ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАБОТЫ МОЗГА

В результате использования описанных выше новых методов наметились пути преодоления основных трудностей, в течение многих столетий воздвигавших непреодолимые преграды к раскрытию механизмов работы мозга. Открылись возможности организации комплексных исследований, объединяющих изучение информационных систем и реализующего их функционирование нейрофизиологического субстрата. Однако по мере реализации этих возможностей стали открываться новые картины сложной организации. Выяснилось, что алгоритмы не являются основными компонентами, определяющими работу мозга. Они объединяются в более сложные организации, имеющие характер специфических информационных механизмов. Были выявлены другие компоненты, составляющие основу построения таких организаций. Далее было выяснено, что и информационные механизмы не представляют собой той основы, на которой строится сложная работа мозга. Они имеют производный характер и возникают в результате преобразования особой категории информационных структур абстрактного вида.

Этот вывод оказался неожиданным. Исследователи привыкли использовать термин «структура» для описания морфологических, физических, химических систем. Информационные структуры имели ряд особенностей. Они могли быть реализованы на различном физико-химическом субстрате и не могли существовать вне такого субстрата. В то же время законы их построения и функционирования не сводились к законам морфофиэиологической организации. Такие структуры одновременно и существовали, проявляя свою деятельность в форме способности к

обучению, принятию решений, и как будто бы не существовали, так как их нельзя было обнаружить и описать в привычных для естественных наук формах. В связи с этим они ускользали от исследователя.

После того как были найдены способы обнаружения таких структур, их стали изучать. Один из наиболее важных принципов построения информационных структур — принцип многоуровневости. Наука уже давно столкнулась с проблемой изучения таких систем. Известны такие уровни исследования, как уровень изучения структуры атома, структуры молекулы, структуры химического соединения. Понятны сложные принципы соотношения уровней, необходимость их исследования специальными методами и описания результатов на различных языках. Однако наличие подобных принципов организации информационных систем все же могло показаться неожиданным.

Только после того, как были пройдены все перечисленные этапы исследования, открылись перспективы раскрытия механизмов работы мозга.

Мы уже говорили о том, что многие ученые-физиологи свои надежды на разгадку тайны интеллекта тесно связывали с разработкой новых методических приемов исследования. Они полагали, что если окажется возможным изучать функции нервных клеток в условиях свободного передвижения животных, если будут найдены средства, позволяющие одновременно исследовать работу многих элементов в нескольких отделах мозга, то тайны мышления будут раскрыты.

На путях достижения этой цели в прошлом возникали, казалось, непреодолимые препятствия. Было трудно представить себе, каким образом можно регистрировать активность отдельных нервных клеток в процессе работы мозга. Удалось записывать только биоэлектрические явления, возникающие при совокупной работе многих тысяч элементов. Такие методики исследования не обеспечивали возможность анализа динамики активности и взаимодействия элементов

, они также не позволяли регистрировать активность элементов при осуществлении сложного поведения. Само движение вызывало такие большие изменения потенциалов, которые маскировали процессы, происходящие при работе нервных клеток. Казалось, что причина трудностей заключается именно в невозможности расчленить мозг на элементы, изучить, как реагируют отдельные нервные клетки и как они взаимодействуют друг с другом.

Шаг за шагом ученые преодолевали эти трудности. Новые методики позволяли регистрировать активность нервных клеток в условиях свободного передвижения животных. Был создан специальный станок, в котором обезьяна могла свободно двигать лапами. Чтобы получить лакомый кусочек апельсина или банан, обезьяна в этом станке могла производить различные действия, решать поставленные перед ней задачи, открывать крышки, заслонки, выдвигать ящики. Обезьяна могла обучаться новым системам действий, и в этих условиях эксперимента оказывалось возможным изучать работу нервных элементов одновременно во многих отделах мозга. Было достигнуто то, о чем ранее могли только мечтать исследователи.

Однако, когда казалось, что разгадка тайн механизмов работы мозга близка, выяснилось, что перед исследователями стоят новые мощные заслоны и преграды. В результате экспериментов было показано, что в основе даже самых простых форм поведения лежит комплексная работа многих отделов мозга. На различных стадиях формирования поведения изменяется характер констелляций, возникающих при функционировании нервных центров. Можно было выявить большую или меньшую степень участил того или иного отдела. Но оставались закрытыми пути для решения основных проблем: какую роль в общей системе играет каждый отдел мозга, почему создается та, а не другая констелляция, каким образом совокупная работа нервных центров приводит к формированию поведения? Без решения этих вопросов процесс исследования вряд ли можно было считать завершенным. Одно из перспективных направлений исследования, как уже говорилось, было связано с изучением нейрофизиологических механизмов

выработки условного рефлекса. Исследователи исходили при этом из предположения, что поскольку этот процесс — одна из основ работы мозга, то раскрытие физико-химических явлений, определяющих формирование временных связей, может привести к раскрытию механизмов высшей нервной деятельности. Однако и на этом пути ученых ожидали неожиданности и новые трудности.

Большой объем приведенных в этом направлении исследований показал, что при выработке условного рефлекса можно обнаружить активность нервных клеток практически во всех исследованных отделах мозга. Работами известного советского ученого Б. И. Котляра и его учеников было доказано, что при этом имеет место не только возникновение активности нервных элементов как ответа на включение сигналов, но и развитие комплекса длительных стационарных изменений в работе ансамблей нейронов (явление центрального тонуса).

Вместе с тем не удалось установить, какую именно роль играет каждый отдел и почему складывается та, а не иная интеграция в работе нервных центров. Оставалось неясным, почему для реализации простого явления, в котором как будто бы должны участвовать два нервных элемента, между которыми возникает временная связь, оказывается необходимой работа всего мозга в целом, всех его отделов. Фактически ученые не получили ответа на вопросы, которые составляют основу любого физиологического исследования. Создавалось впечатление, что полученные экспериментальные данные переросли те рамки, которые были созданы исходной теоретической концепцией. В таких условиях ни новые физические приборы, ни уникальные методы вживления тончайших электродов в структуры мозга не смогут обеспечить решение возникающих проблем.

По мере накопления данных нейрофизиологических исследований некоторые ученые стали сомневаться в том, что такой путь, определяемый старой концепцией, в конце концов может привести к раскрытию механизмов работы мозга. Академик П. К. Анохин в своей статье «В наших силах предотвратить угрозу», опубликованной в «Литературной газете», так охарактеризовал положение,

сложив-шееся в этой области науки: «Мы должны признать, что современная нейрофизиология — наука о мозге — не имеет большой теории, которая могла бы вывести исследователя из тупика, образованного нагромождением неорганизованных фактов.

В такой ситуации нет ничего необычного. Отсутствие развернутой теории — довольно распространенный дефект в науке. Среди крупных ученых, подходящих к изучению мозга с совершенно различных позиций, укрепляется мнение, что дальнейшая детальная разработка отдельных вопросов приносит все меньше и меньше пользы, что надо заняться поисками общих принципов организации головного мозга. Многие выдающиеся исследователи с прискорбием констатируют нашу неспособность хотя бы в общих чертах описать эти общие принципы. И хотя ученые, исследующие работу мозга, трудятся не покладая рук, значительная часть их работы никогда и никем не будет использована, потому что опыты ставятся без всякой системы и специальная литература буквально наводнена сообщениями о весьма бессодержательных экспериментах» ¹.

П. К. Анохин и его ученики предприняли смелые и решительные шаги, для того чтобы вывести нейрофизиологию из возникшего тупика. Была создана концепция о работе функциональных систем и поставлена задача их теоретического и экспериментальногс исследования. Функциональная система — явление, которое не сводится к рассмотрению закономерностей формирования поведения или к рассмотрении нейрофизиологических систем. Это особая категория системных явлений, которые отражают функциональную сторону работы мозга. К их числу относится явление афферентного синтеза, формирования домини-рующей мотивации, акцептора результата действия, принятие решений.

П. К. Анохин пришел к выводу о том, что про стая система представлений об осуществлении реакций на внешние сигналы недостаточна для объяснения механизмов работы мозга. Любой деятельности мозга человека и животных предшествует процесс

¹Анохин. П. К В наших силах предотвратить угрозу — Литературная газета, 1969 г., 30 апреля

привлечения нужной информации, ее преобразование и объединение в новые организации. Не подлежит также сомнению тесная связь формирования нового поведения с возникновением различных мотивов. Мотивы возникают и видоизменяются в процессе активной деятельности человека. Часто имеет место «столкновение», конкуренция различных мотивов и в конечном счете определение главного, «доминирующего» мотива. Был сделан также вывод о том, что параллельно с формированием новых программ поведения осуществляется построение систем оценок его результатов. Возникают специальные комплексы сигналов, с которыми сравнивается поступающая извне информация. Если имеет место совпадение, значит, план поведения был построен правильно и можно идти дальше по «намеченному пути». Если возникает «рассогласование» между «ожидаемым» и полученным результатом, то осуществляется процесс пересмотра планов. Актуальность такого механизма при формировании поведения человека и животных была доказана многочисленными экспериментами. Таким образом, внимание исследователей было привлечено к функционированию целостных единиц, блоков работы функциональной системы.

