Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции

Турчин В.

Рис. 2.7. Редупликация рецепторов

Не имея возможности опереться на данные о том реальном эволюционном процессе, который миллионы лет назад породил сложную нервную систему, мы вынуждены удовлетворяться чисто гипотетическим комбинаторным построением, показывающим теоретическую возможность возникновения схемы регулирования. Будем систематически исследовать все возможности, к которым приводят редупликация и отбор. Естественно предположить, что в процессе редупликации сохраняются как связи внутри удвояемой подсистемы, так и связи ее с теми частями, которые не редуплицируются. И еще мы предположим, что между только возникшими подсистемами существует вследствие их близкого расположения связь, которую мы будем изображать штриховой линией и которая может либо укрепиться, либо исчезнуть. Начнем с самого начала, т. е. с того случая, когда мы видим всего одну нервную клетку, являющуюся одновременно и рецептором, и эффектором (рис. 2.7,а). Здесь всего одна возможность редупликации, которая приводит к появлению двух клеток (рис. 2.7,б). Если одна из них оказывается ближе к поверхности, а другая — к мышечным клеткам, то полезно разделение труда между ними. Так возникает схема рецептор — эффектор (рис. 2.7,в).

Здесь уже две возможности редупликации. Удвоение рецептора дает схему г на рис. 2.7, которая после исчезновения штриховой связи преобразуется в схему д. Аналогичный процесс порождает схемы е, ж и т. д. Таким образом происходит разрастание нулевого уровня иерархии (рецепторов), о котором говорилось выше.

Рис. 2.8. Редупликация эффекторов

На рис. 2.8 показаны схемы, которые возникают из схемы 2.7,в путем редупликации эффектора. В схеме б возбуждение одного рецептора должно по двум каналам передаваться двум эффекторам. Однако известно, что электрическое сопротивление синапсов резко падает после того, как по ним первый раз проходит ток. Поэтому если возбуждение направится по одному каналу, то этот канал связи будет закреплен, а второй окажется шунтированным и может «отсохнуть» (схема в). Затем возбуждение может продолжить дорогу через штриховую связь (схема г), что знаменует зарождение первого уровня классификаторов.

На рис. 2.9 представлены возможные варианты развития трехнейронной схемы 2.8,г. Три группы схем соответствуют редупликации различных подсистем исходной системы. Редуплицируемая подсистема обведена кружком. Первая группа (a, б, в) объясняет разрастание нулевого уровня, вторая группа (г, д, е) — первого уровня иерархии классификаторов. В третьей группе (ж, з, и, к) мы видим схемы, возникающие при редупликации одного классификатора первого уровня без связанного с ним рецептора. Переход от схемы з к схеме и объясняется тем «отсыханием» шунтированного канала, которое мы описали выше. Схема к, появившаяся в конечном счете, существенно отличается от всех остальных схем, представлявших иерархии классификаторов. В этой схеме один из классификаторов «повисает в воздухе» — он не получает информации из внешнего мира. Может ли такая схема быть полезной животному? Да: ведь это и есть схема регулирования!

Рис. 2.9. Варианты развития трёхнейронной схемы

Мы можем предположить такое, например, воплощение схемы 2.9,к. Рассмотрим некое гипотетическое животное, живущее в морской воде. Пусть R — рецептор, воспринимающий температуру окружающей среды. Вместе с ним регистрирует — путем изменения частоты импульсов возбуждения — температуру воды и классификатор A. Пусть большее или меньшее возбуждение эффектора E вызывает растяжение или сжатие оболочки животного, вследствие чего его объем изменяется, и оно либо поднимается к поверхности моря, либо опускается вглубь. И пусть для нашего животного полезнее всего какая-то определенная температура, скажем 16°C. Тогда нейрон Z (фиксатор цели) должен сохранять определенную частоту импульсов, равную той частоте, которую имеет нейрон A при температуре 16°C. Эффектор Е должен регистрировать разность возбуждений нейронов A и Z и соответственно с ее знаком поднимать животное к поверхности, где вода теплее, или погружать в более прохладные нижние слои воды. Такое приспособление премного способствовало бы благоденствию измышленного нами животного.

2.10. Представления

Редупликация различных подсистем нервной сети может породить множество различных групп классификаторов, «повисающих в воздухе». Среди них могут появиться дубликаты целых этажей иерархии, состояния которых в точности соответствуют состоянию тех «осведомленных» классификаторов, которые получают информацию от рецепторов. Соответствуют, но не совпадают. Это мы видим на примере нейронов A и Z на рис. 2.9,к. В сложных системах неосведомленные дубликаты осведомленных классификаторов могут хранить большое количество информации. Состояния этих дубликатов мы будем называть представлениями, отдавая себе ясный отчет, что тем самым мы даем определенную кибернетическую интерпретацию этому психологическому понятию. Очевидно, имеет место тесная связь между представлениями и ситуациями, которые ведь суть не что иное, как состояния аналогичных классификаторов, но получающих информацию от рецепторов. Цель представляет собой частный случай представления, а точнее тот случай, когда сравнение постоянного представления и меняющейся ситуации используется для выработки действия, сближающего их друг с другом. Описанное выше гипотетическое животное обожает температуру 16°C, и «светлый образ» этой блаженной ситуации, которая есть определенная частота импульсов нейрона A, живет в ее памяти в виде точно такой же частоты импульсов нейрона Z.

