Файл: Системный подход в современной науке..pdf

Принцип 2: Одинаковые элементы («полимеры») целого должны действовать на основе однотипных внутренних программ.

Принцип 3: Согласование во времени однотипных программ по­ лимеров, необходимое для реализации взаимосодействия частей и порождающее удивительный феномен целостности, может быть обеспечено периодическими корректировками старта одинаковых процессов (например, разовыми сдвигами фаз пульсаций отдельных верхушек роста в распределительной системе гидроидов).

Принцип 4: Внутренняя дифференцировка системы достигается на основе переключений программно определенных функциональ­ ных состояний подсистем, происходящих в индивидуальном развитии или при периодических взаимных корректировках.

Принцип 5: Устойчивая целостность системы, находящейся в не­ равновесном состоянии, обеспечивается, во-первых, за счет изна­ чального тождества однотипных элементов; и во-вторых, за счет вза­ имной дополнительности неодинаковых элементов, на чем основана интеграция системы, которая возрастает по мере усиления степени дифференцировки целого.

Многократное структурное дублирование свойственно живо­ му на всех уровнях организации: молекулярном, клеточном, много­ клеточном, популяционном, экосистемном, биосферном. На всеоб­ щее значение полимеризации как основополагающего явления ука­ зывали множество раз. Тем не менее значение полимеризации не ограничивается а) увеличением надежности системы благодаря дублированию и б)возможностью прогрессивной дифференциров­ ки (специализации первоначально однотипных частей), на что в ос­ новном и обращают внимание. Мы полагаем, что не менее важное значение биологической полимеризации заключается в снижении роли каждого отдельного элемента путем увеличения числа иден­ тичных элементов. Таким образом, результат деятельности органа достигается суммированием активности множества равнозначных элементов (таких, как клетки или зооиды). Ошибки и сбои в работе отдельных элементов взаимно нейтрализуются. Это позволяет по­ низить требования к точности воспроизводства программы или ре­ акции на изменения среды. Взаимосогласование осуществляется в таком случае по принципу: «эффект воздействия элемента на дру­ гие составляющие системы возрастает по мере совпадения с пре­ обладающим суммарным воздействием всей совокупности одно­ именных элементов»9.

Обнаруженные простые механизмы физиологической интеграции организма, не требующие высокой централизации, прямого управле­ ния, наличия мощных центров переработки и анализа информации, представляют общенаучный интерес. Есть основания предполагать, что принципиально такие же механизмы саморегуляции и самоорга­ низации действуют на различных уровнях организации материи: от атомного и молекулярного до социального, включая происхожде­ ние и эволюцию жизни, возникновение высших форм сознания, раз­ витие государств и цивилизаций.

Действительно, в основе всех этих систем лежит в той или иной форме и степени взаимосогласование относительно независимых элементов целого, достигаемое на основе в значительной мере слу­ чайного взаимодействия, будь то движения атомов, или формирова­ ние нейронной сети в мозгу позвоночных животных, или поведение членов социума10. Механизм интеграции подобен взаимосогласованию множества ничтожных пульсаторов в колонии гидроидов, порож­ дающему сильный, можно сказать «синергический», эффект — про­ тяженное течение жидкости в длинном и разветвленном трубчатом теле колонии.

Эффект от взаимодействия может быть нелинейным, т. е. резуль­ тат непропорционален воздействию, что связано с нелинейным ха­ рактером изменения степени взаимосогласования активности эле­ ментов. Также и в социуме — не столь важно количество энергии и продукции, созданной множеством людей, как взаимное соответст­ вие их деятельности. Используем этот пример для пояснения роли не­ централизованной саморегуляции. Казалось бы, что разумные дирек­ тивы из центра способны в наибольшей степени усилить эффектив­ ность совместной работы и жизнедеятельности коллектива. Однако жесткая централизация ограничивает личную инициативу. Возможны два варианта последствий. Первый — подавление инициативы рядо­ вых членов общества тормозит прогресс, так как всякое отклонение от привычного, в том числе и признание всякого нововведения, сдер­ живается громоздкой процедурой согласований для принятия реше­ ния. Второй — личная инициатива находит иные формы выражения и самореализации — вне плоскости общегосударственных задач, что также снижает эффективность планируемой совместной деятельно­ сти. Оптимальный вариант организации социума предполагает сво­ боду личной инициативы при условии подчинения каждого общим для всех правилам поведения, предусматривающим безвредность по­

следствий частной деятельности для остальных членов общества. Это означает некоторое ограничение степеней свобод элементов, как необходимое условие самоорганизации. Важно, однако, подчеркнуть, что самоорганизация основывается на сохранении самостоятельнос­ ти элементов, объединенных общей средой и едиными правилами взаимодействия.

