Анохин Петр Кузьмич
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ
1973 год

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ
Как показано в одной из последних работ (П. К. Анохин, 1970), взаимодействие как таковое не может сформировать систему, поскольку анализ истинных закономерностей функционирования с точки зрения функциональной системы раскрывает скорее механизм «содействия» компонентов, чем их «взаимодействие».

 1 

 2 

 3 

                 Это серьезный вопрос, связанный с выработкой самого понятия системы, и он требует специального и подробного разбора.

Возникает вопрос: может ли взаимодействие компонентов, взятое само по себе, создать что-то системное, т.е. что-то упорядоченное. Неопределенность и неконструктивность всех приведенных выше формулировок делает понятным тот удивительный факт, что, несмотря на многолетнюю пропаганду, системный подход, в особенности общая теория систем Берталанфи, не стал достаточно популярным среди исследователей конкретных организмов и не привел к значительному преобразованию самой исследовательской практики.

В самом деле, что специфически системного может извлечь исследователь-физиолог, например, из выражения «система — это комплекс взаимодействующих компонентов», если взаимодействие частей организма даже для начинающего исследователя является аксиоматическим фактором жизни?

Мне кажется, что именно здесь завязан тот узел, не развязав которого исследователь никогда не приблизится к истинным механизмам системы и потому, естественно, не сможет использовать ее в своей конкретной работе.

Попытаемся провести более глубокий анализ этих ходячих определений, чтобы вскрыть их недостаточность как для формулировки понятия системы, так и для утверждения ее как фактора научного прогресса. Прежде всего поставим перед собой вопрос: может ли вообще «взаимодействие компонентов» быть основой какого-то системного процесса. Мы даем совершенно определенный ответ: нет, не может. И этот ответ легко аргументировать на любом примере взаимодействия.

Для характеристики понятия множеств и для подсчета числа возможных степеней свободы для взаимодействия в этом множестве приведем пример расчета, сделанного Эшби. Он берет площадку с 400 лампочками (20X20) и делает расчет возможного количества комбинаций взаимодействий, которые можно составить из этих лампочек. Оказывается, что этих взаимодействий такое огромное количество (1010120), что они превосходят общее количество атомов, содержащихся в видимой нами Вселенной (1073).

Но ведь эта квадратная площадка с 400 лампочками в количественном отношении совершенно ничтожна по сравнению с головным мозгом. Для того чтобы применить такое же вычисление по отношению к мозгу, мы должны взять в качестве исходного количества «лампочек», т.е. нервных клеток, по крайней мере количество в 14 млрд.

Кроме того, известно, что соединения между этими «лампочками» идут через синаптнческие контакты, так что каждая располагает не двумя возможными состояниями, как в примере Эшби, а в среднем по крайней мере 5000 возможных состояний в зависимости от приходящих к синапсам импульсаций. Причем надо помнить, что каждый из этих контактов может придать состоянию нейрона особое качество.

Однако для полной характеристики «множества взаимодействий» на примере мозга даже и этого количественного расчета недостаточно. Мы непременно должны учесть также и те общие состояния каждого отдельного нейрона, которые определяют характер его участия во взаимодействиях нейронального множества.

Так, например, Буллок указывает, что имеется по крайней мере пять возможных изменений в градации состояний нейрона, а следовательно, и синаптического образования: возбуждение или торможение, облегчение или депрессия, положительное или отрицательное последействие (или оба вместе), спонтанное расслабление или тонизация нейрона, градуированные ответы спайкового или неспайкового характера.

Важно, что каждое из этих взаимодействующих «множеств»: нейрон, синапс, градуированное состояние нейрона и др. — может создать условие, при котором деятельность элемента в таком обширном «множестве» может радикально измениться, а это значит, что конечный результат деятельности мозга может быть иным. Трудно решить даже воображением задачу подсчета того количества комбинаций взаимодействий в целом мозге, которое может быть выведено из указанных выше цифр. Однако, предложив решить эту задачу опытным математикам, мы получили совершенно фантастическую цифру. Оказалось, что число степеней свободы нервных клеток мозга с учетом всех тех переменных, которые были разобраны выше, может быть выражено единицей с таким количеством нулей, что они могут уместиться только на ленте длиной... в 9500000 километров. Стоит только представить себе это «множество», Чтобы понять, что человек практически никогда не сможет использовать всех грандиозных резервов своей мозговой деятельности.

Представим себе, какой хаос сложился бы в нервной системе, если бы все это «множество» стало «взаимодействовать» и «взаимовлиять» друг на друга! Ясно, что этот хаос не допустил бы никакого организованного поведения целого организма. И тем не менее взаимодействие вообще все-таки непременно входит во все формулировки понятия системы как решающий критерий.

Нам кажется, что такое положение наблюдается потому, что этот важнейший вопрос никогда не был серьезно проанализирован до конца, по крайней мере для биологических систем, и именно поэтому мы не имеем исчерпывающей и научно обоснованной формулировки системы.

