Герман Хакен - Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии

Возможно даже, что именно этому состоянию, сопровождающему наши «озарения», мы и обязаны пониманием многих самоорганизующихся природных процессов.

Методы синергетики позволяют, помимо прочего, найти и новый подход к проблемам, относящимся к взаимосвязи между материей и духом или, иными словами, между телом и душой. В качестве исходной точки для обсуждения возьмем идею знаменитого исследователя мозга сэра Джона Экклса (род. в 1903), представленную им на заседании лауреатов Нобелевской премии в Линдау в 1980 году. Сэр Джон Экклс видел решение проблемы в представлении человеческого тела в виде совокупности легко заменяемых частей, наподобие деталей машины или оснастки корабля. Человека, по сути своей, можно «свести» к определенному участку мозга; при этом, согласно Экклсу, человеческое «я» является программистом, а мозг — компьютером, с которым этот программист работает. Таким образом, мозг оказывается всего лишь исполнительным органом.

Синергетика рассматривает этот вопрос иначе. Позиции синергетики, представленные в этой книге, связаны все с теми же взаимно обуславливающими друг друга понятиями параметра порядка и подчиненных ему отдельных элементов системы. В рамках такой интерпретации роль параметров порядка берут на себя мысли, а подчиненными элементами (или подсистемами) оказываются электрохимические процессы, протекающие в нейронах мозга. На многочисленных примерах в этой книге было показано, каким образом взаимно обусловлено само существование и функционирование параметра порядка и подчиненных ему элементов системы. С точки зрения синергетики, в этом же смысле в конечном счете и обуславливают друг друга материя и дух, тело и душа.

И наконец, еще несколько слов относительно интерпретации функций мозга. По-видимому, во все времена модель мозга создавалась в соответствии с последними на тот или иной момент достижениями науки: прежде это были электрические сети (а еще раньше — механизмы, подобные часовым; и такие представления даже оставили свой след в языке: «в голове завертелись шестеренки»), сегодня это, естественно, компьютеры, привлеченные в качестве аналогии. Что же станет моделью мозга завтра?

Поскольку разобраться в сути комплексных процессов, протекающих в мозге, необычайно сложно, ученые вынуждены заняться поиском иных путей, позволивших бы им достичь поставленной цели. Так, к примеру, были предприняты исследования процесса роста мозга. Существует ли в природе некий предварительный проект, согласно которому происходит рост мозга? Краткое изложение известных на сегодняшний день фактов выглядит следующим образом. При развитии эмбриона сначала формируется так называемая нервная трубка — клеточное образование в форме трубки. Вокруг нее образуются нервные клетки, производство которых поставлено, если можно так выразиться, «на поток» — здесь функционирует своего рода фабрика, производящая нервные клетки. «Произведенные» клетки без задержки отправляются к другим участкам растущего мозга. Добравшись до определенного места, клетки диффундируют — совершенно аналогично тому, как это проделывают миксомицеты, о передвижениях отдельных клеток которых мы уже рассказывали, — и собираются там в слои, образуя при этом нечто, напоминающее, по выражению одного американского исследователя, муравейник.

Откуда же отдельным клеткам становится известно «место встречи»? Об этом ученым известно очень немногое, однако есть основания предполагать, что отдельные нервные клетки перебираются вдоль уже образовавшихся клеток нейроглий и таким образом достигают конечного пункта.

Существует еще одно обстоятельство, тесно связанное с поведением слизевиков: так же, как в их клетках, в развивающемся мозге обнаруживается некое вещество, служащее чем-то вроде приманки для отдельных клеток. Речь идет о так называемом стимуляторе роста, вырабатываемом в определенных зонах и проникающем сквозь ткани [26] Кстати, за прошедшее время был обнаружен еще целый ряд подобных веществ. . Нервные клетки, привлеченные этим веществом, устремляются в направлении его источника. Во время их странствий вполне может произойти и такое: некоторые клетки «отстают от своих» и чаще всего, заблудившись, погибают. Однако иногда им все же удается пристроиться — в каком-нибудь «неправильном» месте, — что в некоторых случаях может привести к различным заболеваниям мозга. Вернемся, однако, к дальнейшему развитию здорового мозга. Отдельные клетки, объединяясь, образуют нервные узлы, через которые и устанавливается связь клеток развивающегося мозга. Вне всякого сомнения, построение сети нейронов осуществляется посредством самоорганизации. Судя по тому, что нам известно, связи между нейронами образуются совершенно самостоятельно, безо всякого вмешательства со стороны каких бы то ни было высших инстанций, которые могли бы произвести подключение. Для объяснения принципа действия самоорганизации существует, собственно, две различные позиции; возможно, обе они верны, только применимы к развитию разных отделов мозга или к разным живым существам. Здесь мы просто представим читателям и ту, и другую.

Первая позиция такова: растущие нервные узлы при помощи особых молекул способны распознать, с какими именно клетками им следует «связаться». Представим себе, что каждый нейрон имеет нечто похожее на замок, который может быть открыт только определенным ключом. Часто случается так, что «проводов» между нейронами оказывается гораздо больше, чем впоследствии может быть использовано. Такие связи за ненадобностью отмирают; то же относится и к нейронам, неверно подключившимся к общей сети.

Подобная картина подразумевает, что монтаж нейронной сети протекает в соответствии с каким-то строго определенным планом, проводниками которого являются молекулярные замки и ключи.

Согласно другим представлениям, гораздо полнее воплощающим идеи самоорганизации, образование связей между клетками происходит вполне беспорядочно. Однако как только в такую нейронную сеть от органов чувств начинают поступать нервные импульсы, здесь по мере необходимости (но при этом все же полностью автоматически) происходит упрочение некоторой части связей. Таким образом, нейронная сеть возникает только благодаря использованию этих связей, и именно частота использования определяет функциональную способность этой сети. Концепция укрепления связи между нейронами в результате ее использования (например, при обработке сигналов, поступающих от органов чувств), известна в специальной литературе под названием синапсов Хебба. Синапсы — это своего рода распределительные станции, соединяющие нервные клетки; увеличение их «мощности» происходит вследствие увеличения частоты использования. К сожалению, до сих пор отсутствуют экспериментальные подтверждения тому, что наиболее часто используемые синапсы крупнее прочих. Идея образования и развития нейронной сети именно в процессе использования обладает для конструкторов, разрабатывающих компьютерную технику, огромной притягательной силой. Нельзя ли создать компьютеры, которые бы саморазвивались, самоорганизовывались в процессе работы? Этому вопросу и посвящена следующая глава.