прибавляется также и трактовка обширных машинных устройств, которые способны к самоорганизации.
Все это направляет мысль на новые поиски, па формулировку и раскрытие новых закономерностей, и именно это обстоятельство сейчас является наиболее впечатляющим в области нового и прогрессивного движения в пауке, получившего название системного подхода.
Развитие этого нового научного движения в последние десять лет ознаменовалось весьма радикальными выступлениями, в которых роль системы в развитии наук и общества поднимается настолько высоко, что некоторые энтузиасты этого направления стали говорить о наступлении в науке эры системы (Эллпс). С другой стороны, наметилась тенденция к выделению системного подхода в особую науку - системологию (Паск, В.М.
Глушков и др.), а коллектив авторов из NASA предлагает вообще выделить специальную науку о биологических системах В последнее время одним из авторов этого издания опубликована специальная монография , в которой делается попытка сформулировать некоторые основные положения этой науки Таким образом, внимание к системному подходу очень велико, хотя Калман, Фалб и Арбиб в своей книге Очерки по математической теории систем (1971) назвали системный подход областью увлекательной, но неупорядоченной. Как мы увидим ниже, в какой-то степени с ними можно согласиться.
Трудно сказать, когда возникла необходимость введения целостного подхода при объяснении функций организма. Эта потребность фактически ощущалась всеми исследователями, но решалась ими различным образом.
Одни ученые полностью отрицали что-либо специфическое в целостной организации и делали попытку объяснить ее, исходя только из свойств элементов, входящих в целостные образования. Так возник механистический подход к объяснению целого.
Другие допускали, что множество элементов организма приводится в организованное целое при помощи некоторой неорганической силы, которая, находясь все время в падорганическом состоянии, обладает специфическим качеством одухотворения и формирования организованного целого (например, энтелехия Дриша, мнема Блейлера, руководящая сила Клода Бернара и др.). Такую позицию заняли виталисты всех направлений, хотя некоторые из них давали объективные оценки целостности.
Преимущество изучения целостного организма с особой силой выражено уже в очень ранних работах И.П. Павлова.
Так, например, еще в конце прошлого столетия он выдвинул идею, что наиболее нормальные функции организма можно изучать не у ограниченного в подвижности животного, т.е. в условиях вивисекции, а у целостного, ненаркотизированного животного. Так появились его знаменитые методы исследования: изучение кровяного давления, фистульные методы при изучении пищеварения и, наконец, изучение высшей нервной деятельности.
Однако физиология XIX п XX веков характеризуется именно тем, что в ней сосуществовали противоречивые тенденции. Наряду с совершенно четко ощущаемой необходимостью изучения целостного, динамически функционирующего организма физиолог-экспериментатор находился все еще под опьяняющим влиянием анализа рассечения организма и часто ограничивался исследованием лишь его тонких механизмов, не относя результатов к более высоким принципам организации.
В последние годы тенденция к изучению специфических закономерностей именно целостного организма стала уже совершенно непреодолимой в связи с нарастающим разочарованием исследователей в продуктивности одного аналитического подхода к исследованию и к объяснению полученных результатов. Становится все более очевидным, что необходимо сформулировать такой рабочий принцип, который мог бы перебросить концептуальный мост между теми фактами, которые получаются при изучении явлений у целостного животного, и теми, которые получаются при тонком аналитическом эксперименте.
В сущности, эта проблема актуальна не только для исследователей-биологов, по и для физиков, экономистов и других специалистов. Достаточно проследить крайне интересную дискуссию между Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном, чтобы попять, какой животрепещущей проблемой является выработка этих новых принципов целостного подхода к изучаемому объекту.
В этой дискуссии столкнулись два подхода к вопросу, как обеспечить уровень специфически целого в научном исследовании, например, организма, и в то же время не потерять огромных преимуществ уровня тончайшего анализа.
Как известно, Нильс Бор выразил свою точку зрения в концепции, известной как принцип дополнительности. Согласно этой концепции, целое и целостный подход должны дать исследователю возможность найти дополнительные характеристики изучаемого объекта, более или менее отражающие специфические черты именно целого.
Он считает, что условия наблюдения, т.е. ракурс, в котором мы наблюдаем изучаемый объект, могут изменяться в процессе исследования и поэтому дает дополнительные опорные пункты для всестороннего познания объекта. По своей сути этот подход, расширяя возможности изучения целостного объекта, ставит исследователя в положение наблюдателя, определяющего, как складываются наблюдаемые явления.
