научная статья по теме ФИЗИОЛОГИЯ И КИБЕРНЕТИКА: ИСТОРИЯ ВЗАИМОПРОНИКНОВЕНИЯ ИДЕЙ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ К 60-ЛЕТИЮ НАПИСАНИЯ Н. ВИНЕРОМ КНИГИ “КИБЕРНЕТИКА” Биология

Текст научной статьи на тему «ФИЗИОЛОГИЯ И КИБЕРНЕТИКА: ИСТОРИЯ ВЗАИМОПРОНИКНОВЕНИЯ ИДЕЙ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ К 60-ЛЕТИЮ НАПИСАНИЯ Н. ВИНЕРОМ КНИГИ “КИБЕРНЕТИКА”»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2007, том 38, № 3, с. 72-86

УДК 612.6

ФИЗИОЛОГИЯ И КИБЕРНЕТИКА: ИСТОРИЯ ВЗАИМОПРОНИКНОВЕНИЯ ИДЕЙ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ К 60-летию написания Н. Винером книги "Кибернетика"

© 2007 г. В. И. Федоров

Институт лазерной физики СО РАН, Новосибирск

Изложены история зарождения кибернетики и влияние на него физиологии. Показаны роль отечественных и зарубежных физиологов в становлении и развитии кибернетики и вклад теоретиков кибернетики Н.Винера и А.А.Ляпунова в физиологию. Рассматриваются современное состояние различных разделов кибернетической физиологии и перспектива связи кибернетики с интегративной физиологией.

влияние физиологического

окружения на мировоззрение н. винера

Кибернетика зародилась в недрах математики, техники и биологии. Не будет преувеличением сказать, что физиология явилась основной биологической дисциплиной, оказавшей разительное влияние на становление кибернетики. Более того, своим появлением кибернетика в значительной мере обязана физиологу. У ее колыбели стоял мексиканский физиолог венгерского происхождения А. Розенблют (1900-1970), организовавший в начале 30-х годов XX в. в Гарвардской медицинской школе (входившей на правах факультета в Гарвардский университет) вольный методологический семинар в форме дискуссии о научном методе. Особое внимание при этом уделялось синтетическому подходу к проблемам современной науки.

Первоначальными участниками семинара были физиологи и медики. Постепенно семинар объединил ученых различных специальностей и превратился в междисциплинарный. В 1933 г., когда возникла потребность привлечь к работе семинара математиков, постоянный участник семинара физик М.С. Вальярта привел Н. Винера (1894-1964), после чего тот стал одним из активнейших и постоянных участников семинара. А. Розенблюта интересовала возможность применения в физиологии математики вообще и математической теории связи в частности.

Под впечатлением семинаров А. Розенблюта и непосредственного общения с физиологами у Н. Винера, уделившего длительное время вычислительным машинам и занимавшегося во время Второй мировой войны проблемой наведения зенитных орудий и, в частности, автоматическими опережающими устройствами с участием челове-

ка-оператора для управления зенитным огнем1, возникла мысль о том, что в нервной системе человека должна функционировать отрицательная обратная связь, и что принципы действия нервной системы и вычислительной машины сходны. Обсуждение этих вопросов с А. Розенблютом постепенно привело обоих к основополагающей идее кибернетики: об универсальности процессов управления в живом организме и техническом устройстве.

Эта идея побудила расширить состав семинара и рассматривать на нем вопросы, общие для физиологии, математики, медицины и техники. Обсуждались аналогии между живым организмом и машиной в том смысле, что процессы управления и контроля и обеспечивающие эти процессы передача и обмен информацией сходны в самых разнообразных системах, независимо от их природы, в том числе и в живых организмах.

После переезда А. Розенблюта в Мексику в 1944 г., семинар не прекратил свое существование. Продолжился и контакт Н. Винера с А. Розенблютом. Н.Винер периодически в 1945-1947 гг. проводил совместные исследования с А. Розенблютом в кардиологическом институте в Мехико (место работы А. Розенблюта), а А. Розенблют периодически приезжал в Массачусетский технологический институт, где работал Н.Винер. Поэтому обсуждение основных положений кибернетики не прерывалось. Подробности взаимоотношений А. Розенблюта и Н. Винера и результаты их совместных работ описаны Н. Винером во "Введении" его "Кибернетики" [20], которая, кстати, была написана в Мехико.

1 В создании этих устройств использованы некоторые идеи А. Розенблюта о роли человека-оператора в системе "человек-машина".

В свое время автор этих строк сделал доклад "Физиологические аспекты кибернетического творчества A.A. Ляпунова" на мемориальном заседании Конференции, посвященной 90-летию со дня его рождения (Новосибирск, 2001). По материалам доклада была написана статья [61]. С таким же успехом можно написать статью "Физиологические аспекты кибернетического творчества Н. Винера", поскольку, находясь в Мехико, Н. Винер принял участие в физиологических экспериментах, проведенных совместно с A. Розен-блютом. Их постановка и трактовка результатов базировались на кибернетической идеологии. Первый эксперимент был посвящен изучению процесса передачи информации, второй - исследованию работы обратной связи. Объектами изучения были, соответственно, сердечная и скелетная мышцы и их нервная регуляция.