Ученики и последователи П. К. Анохина В. Б. Швырков, Е. А. Умрюхин, К- В. Судаков, В. А. Шидловский применили эту концепцию при анализе работы различных биологических систем и показали ее эффективность. Е. А. Умрюхин построил кибернетические модели, отражающие работу описанных выше компонентов функциональных систем. А. Р. Лурия и Е. Д. Хомская использовали теорию функциональных систем при анализе нарушений в работе мозга больных, у которых в результате травмы или хирургической операции была исключена из работы та или иная часть мозга.

Наряду с изучением функциональных систем в настоящее время большое значение приобретают исследования, которые указывают на наличие при работе мозга более сложных принципов организации информационных систем, связанных с образованием и функционированием целостных агрегатов, блоков, несущих специфические функции.

Членом-корреспондентом АН СССР Л. В. Крушинским

была создана система представлений о роли так называемых «унитарных» реакций при осуществлении «рассудочной деятельности» животных. Было доказано, что сложную информационную деятельность мозга нельзя представить себе только как функционирование систем условных рефлексов. Решающее значение приобретает взаимодействие целостных «агрегатов», «блоков», каждый' из которых объединяет в своем составе системы как безусловных, так и условных рефлексов. При функционировании таких агрегатов (унитарных реакций) возникают специфические явления и законы, без знания которых невозможно подойти к пониманию сложных форм работы мозга и построению «искусственного интеллекта».

Л. В. Крушинский подробно изучил ряд таких организаций • и выявил законы, определяющие их функционирование. Он показал, что на этой основе можно подойти к анализу «рассудочной деятельности» животных. Выявление роли унитарных реакций привело к возникновению нового этапа в изучении работы мозга. Стало очевидным, что при анализе интеллектуальной деятельности необходимо проведение работ на различных «уровнях интегративной деятельности».

Оказалось, что механизмы интеллектуальной деятельности не могут быть поняты только как результат процесса формирования и использования систем условных рефлексов, алгоритмов работы мозга. Функционируют сложные автономные организации, каждая из которых несет свои функции. Такие организации имеют информационный характер, не связанный непосредственно с принципами построения морфофизиологических систем.

Описанные исследования создали существенные предпосылки для организации комплексных исследований, объединяющих изучение информационных систем и реализующего их работу нейрофизиологического субстрата. Стало очевидным, что только такие подходы могут обеспечить раскрытие механизмов работы мозга. Поясним эту мысль на примерах.

Попытаемся представить себе процесс исследования какого-либо механизма, например оптической системы глаза. Начав рассмотрение с какой-либо части объекта, предположим хрусталика глаза, исследователь

стремится понять функцию этого отдела, используя известные ему законы оптики. Определив функцию, в данном случае связанную, с преломлением лучей света, он устанавливает связь хрусталика с другими частями механизма, например с работой сетчатки, мышц, изменяющих форму хрусталика. На этой основе исследователь подходит к раскрытию общих принципов функционирования системы, объединяющей работу многих частей в различных режимах ее работы, в частности при адаптации глаза к интенсивности света, к восприятию предметов на различном расстоянии от глаза и т. д.

При попытках организовать подобную процедуру исследования при изучении высшей нервной деятельности возникли трудности. Спецификой работы мозга являлось то, что основные функции этой системы были связаны с переработкой информации.

Изучая процессы пищеварения, дыхания, работу печени, почек, физиолог имел дело с такими объектами, для которых было свойственно единство структурной организации и функции. Например, изучая пищеварение, биохимические процессы, лежащие в основе расщепления жиров, углеводов, удавалось создать тесное сочетание выявления новых компонентов системы с анализом решаемых ими задач, с задачами разложения сложных химических соединений на отдельные компоненты и синтезом новых специфических для организма веществ. Это имело большое значение для исследователей. Ученый, описывая новый компонент в работе системы, имел возможность сразу определить его функцию, что приводило к возможности установления связи между частями системы, раскрытия целостной организации механизма, планомерного выявления недостающих компонентов изучаемой системы.