Альберт Эйнштейн, наоборот, стремился найти такой подход, который заменил бы феноменологический подход Бора динамическим подходом, позволяющим проникнуть в природу внутреннего взаимодействия в каком-либо сложном целостном феномене.
В то время как при помощи феноменологического подхода к целостному процессу можно определить, как устроены изучаемые объекты, подход Эйнштейна заключается в стремлении эмпирически найденную закономерность представить как логическую необходимость.
Нам сейчас важно подчеркнуть, что дискуссия между двумя величайшими учеными нашего времени принимает как нечто определенное и обязательное поиски переходного принципа целостного подхода к явлениям. Речь идет лишь о том, в какой форме этот принцип мог бы быть наиболее эффективным для конкретной научно-исследовательской работы, поскольку целостный подход вообще, оставаясь мечтой исследователя, не давал в то же время никаких конструктивных решений для формулировки задач повседневного исследования.
Целое и аналитическое экспериментирование по-прежнему уживались в двух параллельных плоскостях, не обогащая друг друга.
Появление системного подхода дало ученым некоторую надежду на то, что, наконец, целое из диффузной и неконструктивной формы примет четкие очертания операционального исследовательского принципа. Однако прежде чем анализировать причины, по которым этот принцип не был найден, мы хотим дать краткую оценку развития системного подхода в различных физиологических школах.
Термин система имеет весьма древнее происхождение, и едва ли есть какое-либо научное направление, которое его не употребляло. Достаточно вспомнить систему кровообращения, систему пищеварения и т.д., которые до сих пор некоторыми исследователями принимаются за выражение системного подхода.
Большей частью термин система употребляется там, где речь идет о чем-то собранном вместе, упорядоченном, организованном, но, как правило, не упоминается критерий, по которому компоненты собраны, упорядочены, организованы.
Эти общие недостатки естественны. Мы не должны забывать, что последовательное приложение системного принципа к явлениям различного класса (организму, машинам, обществу) не является простой сменой терминологии, перестановкой лишь порядка исследовательских приемов. Системный подход к исследованию является прямым следствием перемены теоретического подхода к пониманию изучаемых объектов, т.е. в какой-то степени следствием изменения самой формы мышления экспериментатора.
Естественно, что такой процесс не может быть одномоментным.
Как будет показано ниже, наиболее характерной чертой системного подхода является то, что в исследовательской работе не может быть аналитического получения какого-то частичного объекта без точной идентификации этого частного в большой системе. Таким образом, со стратегической и практической точек зрения исследователь должен иметь, прежде всего, конкретную концепцию системы, которая должна удовлетворять основным требованиям самого понятия системы, и лишь после этого формулировать тот пункт системы, который подлежит конкретному исследованию.
В области физиологических исследований И.П. Павлов, пожалуй, первым употребил выражение система для некоторых специальных случаев своей экспериментальной работы. Речь идет, прежде всего, о формировании динамического стереотипа.
Как известно, эта система создается тем, что изо дня в день повторяется стереотипный порядок одних и тех же условных раздражителей. В результате длительной тренировки этот порядок раздражителей, обнаруживаемый по специфическому для данного раздражителя количеству слюны, проявляет себя даже в том случае, когда применяется один и тот же раздражитель.
Прямые электроэнцефалографические исследования мозга в момент создания такого динамического стереотипа, проведенные в нашей лаборатории А.Д. Семененко, показали весьма интересные свойства мозга как целого. Так, например, оказалось, что к каждому предстоящему раздражителю в случае укрепленного динамического стереотипа мозг автоматически, т.е. только на основе прежней тренировки и независимо от реального внешнего раздражителя, готовит состояние, качественно отражающее именно тот раздражитель, который применялся на этом месте много раз в прежних тренировках. Конечно, создаваемые таким образом стереотипные состояния мозга, отражающие комплекс условных раздражителей данного опытного дня, далеки по своему физиологическому смыслу от того системного подхода, который бурно развивается в последнее время.
И все же эти эксперименты показали, что мозг может па основе приобретенного опыта создавать некоторые целостные состояния, объединяющие раздражители целого экспериментального дня и раскрывающиеся независимо от реальной экспериментальной обстановки.
Мы не будем приводить здесь все те случаи, в которых понятие система привлекалось для обозначения чего-либо упорядоченного, ибо хорошо известно, как широко этот термин употребляется для обозначения подобного рода феноменов. Нас интересуют здесь по преимуществу системы, обладающие способностью экстренной самоорганизации, динамически и адекватно приспосабливающие организм к изменению внешней обстановки.