Это очень примитивное представление. Чем выше организована «осведомленная» часть нервной системы, тем сложнее и ее дубликаты (мы

будем их называть фиксаторами представлений) и тем разнообразнее представления. Так как классификаторы могут принадлежать к разным уровням иерархии и ситуация может быть выражена в разных системах понятий, представления также могут различаться своим «понятийным языком», ибо они могут быть состояниями фиксаторов разных уровней. Далее, степень устойчивости состояний фиксаторов представлений также может быть весьма различной. Поэтому представления сильно отличаются по своей конкретности и стабильности. Они могут быть точными и конкретными, почти чувственно воспринимаемыми. Крайним случаем здесь является галлюцинация, которая субъективно воспринимается как реальность и на которую организм реагирует так же, как на соответствующую ситуацию. С другой стороны, представления могут быть очень приблизительными как из-за своей неустойчивости, так и из-за своей абстрактности. Последний случай часто встречается в художественном и научном творчестве, когда представления выступают как цель деятельности. Человек смутно чувствует, что ему надо, и пытается воплотить это в твердой предметной форме. У него долго ничего не получается, потому что его представления не обладают необходимой конкретностью. Однако в один прекрасный момент (и это действительно прекрасный момент!) он вдруг добивается своей цели и ясно осознает, что он сделал именно то, что хотел.

2.11. Память

Путем редупликации может быть получено, в принципе, сколько угодно фиксаторов представлений. Но тут возникает вопрос: а сколько их нужно животному? Сколько нужно дубликатов «осведомленных» классификаторов? Один? Два? Десять?

Из общих соображений следует, что дубликатов нужно много. Ведь фиксаторы представления служат для организации опыта и поведения во времени. Фиксатор цели хранит ситуацию, которая должна, по идее, осуществиться в будущем. Другие фиксаторы могут хранить ситуации, которые реально были в прошлом. Временная организация опыта необходима животному, стремящемуся приспособиться к среде, в которой оно живет, ибо эта среда обнаруживает некоторые закономерности, т. е. корреляции между прошлыми и будущими ситуациями. Можно предсказать, что после какого-то начального увеличения числа рецепторов дальнейшее совершенствование нервной системы потребует создания фиксаторов представлений, причем создания их в большом числе. Ибо нет смысла продолжать наращивать число рецепторов и классификаторов и улучшать тем самым «мгновенные снимки» окружающей среды, если система не умеет обнаруживать корреляции между ними. Но чтобы обнаружить корреляции между «мгновенными снимками», надо их где-то хранить. Так и возникают фиксаторы представлений, иначе говоря память. Хранение цели в процессе регулирования — это простейший случай использования памяти.

2.12. Иерархия целей и планов

В схеме регулирования на рис. 2.6 цель изображена как нечто единое, целое. Однако мы хорошо знаем, что бывают сложные цели, в процессе достижения которых система ставит пред собой промежуточные, «частичные», цели. Мы уже приводили примеры двухфазных движений: чтобы вспрыгнуть на стул, кошка сначала приседает, а потом подпрыгивает. В более сложных ситуациях цели образуют иерархию, состоящую из многих уровней. Предположим, вы ставите перед собой цель приехать из дома на работу. Это ваша «высшая» цель в данный момент. Припишем ей индекс (номер уровня) нуль. Чтобы приехать на работу, вам нужно выйти из дома, пройти к остановке автобуса, доехать до нужной остановки и т. д. Это цели с индексом минус единица. Чтобы выйти из дома, надо выйти из квартиры, спуститься в лифте и выйти из подъезда. Это цели с индексом минус два. Чтобы спуститься в лифте, надо открыть дверь, войти в лифт и т. д. — индекс минус три. Чтобы открыть дверь лифта, надо протянуть руку к дверной ручке, нажать на нее и потянуть к себе — индекс минус четыре. Эти цели можно уже, пожалуй, считать элементарными.

Цель вместе с указанием способа ее достижения, т. е. разложения на подчиненные цели, называют планом действия. Наш пример есть фактически описание плана приезда на работу. В цели самой по себе, которая в данном случае есть представление «я — на рабочем месте», никакой иерархической структуры нет. Основной логической единицей, образующей иерархию, является план, а цели образуют иерархию лишь постольку, поскольку они являются элементами плана.

Американские психологи Дж. Миллер, Е. Галантер и К.Прибрам в своей книге «Планы и структура поведения» принимают понятие плана в качестве основы описания поведения человека и животных. Они показывают особенность и плодотворность такого подхода. В отличие от классической рефлекторной дуги (без обратной связи) логическая единица описания поведения, используемая этими авторами, содержит петлю обратной связи (рис. 2.10). Эту единицу они называют схемой T-O-T-E, по начальным буквам английских слов test-operate-test-exit (проверка — операция — проверка — выход). Проверка здесь означает проверку соответствия ситуации и цели. В случае несоответствия производится операция, в случае соответствия план считается выполненным, и система идет на «выход». В качестве примера ни рис. 2.11 показан план забивания гвоздя в доску, представленный в виде единицы T– O– T– E.

Рис. 2.10. ЕдиницаT– O– T– E (test-operate-test-exit)

Рис. 2.11. Забивание гвоздя

Схема T– O– T– E на рис. 2.10 изображает то же самое явление регулирования, которое было изображено на рис. 2.6. Отличие между ними в способе изображения. Схема на рис. 2.6 —структурная, на рис. 2.10 —функциональная. Эти понятия надо пояснить. Заодно мы уточним понятие управления.