При изучении мозга на основе изолированного применения электрофизиологических методик такие возможности комплексного исследования, опирающегося на изучение частей системы и определения их функций в связи с их ролью в целостной системе, отсутствовали.

Ученые делали попытки создать представления о функциях изучаемой системы, исходя из описания таких явлений» как обучение, память, мотивация.

Однако мы видели, что все эти явления представляют собой вторичный результат интегративной работы целого ряда алгоритмов.

Конечно, при осуществлении любого из перечисленных видов деятельности мозга имеет место работа нервных центров. Однако, поскольку алгоритмы не имеют прямого соответствия с организацией морфофизиологических систем мозга, оказывается необходимым участие многих отделов мозга. Каждый из них выполняет свою специфическую роль в комплексной работе. Но эта роль не могла быть выявлена нейрофизиологическими экспериментами. Между исследуемым процессом формирования поведения и активностью нервных структур возникает такая сложная система промежуточных информационно-структурных преобразований, что ученый лишается возможности устанавливать функции как всей системы в целом, так и ее отделов. Фактически не удавалось подойти к раскрытию механизмов работы мозга, выявить ту роль, которую играет каждый отдел, и такую специфику в организации взаимодействия нервных центров, которая могла объяснить, каким образом работа мозга в целом приводит к возникновению психических явлений. Подводя итоги экспериментальных и клинических исследований, ученые часто приходили к выводу, что в осуществлении любой психической деятельности и любого поведения принимает участие весь мозг как целостная система. Для того чтобы преодолеть возникающие трудности, ученые делали попытки глубже проанализировать строение отдельных нервных клеток, биохимические процессы, ответственные за процесс возбуждения, структуру проводящих путей, определяющих характер связей между отделами мозга. Однако чем успешнее они осуществляли детальный анализ, тем дальше уходили от раскрытия механизмов. Не удавалось подойти к выявлению тех задач, которые определяют работу мозга и его организацию. Выявляя новые факты о функционировании нервных элементов, исследователь не мог оценить их значимость в работе целостной системы. Новые факты связывались с анализом физических и химических явлений, в то время как целостные системы основывались на функционировании информационных механизмов. Выход из создавшегося

положения мог быть найден только на пути организации комплексного исследования. При этом уже на первой стадии исследования должны были быть определены информационные задачи, составляющие основу работы мозга. Далее на этой основе должны быть построены целостные гипотезы о работе информационных систем. Значение всех новых фактов, получаемых в электрофизиологических и нейрохимических исследованиях, должно быть определено на основе анализа схем, отражающих работу информационных механизмов. Какие же предпосылки были уже созданы? Нейрофизиология располагала нужными методиками исследования и большим объемом накопленных фактов. Хуже обстояло дело с изучением информационных механизмов. Мы говорили об изучении алгоритмов. Возник вопрос, могут ли алгоритмы являться основой сложных форм работы мозга. Исследования указывали на то, что помимо алгоритмов решающее значение имеют более сложные целостные блоки функциональных систем. Как совместить эти две концепции?

Было важно также выяснить, нельзя ли представить работу блоков, например блока акцептора результатов действий, как определенную композицию, состоящую из простейших, определенных И. П. Павловым компонентов (рефлекс на комплексный раздражитель, условный тормоз и др.). и тем самым построить единую концепцию о работе информационных систем, или для этого нужно привлечь новые понятия, выявить какие-то дополнительные компоненты организации системы.

Была сделана попытка решения описанных выше проблем на основе аналитико-синтетического подхода. Идея исследования состояла в том, чтобы на стадии анализа на основе уже имеющихся в распоряжении исследователей сведений об алгоритмах попытаться расчленить сложные формы работы мозга на отдельные компоненты. На этапе синтеза ставилась задача, используя метод моделирования, из

этих компонентов вновь синтезировать целостное явление. Имелось в виду, что сочетание этих двух этапов исследования позволит выявить существование недостающих звеньев информационных систем. На этой основе можно будет поставить новые эксперименты с целью их детального изучения. По мнению инициаторов и исполнителей работы, такой путь должен был позволить выявить все компоненты информационных систем, раскрыть принципы их организации и взаимодействия друг с другом, а также решить поставленную выше проблему возможности представления агрегатов (блоков) информационных функциональных систем как организаций, состоящих из простых элементов.

