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.

Итак, идея о необходимости вскрытия системообразующего фактора является самой первой и кардинальной идеей в развитии любой теории систем.

Второй важный момент, который мы считаем также важнейшим фактором образования системы, это наличие в системе ее внутренней операциональной архитектоники. Такая рабочая архитектоника должна обеспечить переход от синтетических к аналитическим механизмам системы и наоборот. По самому своему смыслу система должна стать концептуальным мостом, который должен связать уровень целого организма, т. с. уровень системной деятельности, с тончайшими аналитическими процессами. Для организма это будет молекулярный уровень функционирования.

Так, например, мы хорошо знаем, что постановка цели человеком к совершению какого-то поведенческого акта представляет собой высший уровень человеческой деятельности. В него входят целостные агрегаты нервных образований, в которых формируется цель. Затем она осуществляется, мобилизуются моторные механизмы для ее осуществления и т. д. Спрашивается, если все эти процессы представляют собой самоорганизующуюся систему с участием многих нервных элементов, то каким образом осуществляется этот переход от высшего уровня — синтетического и системного к аналитическому, где мы уже имеем функцию отдельных нервных элементов и даже участие молекулярных процессов.

Следовательно, говоря о системе как о руководящем принципе исследования, мы тем самым обязываем себя показать, как эта системная организация обеспечивает высший уровень функционирования и вместе с тем как она включает в себя такие структурно-функциональные детали, которые, например, представлены в разрядах отдельного нейрона. Иначе говоря, система должна показать, как нейрон “вписывается” в нее, содействуя ее полезной деятельности.

Совершенно очевидно, что мы имеем в качестве объектов исследования два параллельных ряда явлений: с одной стороны, целостные поведенческие акты, а с другой стороны - деятельность отдельной нервной клетки. Пока эти два ряда явлений будут находиться в параллельных плоскостях, не имея возможности когда-то соединиться концептуально, нейрофизиолог не выполнит своей главной цели: понять работу целого мозга. Вот между этими то областями исследовательской работы и должен быть построен концептуальный мост (Рис. 4).

Благодаря этому мосту мы можем свободно перейти от поведенческого акта к аналитическим деталям до тонких нейрохимических процессов включительно. А вместе с тем мы можем также от исследования тонких нейрохимических процессов через этот же мост перейти к объяснению тотальных, т. е. целостных поведенческих актов.

Спрашивается, на какой основе может быть построен такой концептуальный мост?

Мы достигли этого тем, что ввели в функциональную систему целый ряд переходных узловых механизмов, последовательно обеспечивающих работу функциональной системы. Иначе говоря, таким образом мы построили внутреннюю операциональную архитектонику системы. Эта общая архитектоника из нескольких физиологически конкретных узловых механизмов системы (Рис. 5). Благодаря этим узловым механизмам любой поведенческий акт может трактоваться с включением уровня одиночного нейрона.

Если посмотреть на каждый из всех описанных выше детальных процессов в отдельности, то, являясь частью системы, он служит переходным мостом от целого к аналитическим деталям. Эти детали, место которых в системе точно определено, могут уже быть использованы для тонкого анализа с помощью тончайших аппаратурных приспособлений.

В самом деле, что такое параметры результата? Это совершенно конкретные свойства или физические характеры результата, выраженные в его способностях сличаться в акцепторе результатов действия. Следовательно, если мы говорим, что результат имеет параметры, то мы уже стоим перед аналитической работой, с помощью которой мы можем тончайшим образом охарактеризовать те тонкие свойства результата, которые он имеет. Это может быть вес, вкус, тяжесть, шероховатость и т. д. и т. п.

Таким образом, сопоставление свойств реально полученного результата с теми, которые были предсказаны как необходимые для удовлетворения потребности, и есть последний момент функционирования системы. Мы полагаем, что всякий поведенческий акт заканчивается сопоставлением и соответствующей санкцией успешно произведенного действия, но мы не должны забывать, что этим самым мы характеризуем только отдельный блок отдельного результата и отдельной функциональной системы. Но он является всегда началом для будущего этапа поведения. Однако это не цепной рефлекс, как это принято думать. А раз это так, тогда значит, “что-то” должно определить, подошли эти параметры друг другу или не подошли Что, где, какой механизм образует и формирует этот аппарат сопоставления того, что задано, с тем, что было получено реально — это одна из самых интригующих задач функциональной системы.