В результате этих работ Н. Винер и A. Розен-блют получили не только экспериментальное подтверждение исследуемых кибернетических механизмов, но и новые детали физиологического представления о проводимости в сердечной мышце и ее регуляции, о процессах трепетания и мерцания миокарда и о регуляции клонических сокращений скелетной мышцы.

Примечательно, что постановка первой работы и ее результаты обсуждались Н. Винером и A. Розенблютом с создателем учения о гомеоста-зе У. Кенноном (1871-1945). A. Розенблют был его сотрудником в период работы в CffiA.

Результаты первой работы описаны в [25], второй - не были опубликованы отдельной статьей, но подробно изложены Н. Винером в [20].

Во время пребывания A. Розенблюта в CffiA ими была построена математическая модель прохождения импульса по нерву для подсчета мгновенного перераспределения электрического заряда и проведено экспериментальное исследование передачи возбуждения через синапс в определенных условиях.

После поездок в Мексику Н. Винера заинтересовал вопрос о восприятии информации органами чувств. Он провел исследование возможности создания протезирующих устройств, основанных на использовании сохранившихся каналов ощущений (в частности, осязания) при потере основных (слепота, глухота) для восприятия зрительных и звуковых сигналов. С участием Н. Винера был создан специальный прибор, преобразующий звуковую волну в тактильный сигнал. Затем Н. Винер организовал совместно с психологами семинар, на котором обсуждалась роль обратной связи в нервных механизмах образования обобщений при восприятии.

Н. Винер поставил вопрос о расширении классического понятия о рефлекторной дуге, введя представление о круговом процессе с помощью

обратной связи при реализации рефлекторного акта2.

Последующие годы Н. Винер посвятил исследованию функций мозга, проводя математический анализ электроэнцефалограмм. Он использовал корреляционный анализ и вычислял взаимные корреляционные функции энцефалограмм, записанных с разных отделов головного мозга. Наиболее значительным, по оценке самого Н. Винера, является разработанное им приложение теории временных рядов к анализу электроэнцефалограммы, позволившее дифференцировать в спектральной характеристике альфа-ритма специфическую полосу возбуждения, сочетающуюся с падением активности в ее окрестности. Обнаружив этот физиологический показатель, Н. Винер понял, как он сам написал, что им "получен общий результат по теории нелинейных процессов, возбуждаемых случайным броуновским входом" и что "реакция нелинейных систем на случайные входы дает ключ к пониманию способности физиологических процессов организовываться в определенную синергическую деятельность" [24]. Он расценил этот результат как завершение исследований, начатых с A. Розенблютом.

В последние годы жизни Н. Винер увлекся созданием искусственной руки, управляемой биотоками мышц плеча.

Говоря о физиологических интересах Н. Винера, следует обратить внимание на два характерных факта. Написанная для журнала "Вопросы философии" статья "Наука и общество" [21] пронизана физиологическими сведениями, а тема публичной лекции, прочитанной Н. Винером в Большой аудитории Политехнического музея во время пребывания в СССР летом 1960 г., была "Волны головного мозга и самоорганизующиеся системы" [28].

В 1946 г. Н. Винер организовал серию докладов о механизмах обратной связи в физиологических и общественных системах. В 1947 г. он получил предложение от издательства Эрман и К° написать книгу об основных идеях его работ в области управления и связи. Осенью того же года книга была написана. Н. Винер назвал ее "Кибернетика" и посвятил A. Розенблюту.

Н. Винер объяснил введение нового термина необходимостью "исчерпывающе описать группу явлений, имеющих реальную общность идей и соответствующих методов изучения, но принадлежащих к традиционно различным дисциплинам" [74]. В своих воспоминаниях [22] Н. Винер написал, что кибернетика - самое удачное слово, которое он мог найти, "чтобы обозначить искусство

2 Заметим, что задолго до Н. Винера более стройное и обстоятельное представление об этом было сформулировано НА. Бернштейном, о чем см. ниже.

и науку управления в целом ряде приложений этого понятия".

Полагаю, что на обложке этой книги рядом с именем Н. Винера с полным правом можно поставить имя А. Розенблюта. Ведь в "Кибернетике" главное - не формулы, главное - идея сходства процессов управления в живых организмах и технических системах.

Собственно говоря, Н. Винер не скрывает вклад А.Розенблюта, так как "Кибернетика" начинается следующей фразой: "Эта книга представляет итог более чем десятилетних исследований, предпринятых совместно с д-ром Артуро Ро-зенблютом" [20]. А еще в одном месте [24] Н. Винер написал: "я составил сводку своих идей и идей нескольких лиц, с которыми я имел контакт, в форме книги под названием "Кибернетика". Более того, первым автором первой программной кибернетической статьи [54] является А. Розенблют.

В биографической статье, посвященной Н. Винеру, отмечено, что в сотрудничестве с А. Розен-блютом "воплотились идеи Н. Винера о поведении механических и физиологических систем и, в особенности, о роли обратной связи" и что "его взаимодействие с Розенблютом привело также в действие ряд мыслей, из которых возникла кибернетика" [71].

Об А.Розенблюте следует сказать особо. Он -из той немногочисленной когорты физиологов, которых отличает способность выхода за рамки собственно физиологич

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком