ЭВМ и живой организм

Естественно, возник вопрос: каковы причины появления такой ориентировочно-исследовательской реакции? Условный раздражитель был обычным – звонок. К кормушке после звонка собака пошла как обычно. Что же не хватило животному, чтобы и дальше прореагировать обычным образом?

Анализ этого вопроса показал, что применение условного раздражителя (звонка) вызывает как бы параллельное формирование двух нервных механизмов. В результате действия первого механизма возникает пищевая реакция–движение в сторону кормушки, выделение слюны и так далее. Второй механизм создает в мозгу собаки комплекс возбуждений (комплекс сличения), соответствующих виду, запаху, вкусовым качествам сухарей. Была высказана гипотеза: для того, чтобы пищевая реакция животного закончилась планомерно и стандартно, надо, чтобы раздражение от внешнего вида сухарей поступило в центральную нервную систему и было соотнесено с комплексом сличения (который сформировался сразу же после начала действия условного раздражителя).

Внешние признаки мяса, конечно, тоже возбуждали собаку. Однако комплекс этих возбуждений оказался не подобным «заготовленному» возбуждению. Произошло, таким образом, «рассогласование» между результатами афферентного синтеза и реальным комплексом раздражений, поступивших в нервную систему.

Это была единственная физиологически мыслимая причина того, что мясо не оказало немедленного пищевого воздействия. Очевидно, комплекс возбуждений, связанных с мясом, оказался не подобным чему-то. Но чему? Установить это удалось лишь значительно позже.

МЕХАНИЗМ ПРЕДВИДЕНИЯ

Постепенно завоевала право на существование гипотеза о наличии специального механизма. Этот механизм возникает вследствие афферентного синтеза раньше, чем совершится действие и появится его результат, но вместе с тем содержит в себе все признаки этих будущих результатов. Этот механизм был назван П. К. Анохиным «акцептором результатов действия».

Его существование мыслилось в связи с необходимостью сличать результаты действия с результатами афферентного синтеза.

Однако сформулировать еще не значит доказать. Нужно было подтвердить существование этого весьма предположительного механизма, нужно было выяснить его устройство.

С этой целью специальные наблюдения были произведены на людях.

В то время, когда мясом в кормушке собаки подменяли сухари (1932 г.), еще не существовало ни кибернетики, ни бионики. Не возникло еще и проблемы предвидения. Поэтому встреченное новое физиологическое явление было названо «заготовленным возбуждением».

18 лет спустя, после ряда новых опытов, это явление было изучено еще глубже и названо «опережающим возбуждением». Тогда уже была возможность применить новейшую аппаратуру и измерять электрические токи, возникающие в человеческом мозге – в частности, при возбуждениях, опережающих течение событий.

Опыт поставили таким образом. Регистрировались биотоки мозга, появляющиеся при воздействии на человека тремя последовательными раздражителями «звонок – сирена – свет». После длительной тренировки последовательность этого ряда воздействий была изменена: вместо света внезапно был опять включен звонок. А мозг реагировал на повторный звуковой сигнал так же, как на свет. Из этого следовало, что возбуждение пришло в зрительную область раньше, чем туда мог прийти внешний раздражитель.

Стало очевидным, что при организации цепи раздражений возбуждение распространяется по мозгу от пункта к пункту гораздо более быстро, чем сами реальные, последовательно появляющиеся внешние раздражители. Возбуждение опережает реальный раздражитель, который должен еще только в будущем подействовать на центральную нервную систему, и занимает те области мозга, которые он в будущем должен возбудить. Так возникла идея о приспособительной роли возбуждений, названных «опережающим возбуждением».

Способность нервной системы создать цепь опережающих возбуждений является древней основой, на которой развивается условный рефлекс и любое предсказание, или «прогнозирование», будущих явлений. Стала ясна и ориентировочно-исследовательская реакция животного на подмен сухарей мясом. Она могла возникнуть только потому, что возбуждение от условного раздражителя, сигнализирующего вполне определенные вкусовые ощущения, развивается в тех клетках, где оно должно появиться лишь в будущем, то есть в момент поедания пищи. Между тем, признаки мяса оказались несовпадающими с этими «заготовленными возбуждениями».

Принцип развития опережающих возбуждений является следствием свойств нервной ткани и потому имеет место всюду, где возникает необходимость, выражаясь языком И. П. Павлова, «предупредительной реакции». Практически он «предсказывает» вероятные результаты действия при данном решении и данной цели действия. Вместе с тем комплекс возбуждений, в котором закодированы свойства будущих результатов, полностью обеспечивает сопоставление полученных результатов с тем, что задано, или с совокупностью признаков данной ситуации. Механизм «акцептора действия» имеет универсальное распространение, и вряд ли возможен какой-либо даже самый простой акт (будь то акт поведения или чисто физиологический процесс) без предварительного его формирования.

Однако все это еще не дает ответа на вопрос о конкретном устройстве механизма, который обеспечивает предсказание результатов и их сличение с реально получаемыми сведениями.

Для его изучения была избрана система дыхания. Достоинства и удобства ее как объекта исследования очевидны. Система дыхания характеризуется значительно упрощенным афферентным синтезом по сравнению даже с самым простым актом поведения. Сопоставив мотивацию, обстановку, сигнал и память в случае, когда человек идет выпить стакан воды, с мотивацией, обстановкой, сигналом и памятью при дыхании, мы ясно видим, что в первом случае число возможных вариантов поступка, число «степеней свободы» человека неизмеримо больше. В самом деле, если дыхание мотивируется только необходимостью воздухообмена в легких, то наряду с мотивом «жажды» у человека может быть еще множество других желаний, которые усложняют картину его психической деятельности. То же самое положение и в других составных частях афферентного синтеза.

Словом, процесс дыхания прост с точки зрения психической деятельности да вдобавок и хорошо изучен физиологически.

Был поставлен опыт. На пути распространения команд от мозга к органам дыхания (на диафрагмальном нерве) было поставлено специальное электронное устройство. Задача этого электронного устройства состояла в том, чтобы расшифровать сигналы, поступающие по нерву, и превратить их в команду для специального аппарата искусственного дыхания (аппарат искусственного дыхания, естественно, выполнял в данном случае функции легких). Благодаря такому способу преобразования естественной команды дыхательного центра, прибор искусственного дыхания становился самоуправляемым – в точном соответствии с запросами организма. Весь процесс забора воздуха в этой установке управлялся самим «дыхательным центром» мозга, то есть точно так же, как и в обычной ситуации.

Такой способ самоуправляемого искусственного дыхания позволяет самому организму выбирать наиболее благоприятный для его окислительных процессов режим дыхательной деятельности. Это, естественно, может представить большой интерес для практических целей в медицине.

Однако нас сейчас интересует не эта сторона дела. Для изучения проблемы «акцептора действия» важна возможность «рассогласовывать» команды, посылаемые мозгом и передаваемые электронным устройством.

Рассогласование производилось следующим образом. Получив команду от мозга забрать, скажем, 500 кубических сантиметров воздуха, электронное устройство уменьшало эту цифру до 300 и ее-то передавало аппарату искусственного дыхания. В соответствии с измененной командой в легкие поступало воздуха на 200 кубических сантиметров меньше, чем «запрашивал» мозг. Естественно, сведения о таком уменьшении дозы мгновенно поступали от легких к мозговому дыхательному центру. Как прореагирует он на это внезапное «рассогласование», на это несоответствие между решением и истинной его реализацией?