Анализ процесса сличения прогнозированного результата и реального результата на многих функциональных системах показывает, что на примере функциональной системы мы имеем в самом деле универсальную модель для всех физиологических функций, лишь бы они определяли жизненное приспособление. Вероятно, эта модель возникла очень давно в истории живого на нашей планете.

3. Концепция системогенеза

Теперь трудно даже приблизительно очертить круг вопросов и круг практического применения теории функциональной системы, который мы имеем в настоящее время, Прежде всего, она, конечно, расширила возможности кибернетики, поскольку речь идет не только об обратной афферентации, являющейся аналогом обратной связи в кибернетике. Особенно важно то, что мы получили возможность ввести три компонента, чрезвычайно обогащающих формирование так называемых кибернетических систем. Я имею в виду афферентный синтез, который, по сути дела, является “предрешением”, и акцептор результатов действия, который, являясь афферентной моделью будущих результатов, становится аппаратом предсказания того результата, причем задолго до того, как он будет получен.

Другая, вытекающая из концепции о функциональной системе, идея является уже следствием применения функциональной системы в биологии.

Речь идет о формулировке закона развития в онтогенезе, который ранее не был констатирован. Формулировка этой идеи привела нас к развитию онтогенетического направления, получившего 25 лет тому назад название системогенеза (П. К. Анохин, 1948).

Как было показано выше, функциональная система содержит в себе целый ряд важных механизмов, которые только в целом и только при достаточно полной их консолидации могут привести к полезному результату. Естественно, возникает вопрос, а как же в случае эмбрионального созревания функций, когда новорожденный должен быть абсолютно готовым сразу же после рождения к самостоятельному существованию, как например, у млекопитающих, у некоторых птиц и др.

В самом деле, ребенок человека, например, появляется на свет с уже готовыми функциональными приспособлениями в виде сосания, дыхания и прочих функциональных проявлений. Но каждое из них, поскольку оно приводит к положительному результату, неизбежно должно иметь архитектуру функционального целого, т. е. архитектуру функциональной системы.

Такой аппарат, позволяющий осуществлять эту функцию, непременно должен содержать и афферентный синтез, и принятие решения, и акцептор результатов действия, и все другие компоненты функциональной системы. Возникает чрезвычайно важный вопрос: каким образом в процессе эмбриогенеза все части системы начинают свое созревание таким образом, что они консолидируются между собой так точно, что в момент рождения осуществляется вполне координированная функция? Такой вопрос особенно будет понятен, если мы представим себе, что функциональная система, как правило, включает в себя самые различные органы; она мобилизует части из мышечной системы, из сердечно-сосудистой системы, из дыхательного аппарата и т. д., как это, например, происходит при сосании (Рис. 6).

Рис. 6. Схема ускоренного и избирательного созревания клеток ядра лицевого нерва и его связей с мышцами лица, вовлекаемыми в акт сосания.

Так, например, сосание является актом, который должен быть обязательно произведен, без него невозможна жизнь. Но вместе с тем вызывает удивление, каким образом сосательный акт “узнает”, что он действительно закончился успехом, т е. действительно молоко вошло в полость рта? Каким образом части системы, зарождающейся в процессе онтогенеза в различных пунктах организма и имеющие различные тканевой и анатомический субстрат, могут к моменту рождения так точно консолидироваться, что непременно возникает организованная, гармонически развитая функция, дающая полезный приспособительный эффект?

Этот вопрос на протяжении последних сорока лет тщательно изучался в нашей лаборатории и морфологическими и физиологическими методами. Объектами исследований были рыбы, морские свинки, наконец, живые плоды человека. Для производства последних экспериментов мы разработали специальный оригинальный метод перфузии кровью плодов человека, начиная с четырехмесячного срока беременности.

Все это огромное количество исследований привело нас к выводу, что мы имеем перед собой некоторую форму развития, которая не совпадает с прежними понятиями морфогенеза и органогенеза. Здесь, в случае системогенеза, речь идет не о созревании органа как целого, а об избирательном и ускоренном созревании некоторых его частей, которые должны сформировать необходимую для выживания систему У эмбриона и у плодов, готовящихся к рождению, нет полностью созревших органов, а есть только созревшие части органов, которые очень рано консолидируются в целую функциональную систему (Рис.7).

