Биологические закономерности, модели и эффекты и их применение в других областях деятельности
ФизиологияОткрытия в области физиологии высших млекопитающих и человека и применение этих моделей в других областях деятельности
X
«… главной постоянной задачей поведения живых организмов являются не реакции на внешние стимулы, а активное, целенаправленное достижение целевых ситуаций в среде.
Необходимость защитных и других реакций на внешние стимулы, естественно, не отрицается. Однако, хотя исследование рефлекторного и инстинктивного поведения очень много дало для понимания работы нейронов и нервной системы в целом, для понимания мышления этих знаний недостаточно. Поэтому нас в основном будут интересовать более сложные типы поведения, требующие формирования целей, оценки вариантов поведения и принятия решения в ситуации выбора.
Ограничиваться, как это часто делают в физиологии, словами о конечном приспособительном эффекте, явно недостаточно. Хотелось бы сформулировать задачу более точно. Целевых ситуаций может быть много. Какие ситуации, в каком порядке и почему становятся целями направленного поведения? Какая задача решается в поведении? Каковы правила принятия решения в поведении? Ниже мы попробуем сформулировать ответы на эти вопросы в виде принципа оптимальности (вариационного принципа) и вытекающих из этого принципа следствий.
Развитие науки обычно идет от эксперимента к теории, от наблюдения фактов к их обобщению. Эти обобщения могут фиксироваться в виде законов, которые в совокупности объясняют все наблюдаемые факты и предсказывают новые. Такими законами, например, являются законы Ньютона или законы геометрической оптики. Но возможен и следующий шаг обобщения в виде принципа оптимальности, который формулируется как требование минимума или максимума какой-либо величины. Так, все законы механики обобщает принцип наименьшего действия, а законы геометрической оптики - принцип скорейшего пути Ферма.
Многие учёные давно пришли к мысли о том, что в природе всё делается оптимально, и все обобщения, а значит и факты в любой области естествознания, могут быть выведены из единого принципа оптимальности. Нужно только понять, что экономит природа в объектах и явлениях, относящихся к этой области естествознания. В пределе может существовать и общий вариационный принцип, определяющий все в нашем мире.
Мысль о том, что науку можно строить не снизу вверх - от эксперимента к теории, а сверху вниз - от принципа оптимальности к частным законам, была высказана Эйлером. Однако ни Эйлеру, ни кому-либо другому найти такой общий принцип не удалось.
Что же экономит природа? В качестве вариантов напрашиваются и чаще всего рассматриваются: энергия, вещество, действие (произведение массы, пути и скорости), энтропия (негэнтропия), информация.
А, может быть, экономится время?
Кстати, принцип Ферма действительно говорит о том, что при распространении светового луча экономится время. В плане рассматриваемой нами темы очень интересно более общее утверждение Спинозы о том, что основной закон вещей - стремиться к максимально долгому существованию. На качественном уровне это понятно. Существует то, что «умеет» более или менее длительно существовать. Остальное разрушается и исчезает. Это перекликается с рассматриваемым ниже принципом max Т в поведении живых и не только живых систем.
В биологии в качестве принципов оптимальности главным образом предлагались принципы экономии энергии, экономии ресурсов, максимума энтропии и максимума информации […] Эти идеи оказались в определённой степени продуктивными. Предложенные принципы многое объясняют, но далеко не всё, поскольку они работают при определённых, как правило, нестрого формулируемых условиях.
Например, экономия энергии при условии удовлетворения нужд организма или при условии достижения целевой ситуации, экономия ресурсов при достижении заданного результата, или максимум взаимной информации между стимулами и реакциями при условии достижения определенного результата и т. п. С помощью подобных нестрогих условий (оговорок) можно практически всегда объяснить несовпадения результатов эксперимента и теории. Кроме того, почти всегда то, что задаётся только как находящееся на втором плане нестрогое внешнее условие, необходимое для выполнения этих принципов оптимальности, на самом деле должно находиться в центре внимания и определять цели и принципы поведения.
Более общим и естественным представляется рассматриваемый ниже принцип mах Т - принцип максимизации времени пребывания системы внутри условной области существования, определяемой как область допустимых значений регулируемых переменных.
Введение принципа mах T и упрощенной формальной модели поведения базируется на следующих конкретизирующих предпосылках. Для живых организмов характерно наличие потребностей. Удовлетворение физиологических потребностей, являющееся необходимым условием существования, может происходить только в определенных ситуациях взаимодействия организма со средой. Эти ситуации являются альтернативными целями направленного поведения. Поведение животных в каждый момент направлено в общем случае на достижение одной цели, соответствующей одной потребности.
Живой организм как целое неустойчив в том смысле, что физиологические потребности имеют общее свойство, заключающееся в их нарастании с течением времени. Поддержание устойчивости - непрерывная задача живых организмов, решаемая как на клеточном уровне за счет внутренней работы, т. е. ассимиляции органических веществ и синтеза живой неравновесной структуры, так и на уровне целого организма за счёт внешней работы, т. е. активного целенаправленного поведения в среде.
Физиологические переменные, определяющие наличие и величину первичных физиологических потребностей, должны иметь согласованные значения. Можно упрощённо предположить, что в многомерном пространстве физиологических переменных имеется область, соответствующая нормальному состоянию организма. Можно также предположить, что имеется ещё одна более широкая область - область допустимых значений, выход за пределы которой гибелен для организма, и объективная задача поведения - максимально долго поддерживать величины физиологических переменных в пределах этой области.
Задача поведения не исчерпывается прямой задачей выживания отдельной особи, т. е. необходимостью поддержания значений первичных физиологических переменных организма и соответствующих им потребностей внутри области допустимых значений. К первичным физиологическим потребностям самого организма добавляются потребности, определяемые необходимостью продолжения рода, а также вторичные потребности, косвенно влияющие на первичные. Последнее особенно характерно для человека вследствие его сложного общественного способа существования. Добавление в рассмотрение вторичных потребностей не меняет общей схемы: система (живой организм) обладает внутренней неустойчивостью - неудовлетворяемые потребности увеличиваются. Потребности в общем случае альтернативны, т. е. удовлетворяются раздельно и поочередно.
Теперь сформулируем принцип оптимальности в поведении. Цель поведения - это максимизация времени пребывания системы внутри области допустимых значений регулируемых переменных (первичных и вторичных потребностей) - принцип mах T».
Шамис А.Л., Пути моделирования мышления: активные синергические нейронные сети, мышление и творчество, формальные модели поведения и «распознавания с пониманимем», М., «КомКнига», 2006 г., с. 27-30.
Основной закон эволюции по Лесли Уайту.