В одной из работ, проведенной нейрокибернетиком Московского университета Н. В. Целковой, в качестве примеров интеллектуальной деятельности человека была выбрана головоломка, игра в «15». Напомним, что в определенный период времени эта игра настолько заинтересовала людей, что ею занимались почти все, проводились специальные конкурсы. Подобный же интерес в настоящее время вызывает другая головоломка «кубик Рубика». Хотя внешне обе головоломки отличаются друг от друга, однако можно установить некоторое внутреннее единство в характере решаемых задач.

Было показано, что применение моделей изученных ранее алгоритмов оказалось недостаточным. В связи с этим была поставлена задача выявления недостающих звеньев системы на основе использования описанной выше методики (с. 44) на установке, позволяющей изучать работу алгоритмов. Ставилась задача выявить те механизмы, которые используются в ходе решения головоломки.

Было обнаружено, что в рассматриваемых условиях перед человеком возникали специфические трудности. В ходе поиска испытуемые настолько интенсивно изменяли внешнюю среду, что процесс формирования отдельных условных рефлексов и их последующее объединение в систему оказывалось невозможным. Вместе с тем на каждом этапе поиска возникала необходимость переработки и запоминания такого большого количества вариантов, что их было трудно удержать в памяти.

Эти трудности предопределяли ряд специфических вторичных задач, которые решались в процессе работы мозга Одна из них была связана с выделением автономных подсистем информационной деятельности. Решение этой задачи приводило к существенному сокращению объема переработки информации на каждой из стадий поиска. При этом возникали более частные задачи, такие как задача выбора автономных подсистем, допускающих их изолированное изучение и использование, задача совмещения в единое целое результатов работы над отдельными частями. Другая задача — первоначальное, выявление общих принципов организации схемы, реализованной на экспериментальной установке с тем, чтобы затем оказалось возможным формирование отдельных условных рефлексов. И наконец, возникала задача исключения возможности захода в тупиковые ситуации, в которые попадали испытуемые и из которых затем трудно было выйти.

При проведении исследования было показано, что использование ранее описанных компонентов Информационных систем (правил работы мозга, алгоритмов) недостаточно для решения этих информационных задач. Решение достигалось только в результате работы целостных информационных механизмов, которые включали алгоритмы только как одну из составных частей своей целостной организации. Был выявлен ряд других компонентов, из которых слагались информационные механизмы и были изучены принципы, определяющие объединение этих компонентов в целостные системы. Один из них — «вспомогательные системы условных рефлексов». Такие системы существенным образом отличались от изученных ранее систем условных рефлексов. Они сами по себе не становились основой выработки программ поведения и составляли тот костяк, на котором строилась работа механизмов. Эти факты были в значительной степени неожиданными для ученых, изучающих высшую нервную деятельность.

Как известно, в экспериментах И. П. Павлова условные рефлексы были связаны с получением биологически полезного результата и включались в формируемое у человека или животных «целесообразное», поведение. Н. В. Целковой были получены

резуль-таты, которые, казалось бы, противоречили этому основному принципу. Вспомогательные системы рефлексов не имели в качестве подкрепления какого-либо безусловного раздражителя. Основной функцией систем рефлексов нового типа не являлось получение полезного результата в форме удовлетворения какой-либо биологической потребности. Системы рефлексов формировались на основе других принципов и обеспечивали только создание основы для построения информационных -механизмов.

Было обнаружено и другое интересное явление. Оказалось, что такие вспомогательные системы рефлексов включали незаполненные участки, т. е. участки, в которых отсутствовали конкретные раздражители. Этот факт на первых этапах рассмотрения результатов опытов вызывал недоумение. Основные принципы выработки условных рефлексов, разработанные И. П. Павловым и его учениками, предусматривали осуществление реакции животного на определенный раздражитель (например, звонок). В данном случае вырабатывалась структура, которая не содержала конкретных сигналов, а отражала только отношения между ними, типа взаимного дополнения или взаимного исключения компонентов. Вместе с тем такой путь выработки условных рефлексов имен очень большое значение при формировании поведения в сложных условиях внешней среды. Как уже говорилось, эксперименты показали, что в таких ситуациях выработка отдельных условных рефлексов оказывалась принципиально невозможной, так как человек закрывал себе пути поиска, все время изменяя внешнюю среду. В этих условиях трудности преодолевались за счет того, что первоначально имело место установление характера отношений, т. е. осуществлялась выработка системы с пустыми, незаполненными участками и таким образом определялись те места в структуре, на которых должны формироваться новые рефлекторные реакции. Затем вырабатывались условные рефлексы, включающие конкретные сигналы. Такой путь выработки обеспечивал возможности преодоления трудностей.