Это уже новый принцип развития. Он мог быть констатирован только на основе теории функциональной системы, и потому был нами назван системогенезом. Оказалось, что в данном случае созревают не органы, а только избирательно их фрагменты, формирующие функциональную систему, способную своим полезным результатом обеспечить выживание новорожденного (П. К. Анохин, 1937, 1948, 1964). Совершенно очевидно, что на примере системогенеза мы видим процесс возникновения вторичной концепции, происходящей от теории функциональной системы.

Рис. 7. Схема, иллюстрирующая процесс фрагментации органов при созревании функциональной системы. А, B, C, D, E: индивидуальные органы, в которых при развитии выделяются отдельные структурные элементы a, b, c, d, e, претерпевающие ускоренный рост и консолидацию в единую функциональную систему.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Хорошо известно, что анализ генеза какой-либо плодотворной научной идеи наиболее полно может отразить сам автор этой идеи.

Только он сам может наиболее адекватно оценить те условия, которые родили идею исследования, и только он сам сможет наиболее полно обрисовать все моменты переходов от творческих взмахов к мучительным сомнениям в правильности взятой линии исследования.

Это сомнение должно удесятерить силы в поисках нового решения задачи или возбуждающего обобщения многих, не объединявшихся ранее фактов и открытий...

Кто же проникает в самую суть этих неопубликованных сомнений, кроме самого автора? В беседе с известным американским физиком Р.С.Шенклендом Альберт Эйнштейн сказал: “Почти все историки науки — филологи, а они не понимают, чего добивались физики, как они мыслили и как они решали проблемы” (R. S. Shankland “Talks with Albert Einstein”, Amer. J. Phys., 1963, 31, pp. 47-58).

Понять, у какого пункта творческой работы сконцентрировалась борьба за более адекватное понимание того, что не могло быть понято раньше, понять, как и где разыгралась, употребляя выражение Эйнштейна, мучительная “драма идей” — все это может сделать только сам автор, но, к сожалению, именно эти драмы обычно уходят вместе с авторами, никогда не увидя света...

А, Эйнштейн, говоря об истории науки, часто подчеркивал, что “... только идеи имеют непреходящую ценность” и очень часто сетовал, что ученые мало заботятся о написании “истории идей”, или, как он выразился, “пренебрегают историей развития научных идей”*.

Идея создания настоящего сборника, я бы сказал сборника своеобразных “исповедей ученых”, об идейной стороне своей творческой лаборатории, как видно, является весьма актуальным и полезным начинанием д-ра Каллена.

Возвращаясь к генеалогии функциональных систем и ее идейной эволюции, я могу сказать, что она и в настоящее время продолжает рождать все новые и новые идеи “второго” и “третьего” поколений...

Продолжая начальные установки нашей исследовательской стратегии, мы сейчас прилагаем широкий фронт усилий для того чтобы еще более закрыть пропасть между законами целого организма и между его тонкими молекулярными процессами, составляющими фундамент для создания этого целого.

Я надеюсь что эти попытки приведут нас к сформированию единой архитектоники всех тех системных образовании и больших и малых, которые построены на основе получения полезного результата - единственного и универсального принципа прогресса.

---------

* Кстати, в США в 1939 году, очевидно, не без влияния Эйнштейна, был создан журнал “The History of Ideas”. Сам Эйнштейн написал по этому поводу книгу “Ideas and Opinions”, New York, 1954 (прим. автора).

Литература

Анохин П.К., Шумилина А.И., Анохина А.П. и др. Функциональная система как основа интеграции нервных процессов в эмбриогенезе. Труды V съезда физиологов СССР. 1937, 148-156.
Анохин П.К. Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса. Бюлл. эксп. биол. и мед., 1948, 26, 2, 81-99.
Anokhin P.K. Systemogenesis as a general regulator of brain development. In: The Developing Brain. Eds.: W.A.Himwich and H.E.Himwich. Elsevier, Amsterdam, 1964, 54-86.