Идеи и факты в разработке теории функциональных систем
П.К. Анохин
ИДЕИ И ФАКТЫ В РАЗРАБОТКЕ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ
Предисловие. История этой статьи такова. В мае 1971 проф. Каллен (Мериленд, США) обратился с письмом к П.К. Анохину, в котором просил прислать статью для задуманного им сборника работ выдающихся исследователей с изложением их идей, остающихся обычно достоянием архивов и ближайших учеников. В 1973 г. П.К. Анохин написал такую статью, однако по неизвестным причинам сборник не был опубликован. В начале 1980-х годов я нашел рукопись статьи в архиве П.К. Анохина и она была опубликована В.Б. Швырковым в сокращенном виде в Психологическом журнале (1984, т. 5, с. 107-118). Настоящий текст представляет собой отдельные выдержки из статьи. Оригинальный текст П.К. Анохина не изменен, но я взял на себя смелость переместить фрагменты статьи так, как это более соответствовало моей задаче, дать им названия и проиллюстрировать рукопись несколькими рисунками, которых ранее в ней не было. К.В. Анохин
Несомненно, что замысел д-ра Cullen’a — организовать “круглый стол” для рассказа ученых о возникновении и развитии их исследовательских идей, является полезным и научно прогрессивным. Творческий процесс ученого идет извилистой дорогой, на которой встречаются и сомнения, и радости, и высочайшие взмахи мысли. Эти трудности творческого процесса не видны обычно в конечных результатах и поэтому для науки навсегда исчезает их познавательный и воспитательный смысл.
Больше того, история возникновения уже опубликованных открытий ученого также часто уходит навсегда в неизвестность. Пропадает тот поучительный взлет фантазии, на реализацию которого обычно точная наука тратит годы и десятилетия.
Надо представить себе на одну минуту, какие богатейшие перспективы научных исканий уходят вместе с ученым! И, несомненно, очень часто тратится много времени и средств другими учениками на то, чтобы заново, даже и другим путем, подобраться к тем же самым отправным идеям. Как я понимаю, настоящий сборник работ, организованный д-ром Калленом, преследует такие же цели: осветить историю развития некоторых исследовательских идей, как она представляется самому автору, в его собственном внутреннем мире ничем не ограниченных творческих исканий...
------
1. Генеалогия теории функциональной систем
Мое сообщение относится к скромным задачам нашей исследовательской работы, направленной на разработку теории функциональных систем, которой мы уже занимаемся 42 года. В настоящее время, когда “системный подход” в биологии и физиологии” привлекает все более и более широкое внимание исследователей, сообщить об истории возникновения самой начальной идеи в этой области науки будет весьма своевременным.
Функциональная система представлялась нам как самоорганизующееся образование, в состав которого входила обратная информация о полученном результате (обратная афферентация) (1932—1933). По сути дела, это был момент творческих исканий. Перед нами предстали факты, которые не укладывались в обычные, общепринятые представления нейрофизиологии, и именно это обстоятельство открыло перед нами принципиально новые перспективы исследований.
Становится в высшей степени важным и поучительным, как идея об обратной связи и о функциональной системе, возникшая за 12 лет до появления кибернетики, могла родиться на основе экспериментов, проводившихся в обычной манере физиолога?
Вот эту-то ситуацию, которая привела нас к отказу от обычных рефлекторных представлений, к отказу от обычных рефлекторных подходов к объяснению поведенческих актов, мне и хотелось бы изложить в конкретных фактах. Такое изложение даст нам возможность проследить генеалогию теории функциональной системы.
Наши эксперименты преследовали только одну вполне определенную цель — посмотреть, какими усилиями и какими механизмами организм выходит из трудного положения, которое мы создавали животному с помощью экспериментальных пересадок мышц и нервов на необычные для них места (Рис. 1.)