Большое значение имело также формирование при работе мозга новых сигналов со специальными функциями. Мы уже говорили о выработке системы

под-крепляющих раздражителей. Такие раздражители играют существенную роль при формировании новых систем условных рефлексов. Их формирование и использование определяется комплексом правил (алгоритмами).

В работах П. К- Анохина была выявлена специфическая роль сигналов другого типа — акцепторов результата действия. Эксперименты показали, что в процессе работы мозга у испытуемых формировались сигналы новых типов: так называемые «сторожевые сигналы», позволяющие избегать попадания в тупиковые ситуации; «опорные сигналы», играющие специфическую роль при выделении подсистем информационной деятельности; сигналы, обеспечивающие процесс управления при формировании новых систем условных рефлексов, и др. Были описаны алгоритмы, которые определяли формирование таких сигналов, и правила, регламентирующие процесс их использования.

Изменилась система представлений о системе отношений между врожденными (передаваемыми по наследству) и вновь вырабатываемыми в процессе жизни системами рефлексов. Было экспериментально доказано, что человек использует уже имеющиеся у него врожденные так называемые «эталонные системы рефлексов», не включающие конкретных раздражителей и отражающие только различные типы отношений между сигналами, например отношения взаимного исключения, взаимного дополнения или взаимозаменяемости элементов.

При осуществлении процесса формирования поведения человек анализирует внешнюю среду, оказывает на изучаемые объекты различные воздействия и, получая в результате информацию, по специальным тестам определяет применимость тех или иных имеющихся моделей эталонных структур (отражающих системы отношений). Затем он осуществляет специальные пробные действия, которые приводят к доказательству эффективности используемой целостной модели или комплекса моделей. Таким образом формируется новая структура вспомогательных систем условных рефлексов, которая в процессе работы мозга последовательно заполняется теми или иными сигналами.

Полученные выводы подтвердили созданную ранее концепцию Л. В. Крушинского о природе «унитарных» реакций как систем, объединяющий условные и безусловные рефлексы. Стало очевидным, что по наследству передаются структуры безусловных рефлексов типа «специфических матриц», которые отражают типы отношений и не включают конкретных сигналов. Эти матрицы определяют позиции, на которых затем формируются условные рефлексы.

Таким образом, был выявлен ряд новых компонентов, определяющих высшую' нервную деятельность: а) различные типы вспомогательных систем условных рефлексов, б) эталонные врожденные системы рефлексов, в) различные типы «определяющих» сигналов, которые несут специальные функции, и конструкций, состоящих из таких сигналов.

Перечисленные выше компоненты составляли основу целостных информационных организаций. Было показано, что определенные формы объединения вспомогательных систем рефлексов, определяющих сигналов, эталонных систем рефлексов приводили к формированию новых информационных задач, на основе которых осуществлялось формирование и функционирование вторичных алгоритмов. В целом возникала организация информационных механизмов, в которых алгоритмы играли только роль одного из компонентов.

Полученные результаты внесли существенные коррективы в созданные системы представлений. Раньше мы говорили о правилах работы мозга, об алгоритмах. Теперь выяснилось, что работа алгоритмов осуществляется на основе функционирования определенной структурной организации: вспомогательных систем условных рефлексов и определяющих сигналов со специальными функциями. Такая организация имела чисто информационный характер. Возникла необходимость рассмотрения особой категории «информационных структур».

Этот вывод сначала показался неожиданным. Исследователи привыкли говорить о структуре в области физиологии, физики, химии. В этом случае ученые имели дело с некоторой реальной субстанцией, например организацией нервных клеток. Информационные структуры имели существенные отличия.

Они также были основой возникновения реально ощутимых явлений, таких как способность к обучению, решению проблем и др. В то же время такие организации не проявились при исследовании непосредственно. Их функционирование всегда должно было быть реализовано на некотором физико-химическом субстрате. Создавалась видимость того, что изучение этих систем могло быть достигнуто на основе использования методических приемов, разработанных в области физики и химии.

Однако при таком подходе информационные структуры неожиданно для исследователей исчезали из поля зрения. Организация информационных структур не совпадала с организацией реализующего их деятельность субстрата. Информационные структуры сохраняли постоянство своей организации при переходе с одного субстрата на другой и таким образом оказывались инвариантными по отношению к своим носителям. Вместе с тем в проведенных исследованиях было показано, что по сложности своей организации информационные структуры не уступали физическим и химическим системам. Одно из наиболее ярких проявлений сложности — многоуровневость и целостность организации информационных систем.

При изучении физико-химических систем, как известно, были выделены следующие уровни: структуры атомов, молекул, сложных химических соединений, объединяющих большое количество атомов, целостных систем (пищеварения, дыхания и др.). Была выявлена достаточно сложная картина взаимоотношений между функционированием отдельных уровней. Это создавало существенные трудности в исследовании. Известно, например, какая сложная и длительная работа была проведена исследователями, прежде чем оказалось возможным расшифровать организацию структуры атома или молекул сложных химических соединений.

В наши дни стало очевидным, что подобная многоуровневая организация существует и в мире информационных систем. На каждом из уровней возникают новые в качественном отношении явления. Вместе с тем структуры каждого более низкого уровня служат компонентами при построении системы более

высокого уровня. Такой принцип организаций можно условно определить как атомно-молекулярный принцип. При изучении этих сложных систем путем проведения экспериментов, как правило, не удается проникнуть в тайны строения промежуточных уровней организации. Они остаются вне поля зрения исследователя. Описанные выше методики раскрытия алгоритмов в этом случае также не могли оказаться полностью результативными.

Вновь перед учеными возникла проблема, как же проникнуть в тайны работы мозга. Каким образом, идя от рассмотрения простых элементов и тех организаций, которые возникают при их объединении в системы, выяснить структуру целостных блоков и законов их взаимодействия? Другими словами, как перейти от анализа «атомов» к пониманию строения «молекул» информационной деятельности? Каким образом проследить весь путь, идущий от определения элементов к формированию блоков, к анализу их свойств, правил взаимодействия и в конечном счете к пониманию того, что же такое интеллектуальная деятельность человека? Видимо, для решения этой проблемы было недостаточно использования одних только экспериментальных методов. Что же тогда необходимо?

Чтобы ответить на эти вопросы, ученые обратились к истории науки. Видимо, химия впервые столкнулась с существованием сложных систем, построенных по атомно-молекулярному принципу. Прошел целый ряд столетий, прежде чем из алхимии сформировалась и выкристаллизовалась современная научная химия. Существенную роль в ее построении играет символический язык описания структуры молекул сложных веществ и формул, отражающих законы их преобразования. Для чего служит такая система? Для нас такая форма представления настолько естественна, что мы не задумываемся над ее смыслом. Однако такой вопрос приобретает значение в связи с проблемой изучения информационных систем. Поэтому мы попытаемся на него ответить. Без использования символического языка описания было бы трудно представить целостные системы процессов и имело бы место неорганизованное нагромождение экспериментальных фактов. Невозможно было бы

формулировать общие законы, понять, как из атомов возникает структура молекул, изучить свойства целостных химических систем, законы взаимодействия веществ. Только на основе использования такого языка можно понять целостные процессы, лежащие в основе синтеза белков, жиров. Формулы используются для того, чтобы построить целостные гипотезы и поставить эксперименты для их подтверждения. Результаты экспериментов интерпретируются и получают свое обоснование также на языке формул.

Символические описания — одна из основ развития химии и биохимии. Это очевидно. Если попытаться представить себе современную науку без средств символического описания, то все стройное здание современной химии и биохимии распадется.

Другая существенная предпосылка развития науки — использование метода анализа и синтеза. Чтобы понять организацию систем различного уровня, оказалось необходимым искусственно создавать их из элементов. В процессе синтеза удавалось выявить основные законы взаимодействия компонентов и отразить их в символическом виде (типа систем формул и уравнений).

Ученые, изучающие информационные процессы, пришли к выводу, что и при исследовании мозга необходимы такая же совершенная система символического представления организации информационных структур и такие же эффективные методики анализа и синтеза, как и в химии. Как же создать такую систему? Проблема символического

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: