Александр Драбкин - ЭВМ и живой организм
Теснейшим образом связана с предвидением и память. Синтез всех трех компонентов был бы невозможен, если бы он не был тесно связан тончайшими нитями с прошлым опытом, отложенным в аппаратах памяти (в нашем примере именно память подскажет, куда нужно пойти после звонка, чтобы выпить стакан воды).
Мы проанализировали, из каких элементов складывается решение действовать. Тем самым стала очевидна схема механизма предвидения, вернее его части – той, что связана с выработкой решения, с так называемым «афферентным синтезом информации» (т. е. синтезом информации, предшествующим действию).
Формирование цели – это критический пункт в развитии действия. Именно затем должно начаться формирование сложного комплекса возбуждений, которые, распределяясь по рабочим аппаратам (исполнительным органам), обусловливают получение результатов, точно соответствующих поставленной цели. С точки зрения существа этого переходного момента важно подчеркнуть, что здесь происходит пока еще малопонятная трансформация. Результаты афферентного синтеза трансформируются в возбуждение исполнительных органов, точно отражающее этот синтез. Путь таких превращений пока точно не установлен.
Рассмотрим теперь другие нервные механизмы, образующиеся также немедленно после стадии «принятия решения» и также имеющие непосредственное отношение к предвидению. Как только определены цель действия и программа действия, в нервной системе формируется своеобразный комплекс возбуждений. Физиологический смысл его состоит в том, что с его помощью производится оценка той информации, которая только еще будет поступать в центральную нервную систему от будущих результатов действия. Это подлинный аппарат оценки и сличения результатов с поставленной целью. На существование этого аппарата уже давно имелись косвенные указания в экспериментах с условными рефлексами. Первый эксперимент, который заставил думать в этом направлении, был проделан более 40 лет назад с подменой безусловного подкрепления.
Смысл эксперимента заключался в следующем. Собака в течение нескольких лет работала с условным рефлексом при постоянном безусловном подкреплении в виде 20 граммов сухарей. За это время собака привыкла, что звонок связывается с появлением определенного количества сухарей (безусловное подкрепление). С точки зрения обычных представлений об условной пищевой реакции для животного не было радикальной разницы между подкреплением рефлекса сухарями или мясом. Ведь с общепринятой точки зрения и сухари, и мясо являются безусловными раздражителями, подкрепляющими действие условного раздражителя (звонка). Более того, с точки зрения биологической значимости подкрепление мясом, несомненно, имеет большее значение, чем подкрепление хлебом.
Опыт же показал явления неожиданные. Когда внезапно после одного из очередных звонков перед собакой в кормушке вместо сухарей оказалось мясо, собака это мясо не взяла, хотя и была голодна. Стало очевидно, что на неожиданно появившееся мясо собака реагирует совсем иначе, нежели на привычные сухари. У нее появилась ориентировочно-исследовательская реакция: «Что это такое?»
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.