Мы много потратили времени на расшифровку этих замечательных феноменов. Однажды, в какой-то степени внезапно появилась мысль, что перестройка функции после таких перекрестных анастомозов нервных стволов происходит не в отдельных нервных центрах, относящихся к анастомозированным нервным стволам, а в каком-то более обширном функциональном образовании <анастомоз - операция по искусственному соединению двух пересеченных нервов, прим. К.В. Анохина>.
Эта мысль особенно стала реальной после пересадки экстензорной мышцы ноги на место прикрепления флексора <флексор - сгибатель, экстензор – разгибатель, прим. К.В. Анохина>. Благодаря такой пересадке мышца, бывшая до этого экстензором, должна была при сокращении работать как флексор без изменения иннервации. Я постараюсь подробно описать результаты этого эксперимента и подчеркнуть те его характерные стороны, которые нас натолкнули на радикальное изменение наших прежних представлений на “перестройку нервных центров”, существовавших в литературе до тридцатых годов.
Эксперименты ставили таким образом. У кошки на задней конечности часть разгибателя (quadriceps femori) пересаживалась в положение флексора и, следовательно, при такой пересадке мышц мы получили своеобразное отношение между центром и периферией (Рис. 2). Нервные импульсы, шедшие по нервам из экстензорного центра, приходили к обеим половинам экстензора, поскольку нормальная иннервация двух половин мышцы не меняла своего отношения к обеим половинам мышцы. Следовательно, одна и та же посылка импульсов из центров четырехглавой мышцы в одной части должна была вызывать флексию, а в другой части должна была вызывать экстензию.
Это обстоятельство, естественно, дезорганизовало всю локомоцию кошки. Она делала целый ряд каких-то неорганизованных усилий, то вытягивала обе задние конечности, то их флексировала (Рис. 3). Словом, пересаженная часть мышцы вносила диссонанс в координацию между флексорами и экстензорами конечности, однако после 1—2 месяцев такие дезорганизующие явления в задней конечности кончались, и кошка ходила совершенно нормально, как будто бы у нее не было никакой пересадки мышц.
Естественно было признать, на основе рефлекторного подхода, что теперь часть ядра четырехглавой мышцы в спинном мозгу переучилась на новую функцию, поскольку она в процессе работы теперь определяет не экстензию, как она давала бы в натуральном положении, а флексию, т. е. поменяла свою реципрокность.
Действительно, только при этом условии обе части мышц, имеющие общую иннервацию от одного и того же экстензорного ядра в спинном мозгу, могли бы дать различный эффект на периферии. Только при этом условии можно было принять, что через два месяца после пересадки наступают вполне координированные функции данной конечности.
Такой вывод был вполне логичным для господствовавшей в то время точки зрения в нейрофизиологии; он, естественно, и стал нашим выводом.
Однако по ряду признаков было ясно, что изменение координации, т. с. восстановление нормальной координации, происходит с гораздо более широким вовлечением других мышц и других компонентов целого локомоторного акта. Действительно, кошка хорошо ходила после восстановления функций на всех четырех конечностях. И, следовательно, так или иначе конечности, на которых не было сделано пересадки мышц, должны были принять участие в этом преобразовании функций пересаженной мышцы.
Так возникла идея нового эксперимента, которая радикально разрешила мучивший нас вопрос: надо было изъять изучаемый нами центр мышц (m. quadriceps) из широкой локомоторной системы и проверить его функцию в конце компенсаторного процесса изолированно на уровне моторных центров спинного мозга.
Такой цели мог служить известный Шеррингтоновский эксперимент на децеребрированной кошке. Эксперимент показал, что обе части экстензорной мышцы и оставшаяся в нормальном положении и пересаженная ведут себя совершенно нормально и в соответствии с их нормальным отношением к спинному мозгу до операции, т. е. обе части ведут себя как экстензоры. Итак, видимая в общем поведении перестройка нервных центров не является следствием перестройки самих этих нервных центров. Есть все основания думать, что процесс перестройки координации локомоторного акта произошел в масштабе целой нервной системы. Это значит, что целая система локомоторных отношений может поддерживать вновь возникшие после операции, вначале нарушенные межцентральные взаимодействия. Центр экстензора, находящийся в люмбальных сегментах, перестраивался только в процессе целого локомоторного акта, т. е. перестройка была чисто функционального характера, не касаясь самих структурных образований спинальных центров. Эксперименты убедили, что каждая нервная клетка любого нервного центра не принадлежит, так сказать, сама себе: она выполняет свою функцию только в результате комбинации обширной системы взаимоотношений. Нервная клетка может эпизодически под влиянием целой системы менять свою функцию с помощью построения различных комбинаций синаптических возбуждений. Попросту говоря, конкретные клетки не переучиваются как таковые, а, пользуясь своим огромным количеством степеней свободы, вступают в те или иные новые функциональные взаимоотношения, как диктует ей в данный момент большая, обширная локомоторная система.
Это значит, что над любым частным процессом нервной системы всегда стоит, как своего рода ментор, большая система, которая позволяет перестраивать степени свободы различных частей системы и адаптировать их к получению определенного полезного результата. Над частью конкретного нервного центра стоит большая система соотношений, которая пластическими изменениями добивается получения конечного полезного результата, отвечающего потребностям данного момента, т. е. правильной ходьбы.
Так возникла идея о том, что практически во всех биологических проявлениях, в каждый момент динамически складывается широкая система из разнородных образований, все части которой содействуют получению определенного полезного результата. Все перестановки и, следовательно, все меняющиеся взаимодействия между нервными и периферическими элементами всегда подчинены поиску полезного результата. В процессе компенсации, т. е. когда организм находится в состоянии устранения вредности от произведенных операциями нарушений, как раз имеет место этот поиск. Как можно видеть, эта мысль, возникшая в результате длительного наблюдения компенсаторных приспособлений, привела нас к концепции, по которой всякий механизм получения полезного результата или приспособление к нанесенному дефекту всегда определяется обширной и весьма организованной системой процессов, части которой являются высокопластичными и работают по принципу взаимосодействия, т. е. кооперации.
------
2. Системообразующий фактор и операциональная архитектоника функциональной системы
В настоящее время, как известно, идет обширная работа по междисциплинному изучению проблем биологии и физиологии системного характера. Созываются международные симпозиумы, организуются общества по изучению систем и уже имеется несколько специальных институтов, внимание котoрых направлено на разработку принципов системного подхода, на характеристику отдельных его закономерностей.
Это важное направление современной науки дает возможность объединить многие научные направления по их общей принципиальной основе. Это обобщение дает такие положительные результаты исследования, которые не могли бы быть получены с использованием только одних аналитических подходов.
Я должен особенно подчеркнуть ту большую настойчивость и энергию, которую приложили к развитию системного подхода Л.Берталанфи и ряд его последователей, объединенных около издаваемого им ежегодника. Они пожалуй, больше всех обращают внимание исследователей на необходимость развития “общей теории систем”. Однако из-за ряда принципиальных недостатков общей теории систем они не смогли продемонстрировать ее пользу в различных конкретных науках. Мы встретились прежде всего с тем, что в современной науке нет точной исчерпывающей формулировки системы. Не дал этой формулировки и Л.Берталанфи.
Логика наших исследовательских приближений к формулировке системы была следующей.
Мы исходили из главного признака системы. Она может быть образована только в том случае, если имеет место некий системообразующий фактор, который неорганизованное, хаотическое множество взаимодействующих компонентов переводит на уровень системы, т. е. в упорядоченное множество.
Какой же фактор может сделать это чудесное превращение из хаоса в систему? Насколько известно тем, кто знакомился с системным подходом в современной науке, как общая теория систем, так и “системный подход” в целом, не вскрыли такого фактора, а поскольку его нет, очень трудно приложить саму теорию к конкретной деятельности исследователя в любой области науки.
Таким образом, поиск системообразующего фактора является центральным моментом, на котором может быть построена и формулировка и сама система. Становится ясным, что все разговоры о системном подходе могут быть оправданы только открытием этого фактора.