Мозг и кибернетика

Источник: «Литературная газета», №122 (3933), 11 октября 1958 г.

Автор: Профессор С. Брайнес

Столетиями машина облегчала физический труд человека, и только развитие кибернетики позволило в известной степени заменить некоторые виды умственной работы. Широкую известность получили в наше время быстродействующие вычислительные электронные машины и машины-переводчики; в Советском Союзе создан автоматический машинист. В настоящее время перед наукой встают новые задачи. Учёные разных стран, изучая деятельность головного мозга, стараются вскрыть новые принципы и закономерности, которые можно было бы использовать при создании совершенных автоматических устройств.

С принципиальной точки зрения такая несколько неожиданная постановка вопроса вполне закономерна. Давно прошло время, когда люди думали, что в основе деятельности головного мозга лежит какое-то нематериальное начало – душа, дух. Работами И. М. Сеченова, И. П. Павлова доказано, что основа даже самых сложных форм работы головного мозга – материальна, что эта работа может быть изучаема объективными методами исследования.

Важно отметить, что в ряде случаев исследователи устанавливали определённые закономерности в жизнедеятельности организма только после того, как эти закономерности удавалось использовать в технике. Например, принципы локации сначала были изучены инженерами и нашли практическое применение в точных науках, и только позже удалось обнаружить сходные физиологические механизмы у летучих мышей.

Как справедливо подчёркивает советский учёный проф. Э. Кольман, предпосылки для возникновения кибернетики как научного направления были созданы, с одной стороны, развитием физиологии, в особенности работами И. П. Павлова и других учёных, открывших пути для материалистического изучения физиологических механизмов работы головного мозга, а с другой – прогрессом в области математических, физических и технических наук.

Ещё в 1909 г. в своей знаменитой речи «Естествознание и мозг» И. П. Павлов говорил: «...вся жизнь от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд всё усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний внешней среды. Придёт время – пусть отдалённое, – когда математический анализ, опираясь на естественно-научный, охватит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них, наконец, и самого себя».

Предвидения И. П. Павлова приближаются к осуществлению. Широкое изучение физиологических механизмов, лежащих в основе работы головного мозга, откроет новые возможности для конструирования более совершенных кибернетических машин.

Над этой проблемой работают учёные различных стран мира. Важный вклад в развитие кибернетики сделан советскими исследователями.

И всё же нам кажется, что в этом направлении используются ещё не все возможности. Можно выделить ряд конкретных актуальных проблем, в решении которых могли бы совместно с физиками, математиками и инженерами активно участвовать и физиологи. Первая из них связана с дальнейшим усовершенствованием самонастраивающихся автоматов. До последнего времени при создании того или иного автоматического устройства человек должен был продумывать и вкладывать в машину программу её работы. Составление такой программы – очень сложное и трудоёмкое дело. Нужно активно работать над устройствами, которые сами разрабатывают программу своей деятельности.

Известно, что головной мозг обладает такой способностью. И в основе её лежат принципы, доступные, в известной степени, моделированию. Необходимо изучать эти принципы, искать пути практического их использования.

Вторая проблема связана с кибернетической «памятью». Чтобы получить нужную информацию от машины, часто приходится «просматривать» обширный материал, запечатлённый в её «мозгу». Известно, что головной мозг хранит чрезвычайно большой объём информации. Если бы человек, приступая к новому виду деятельности, каждый раз «просматривал» всё, что хранится в его памяти, то работа головного мозга стала бы невозможной. Однако в нем имеются физиологические механизмы, обеспечивающие быстрое и безошибочное отыскание нужной информации.

Изучение принципов организации системы, сохраняющей информацию в головном мозгу, а также механизмов, обеспечивающих выбор нужных в определённый момент данных, представляет большой интерес для кибернетики. Поскольку идеи кибернетики важны для изучения высшей нервной деятельности и, в частности, могут оказаться полезными для патофизиологии, в руководимой мною экспериментальной лаборатории Института психиатрии Министерства здравоохранения СССР проводятся некоторые исследования в этом направлении.

Эксперименты проводятся на различных животных, в том числе и на человекообразных обезьянах. В частности, сотрудница лаборатории С. Новосёлова изучает физиологические механизмы, при помощи которых животное находит способ наиболее лёгкого и быстрого получения пищи. Чтобы достать фрукты со специального столика, обезьяна совершает сначала очень сложную серию движений. Но постепенно движения изменяются, становятся более простыми и короткими. Во время этого эксперимента выявляются относительно простые принципы, которые могут быть, по-видимому, моделированы в кибернетических машинах. Эти исследования представляют, по-моему, большой интерес.

О. Кобринская и Ю. Шрейдер изучали поведение крыс, помещённых в лабиринт. В результате исследования было выяснено, что принципы, по которым животные отыскивают выход из лабиринта, в значительной степени отличаются от тех, которые используются при решении аналогичных задач кибернетическими машинами.

Несомненно, головной мозг обладает весьма сложными и вместе с тем совершенными механизмами. Они изучаются и в экспериментах, связанных с искусственной выработкой у животных сложных систем условных рефлексов (А. Напалнов, Г. Верёвкина. Л. Смирнова).

Следует отметить, что каждая нервная клетка – это «элементарная единица», которая может быть возбуждена или заторможена. Нервной клетке не присущи сложные явления, характеризующие работу головного мозга в целом (мышление, память и т. д.). Эти явления возникают, по-видимому, только в сложных системах, состоящих из очень большого числа особым образом соединённых между собой нервных клеток. В связи с этим в наших экспериментах основное внимание уделялось процессам, протекающим в системах нервных клеток.

Для того чтобы изучить механизмы, обеспечивающие быстрое нахождение нужной информации в головном мозгу, были проведены следующие опыты. После того, как у животных выработали сложную систему пищевых условно-рефлекторных реакций, искусственно создавались различные внешние ситуации, в которых подопытной собаке оказывалась необходима та или иная информация. Например, собаке, накормленной досыта, не давали пить и включали различные комплексы условных раздражителей выработанной ранее пищевой системы рефлексов. При этом мы изучали процесс распространения возбуждения. Ощущение жажды вызывало процесс возбуждения в определённых нервных клетках. Процесс распространялся по тем системам условно-рефлекторных связей, с которыми эти нервные элементы были связаны. В результате происходило, по-видимому, сопоставление ранее накопленного опыта с новым характером внешних условий. Можно думать, что при этом большое значение имеют специальные физиологические процессы, основанные на «суммации» возбуждения в нервных клетках.

Для дальнейшего исследования этого явления большое значение может иметь моделирование физиологических явлений в кибернетических устройствах. Теория информации, общая теория связи, электронные математические машины открывают новые возможности изучения принципов деятельности человеческого мозга, как это подчёркивает академик А. И. Берг.

Нам кажется также, что разработка этих вопросов может быть полезной и для изучения закономерностей развития патологических состояний центральной нервной системы.

Известно, что биология и медицина ещё очень мало используют успехи, уже достигнутые кибернетикой. Это объясняется прежде всего недостаточным контактом биологических и технических наук. В этой статье мы преследовали цель обратить внимание на важность совместной работы физиологов, математиков, физиков и инженеров в изучении проблем кибернетики. Упоминая о наших экспериментальных исследованиях, мы стремились лишь иллюстрировать некоторые возможные пути подхода к этим проблемам.

В заключение следует подчеркнуть важность теоретических исследований, связанных с критикой ошибочных представлений некоторых американских учёных, ставящих знак равенства между мозгом и кибернетическими машинами. Нет сомнения в том, что современная кибернетика, как и другие достижения науки, служит новым подтверждением правильности положений диалектического материализма.

«Мозг и машина», 1960 год