Иначе говоря, нас интересуют натуральные функциональные системы организма.
Системный подход в форме теоретической концепции под названием общая теория систем возник как реакция на исключительно бурный рост аналитических подходов в науке, все более и более удаляющих творческую мысль от того, что длительное время называлось проблемой целостного организма.
Общая теория систем как новая форма мышления, несмотря на свои глубинные дефекты, сразу же привлекла внимание западных ученых и получила особенно широкий отклик в среде теоретиков. Этому содействовала также организация регулярного ежегодного издания Общая теория систем, которое стало своеобразным дискуссионным клубом и для сторонников, и для противников системного подхода как универсальной концепции, объединяющей интересы самых разнообразных наук.
К этому времени и в среде биологов-экспериментаторов назрела необходимость целостного подхода к объяснению материала, накопленного в результате аналитического подхода к предмету. В отчетливой и красочной форме эту потребность выразил Уоддингтон в предисловии к книге Гудвина Временная организация клетки (1966). Подчеркивая необходимость разработки теоретической биологии, направленной па понимание принципов организации биологических систем, он пишет: Мы можем восхищаться теориями, говорящими нам о назначении структуры в простейших живых объектах, таких, как, например, вирусы, которые почти целиком состоят из нуклеиново-кислотного стержня, заключенного в белковую оболочку, но мы не можем удовлетвориться ими.
Нам необходимо развить, исходя из этого, надструктурную теорию, которая позволила бы нам понять организацию высших, наиболее сложных форм жизни. Однако разработка такого базиса, необходимого биологии для того, чтобы проделать путь от вируса до мыши, является, вероятно, еще более грандиозной задачей, чем та, которую решала физика на пути от атомного ядра к молекуле, полупроводнику и звезде.
Нельзя не согласиться с Уоддингтоном в том, что этот путь действительно труден, однако он не был бы таким, если бы с самого начала изучения биологических систем было решено, что целое, система при своем становлении приобретают собственные п специфические принципы организации, не переводимые на принципы и свойства тех компонентов и процессов, из которых формируются целостные системы (например, возбуждение и торможение).
Значительное влияние па развитие системного подхода оказало интервью отца кибернетики Норберта Винера. Отвечая на вопрос корреспондента о том, какой будет паука в 1984 г., он сказал: Главные проблемы биологии также связаны с системами и их организацией во времени и пространстве. И здесь самоорганизация должна играть огромную роль.
Поэтому мои предположения в области наук о жизни касаются не только их постепенной ассимиляции физикой, но и обратного процесса - постепенной ассимиляции физики ими (Винер, 1964).
Сразу же после этого интервью общая теория систем и системный подход возбудили особый интерес среди исследователей разных специальностей. Прежде всего, было организовано несколько центров по изучению системы: при Кливлендском и Оксфордском университетах (Исследование систем) и др.
Во Франции недавно был создан специальный Институт высшего синтеза, организаторы которого, в сущности, также сосредоточили свое внимание на изучении принципов организации целостных образований в природе и обществе. Его центральным направлением является формулировка идей науки для раскрытия высшего синтеза в явлениях природы и общества. В 1971 г. этот Институт провел III Международный конгресс, посвященный искусственному и естественному интеллекту
В последние годы один за другим стали организовываться симпозиумы, конференции и другие встречи, посвященные изучению систем. Особенно большую активность в этом направлении (с 1950 г.) проявили Берталанфи и Научное общество по общей теории систем, а также и Кливлендский центр по изучению систем.
Последний уже провел три международных симпозиума по системному подходу в биологии и осуществил ряд изданий, посвященных этой проблеме (например, Теория систем и биология). Естественно, должен возникнуть вопрос: как далеко продвинулись биологи и физиологи после этих многосторонних попыток приблизиться к пониманию системы и использованию ее как методологического инструмента в формулировке новых задач исследования и понимании уже накопленных материалов? Можем ли мы сейчас с большим успехом сформулировать само понятие системы, чем раньше?
Несмотря на то, что общие задачи системного движения в науке сформулированы были достаточно правильно, результаты исследований, особенно конкретизация понятия системы и формулировка ее конкретных и специфических только для нее биологических свойств, остаются очень неутешительными. Не будет преувеличением сказать, что дело остановилось на подборе определений, формулировок, которые охарактеризовали бы систему и выделили бы ее из категории подсистем.