Примером может быть поведение муравьев, стремящихся коопе­ ративно перетащить тяжелый предмет. Результирующая согласован­ ность действий достигается не передачей команд или централизован­ ным руководством, а подчинением каждого муравья простым прави­ лам поведения, ориентирующимся на доминирующий импульс. Такое поведение у социальных перепончатокрылых в англоязычной лите­ ратуре получило название «Collective или Swarm Intelligence» («кол­ лективный разум»). Оно в значительной мере основывается на мето­ де «проб и ошибок». Оказалось, что эффективность кооперации за­ висит в том числе и от размеров колонии, возрастая в больших му­ равейниках11.

Поведение колониальных насекомых послужило примером для со­ здания моделей коллективной работы роботов, в основе которых ока­ зались сходные с нашими принципы относительной независимости действий роботов, способность к переключению нескольких алгорит­ мов в зависимости от локальной ситуации12.

Не надо думать, что только низшие беспозвоночные демонстри­ руют не столь высокую, как предполагается, внутреннюю взаимоза­ висимость частей. Яркое описание способности сложнейшей систе­ мы функционировать после множественного нарушения связей меж­ ду ее основными подсистемами дано еще нейрофизиологом Р. Спер­ ри на примере мозга кошки: «В некоторых работах, проведенных в на­ шей лаборатории, мы буквально изрешетили зрительную и соседнюю с ней области коры мозга кошки с помощью иголок и булавок из тан­ таловой проволоки. Мы втыкали в ткань коры дюжины иголок, пока она не стала похожа на густо истыканную подушечку для булавок

ипока наше терпение не истощилось. Так как эти иголки были био­ логически инертны, мы их просто оставили в мозгу. И несмотря на это, в последующих тестах на околопороговое различение образов характеристики зрения были практически такими же хорошими, как

ираньше. ...Насколько резко с этим сохранением в живом мозге ор­ ганизованных функций контрастирует положение, наблюдаемое в по­ строенных человеком цепях, когда одна единственная перегоревшая

лампа или одна сломанная проволочка производят разрушительный эффект!»13

Р. Сперри далее перечисляет главные условия такой поразитель­ ной саморегуляции сложной системы, а именно: 1) фактор множест­ венного соединения; 2) широкое перекрытие связей соседних эле­ ментов; 3) множественное подкрепление любой данной функции из многочисленных и разнообразных источников, каждый из которых способен самостоятельно поддерживать свою активность; 4) дубли­ рование органов.

Как, исторической справедливости ради, не вспомнить И.И. Шмальгаузена, подчеркивавшего особую роль в регуляторных процессах по­ лимеризации и многократного дублирования на всех уровнях органи­ зации биологической системы! Обратим внимание, что главным усло­ вием самоорганизации нормальной работы мозга оказывается дубли­ рование элементов и процессов, а вовсе не точность передачи и пере­ работки информации, столь необходимые в автоматах.

Основоположник синергетики Г. Хакен привлек внимание к сход­ ству кооперативных явлений в неравновесных системах, используя накопившиеся к этому времени знания о фазовых переходах, гидро­ динамических неустойчивостях и автокаталитических реакциях.

Эти идеи получили особенно впечатляющее развитие в нейроин­ форматике и более всего в той ее области, которая занимается со­ зданием искусственного интеллекта, или «нейрокомпьютеров». В ос­ нову теории были положены принципы работы нейронных сетей — со­ вокупности равнозначных элементов, взаимосвязанных друг с другом наподобие сети. Каждый элемент (имитирующий нейрон) принимает сигналы от множества входов, суммирует с учетом их «удельного ве­ са», может трансформировать нелинейно выходной сигнал, который в общем случае может поступать на множество таких же искусствен­ ных «нейронов». Обычно исходные сигналы одновременно поступа­ ют на множество «нейронов» и параллельно обрабатываются, а за­ тем могут взаимодействовать на выходе. Если сигналы далее посту­ пают к следующей совокупности «нейронов», то такая сеть становит­ ся многослойной. В подобной системе практически невозможно точ­ но предсказать характер прохождения сигналов в различных частях устройства. Однако именно такие «нейрокомпьютеры» лучше обыч­ ных способны решать разнообразные задачи без перенастройки, «самообучаться» путем изменения параметров трансформации сигна­ лов «нейронами» и сравнения получаемого результата с эталоном.