Из всех определений системы, которые даются участниками дискуссии по общей теории систем (см. ниже), видно, что чисто теоретический подход к проблеме практически не сдвинул ее с места. В качестве аргумента можно привести достаточно красноречивую характеристику, данную одним из прогрессивных биологов Гудвином в книге Временная организация клетки (1966). Он писал: Центральное место в биологической науке занимает концепция организации, хотя само понятие организации и не имеет четкого определения.
И это верно. Можно взять десяток определений системы как у самого Берталанфи, так и у его последователей и увидеть, что ни одно из них не дает возможности активно использовать понятие система как инструмент для более усовершенствованной исследовательской работы.
Действительно, если подвести итоги поисков системного подхода и приложить их к пониманию всего накопленного материала в биологических и физиологических исследованиях, то сразу же обнаруживается их неспособность хоть в какой-либо мере помочь конкретному исследованию. Мы не сможем каждый конкретный результат, полученный при аналитическом эксперименте, поставить в определенное место системы, чтобы он приобрел свое реальное значение органического компонента системы, содействующего своими степенями свободы получению результата системы.
Вспомним, что одной из главных целей поисков системы является именно ее способность объяснить и поставить на определенное место даже тот материал, который был задуман и получен исследователем без всякого системного подхода.
В чем причина этого очевидного неуспеха в таких оживленных поисках системного подхода при достаточно правильно сформулированной исходной цели? Почему при правильно сформулированных недостатках теоретических обобщений в биологии и физиологии и при широком внимании к этим недостаткам мы, тем не менее, не имеем конструктивных итогов, которые своей полезностью заслужили бы широкую популярность у экспериментаторов - биологов и физиологов? Нам кажется, что одной из главных причин такого печального положения с поисками конкретных качеств системы является излишнее теоретизирование всей проблемы в целом.
Действительно, необходимость начать системный подход возникла у специалистов главным образом в результате смутного ощущения неправильного развития биологии и физиологии, т.е. на основе чисто теоретических соображений. Достоинства системного подхода мыслились теоретически, но они еще не имели соответствующего, уже найденного в конкретном исследовании эквивалента.
Сложилось курьезное положение: с одной стороны, не было поддержки конкретных биологических и физиологических наук в виде открытия конкретных, специфических только для системы механизмов, а с другой - непомерно разрослась часть теоретических поисков и определений, часто украшенных обширными математическими выкладками. Именно этим можно в какой-то степени объяснить парадоксальное явление: у всех теоретиков системы и у философов поразительно схожи сами определения понятия системы, хотя ни у тех, ни у других это понятие не имеет действенного значения как инструмент, облегчающий конкретную исследовательскую работу.
ОСОБЕННОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В РАЗРАБОТКЕ ТЕОРИИ СИСТЕМ
Интересно выяснить, какие же цели ставят перед собой различные группы исследователей, какими методами они осуществляют настойчивый поиск системного подхода?
При первой же попытке понять эти цели по имеющимся литературным источникам, мы встречаемся, по крайней мере, с четырьмя оформившимися тенденциями.
Первая состоит в том, чтобы сделать системный подход достаточно понятным с формулировочной точки зрения и направить все внимание на философский смысл и объем системного подхода, примененного, в частности, к социальным явлениям. В этих поисках система выступает как научная и философская категория, ведущая к усовершенствованию познавательного процесса.
Такое направление, в основном разрабатываемое философами и историками, развивается в настоящее время по пути исключительно теоретического поиска и теоретической оценки, при которых трудно пока говорить о каком-либо контакте с практическими запросами исследовательской работы.
Представителями второй тенденции являются сторонники математической формализации системы, или математической теории систем (Месарович, Раппопорт, В. Кухтин и др.).
Последователи системного подхода, поддерживающие третье направление, считают, что теория систем должна вырасти из изучения натуральных систем и затем стать конкретным инструментом исследования. Такие системы должны помогать исследователю ставить новые, более прогрессивные задачи научных исследований, быть способными объяснять накопленный ранее материал, и преодолеть только аналитический подход к исследовательской работе.
Эта категория ученых обычно ожидает, что теория систем проложит концептуальный мост через пропасть, пока еще разделяющую синтетический и аналитический подходы к объектам исследования.
Можно считать, что к последнему направлению примыкают сторонники системного подхода (четвертая тенденция), которые под этим углом зрения анализируют социально-экономические системы.
В последние годы становится особенно популярной проблема больших систем, объединяющая все виды организации промышленных, производственных и обслуживающих систем (В.А. Трапезников, В.Г.