Применительно к поведенческому акту мы должны прежде всего исходить из абсолютно достоверного нейрофизиологического факта, что каждый отдельный нейрон потенциально имеет огромное число степеней свободы как объект взаимодействия с другими нейронами. Следовательно, говоря о взаимодействии вообще, мы тем самым неизбежно допускаем одновременное и неорганизованное использование всех этих степеней свободы нейрона.

И это действительно так, поскольку все формулировки понятия системы, делая акцент на «взаимодействии», не содержат в себе и не имеют даже в виду какие-либо факторы, ограничивающие многочисленные возможные степени свободы взаимодействия данного компонента с другими. Практически это касается не только центральной нервной системы, где этот процесс особенно отчетлив и многообразен. Это же наблюдается и в мышечной системе, где малейшее отклонение в механических соотношениях между сокращающимися мышцами ведет к хаосу и потере целенаправленности движения, и во многих химических констелляциях.

Итак, мы пришли к очень важному выводу: взаимодействие, взятое в его общем виде, не может сформировать системы из «множества компонентов». Следовательно, и все формулировки понятия системы, основанные только на «взаимодействии» и на «упорядочении» компонентов, оказываются сами по себе несостоятельными.

Совершенно ясно, что именно в этом пункте мы имеем коренной недостаток в существующих подходах к выработке общей теории систем. Становится очевидным, что в проблему определения понятия системы необходимо ввести некоторые дополнительные аспекты, которые придали бы этому понятию конкретные механизмы организованного целого, детерминистически достоверного и логически понятного. Точнее говоря, мы должны вскрыть те детерминирующие факторы, которые освобождают компоненты системы от избыточных степеней свободы.

Внесение в формулировку системы выражения «упорядоченное множество» не исправляет исходного дефекта и, пожалуй, даже, наоборот, вносит в проблему некоторый привкус телеологического. В самом деле, кто «упорядочивает» распределение множества компонентов в системе? По какому критерию производится это «упорядочивание»? Не может же какое-либо множество стать «упорядоченным» без критерия (!) этой «упорядоченности». Должен быть конкретный фактор, который «упорядочивает» систему.

Ясно, что, не имея четкого ответа на эти вопросы, мы фактически продолжаем стоять на месте. Примером такой нечеткости может служить выражение Эшби, который определил существо «самоорганизующихся систем» как «изменение от неорганизованной системы к организованной». Все сказанное выше заставляет нас признать, что мы стоим перед необходимостью более глубоко проанализировать некоторые до сих пор еще не вскрытые детерминанты, направляющие взаимодействия компонентов в системе.

До тех пор пока системологи не определят точно фактор, который радикально ограничивает степени свободы участвующих в данном множестве компонентов, все разговоры о системе и ее преимуществах перед несистемным подходом будут столь же неплодотворны, как до сих пор была неплодотворной в конкретной исследовательской работе и сама общая теория систем.

Ниже и будет сделана попытка вывести системообразующий фактор из свойств живого организма и обсудить изоморфность этого фактора для различных классов явлений (организма, машины, общества).
 

КОНКРЕТНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ КАК СИСТЕМООБРАЗУЮЩИЙ ФАКТОР

Достаточно понаблюдать после каких-либо нарушений за восстановлением какой-нибудь простой и очевидной функции с весьма четким результатом, например за удержанием тела человека в вертикальном положении, чтобы ответить с определенностью на поставленные выше вопросы.

Таким императивным фактором, использующим все возможности системы, является полезный результат системы, в данном случае вертикальная поза, и формируемая им обратная афферентация. Именно достаточность или недостаточность результата определяет поведение системы: в случае его достаточности организм переходит на формирование другой функциональной системы с другим полезным результатом, представляющим собой следующий этап в универсальном континууме результатов (П. К. Анохин, 1970).

В случае недостаточности полученного результата происходит стимулирование активирующих механизмов, возникает активный подбор новых компонентов, создается перемена степеней свободы действующих синаптических организаций и, наконец, после нескольких «проб и ошибок» находится совершенно достаточный приспособительный результат.

Мы не вскрываем всех детальных механизмов, при помощи которых система подбирает необходимый на данный момент результат. Это будет сделано в одном из последующих разделов статьи. Сейчас же нам необходимо лишь дать исчерпывающую формулировку системы, в которой результат является ведущим компонентом.

Включение в анализ результата как решающего звена системы значительно изменяет общепринятые взгляды на систему вообще и дает новое освещение ряду вопросов, подлежащих глубокому анализу.

Прежде всего оказывается возможным как всю деятельность системы, так и ее всевозможные изменения представить целиком в терминах результата, что еще более подчеркивает его решающую роль в поведении, системы. Эта деятельность может быть полностью выражена в вопросах, отражающих различные этапы формирования системы:
1) какой результат должен быть получен?
2) когда именно должен быть получен результат?
3) какими механизмами должен быть получен результат?
4) как система убеждается в достаточности полученного результата?

По сути дела, эти четыре вопроса разрешаются основными узловыми механизмами системы. Вместе с тем в них выражено все то, ради чего формируется система.

Возьмем для примера последний вопрос. Центральная нервная система должна непременно получить информацию о полученном результате. Мы знаем, что в механических системах эта информация получила название «обратная связь». В нашей лаборатории она получила название «обратная афферентация» или «санкционирующая афферентация», поскольку она может санкционировать последнее распределение в системе эфферентных возбуждений, обеспечивших получение полезного результата.

Все это будет четко показано в дальнейшем изложении на основе конкретных физиологических механизмов. Сейчас же нам необходимо отметить одно решающее обстоятельство: результат обладает императивными возможностями реорганизовать распределение возбуждений в системе в соответствующем направлении.

Итак, мы видим, что формирование системы подчинено получению определенного полезного результата, а недостаточный результат может целиком реорганизовать систему и сформировать новую, с более совершенным взаимодействием компонентов, дающим достаточный результат. Что может быть более убедительным для доказательства справедливости положения о том, что результат является в самом деле центральным фактором системы. И вместе с тем что может быть очевиднее того, что не может быть понятия системы без ее полезного результата.

Правда, нам приходилось не раз слышать замечания, что система с результатом — это «специальный случай» системы. Но тогда очень важно было бы узнать, что является у системы без результата тем фактором, который обеспечивает переход, выражаясь языком Эшби, «от неорганизованного к организованному», т.е. от хаоса взаимодействия к системе.

Такое положение радикально меняет и наше отношение к понятию «взаимодействие», которое, как мы видели, будучи основным критерием для определения понятия системы у многих современных исследователей, определило общий неуспех всего направления.

Показанная выше роль результата во всех превращениях системы делает невозможной какую-либо формулировку системы, не основанную на роли результата в ее деятельности, ибо, как мы видели, только он может «изменить неорганизованное множество в организованное».

Важным последствием включения результата как решающего операционального фактора системы является то, что сразу же делаются понятными механизмы освобождения компонентов системы от избыточных степеней свободы. А ясность в этом вопросе — это серьезный шаг в разрешении противоречий, возникших в связи с недостаточностью понятия «взаимодействие».

Следует отметить, что, говоря о «степенях свободы» центральной нервной системы как важнейшего звена функциональной системы, мы имеем в виду не только степени свободы, определяемые количеством участвующих нейронов, но и степени свободы, определяемые количеством участвующих синапсов из всех синапсов, имеющихся на каждом из 14 млрд. нейронов.

В самом деле, допустим, что какая-либо система имеет в своем составе a, b, c, d, е -компоненты. Возникает вопрос, какие факторы устанавливают вполне определенные системные (!) взаимоотношения, например между компонентами b и е. Что может вообще установить между всеми компонентами системы такие взаимоотношения, которые устранили бы хаос всеобщего взаимодействия, т.е. одновременной реализации всех степеней свободы каждого компонента?

Для нас ответ на этот вопрос является вполне определенным: упорядоченность во взаимодействии множества компонентов системы устанавливается на основе степени их содействия в получении целой системой строго определенного полезного результата. Степени же свободы каждого компонента системы — нейрона, не помогающие получению полезного результата, устраняются из активной деятельности.

Таким образом, к системе с полезным результатом ее деятельности более пригоден не термин «взаимодействие», а термин «взаимоСОдействие». Она должна представлять собой подлинную кооперацию компонентов множества, усилия которых направлены на получение конечного полезного результата. А это значит, что всякий компонент может войти в систему только в том случае, если он вносит свою долю содействия в получение запрограммированного результата.

Именно по этому принципу, как мы увидим ниже, и происходит вовлечение всякого нового компонента в трудных условиях функционирования для получения полезного результата. Компонент при своем вхождении в систему должен немедленно исключить все те степени своей свободы, которые мешают или не помогают получению результата данной системы. Наоборот, он максимально использует именно те степени свободы, которые в той или иной мере содействуют получению конечного полезного результата данной системы.

Главное качество биологической самоорганизующей системы и состоит в том, что она непрерывно и активно производит перебор степеней свободы множества компонентов, часто даже в микроинтервалах времени, чтобы  включить те из них, которые приближают организм к получению полезного результата.

Возвращаясь к спору Бора и Эйнштейна о наиболее эффективном подходе к изучению целостных организаций, мы бы сказали, что термин «взаимодействие» звучит более феноменологически, нейтрально, в то время как термин взанмоСОдействие звучит более каузально, активно, поскольку для создания этого взаимодействия включаются многие новые специализированные механизмы.

Несколько удивляет то обстоятельство, что, несмотря на весьма широко развивающийся в настоящее время системный подход к биологическим и техническим объектам, результат системной деятельности как решающий самоорганизующий фактор системы не был взят в качестве основного операционального фактора, а соответственно с этим не были даны формулировки и не сделаны те преобразования в наших поисках, которые заставляют ставить многие вопросы по-новому.

Суммируя все сказанное выше, мы можем теперь легко дать ту формулировку понятия системы, которая, с нашей точки зрения, наиболее полно отражает ее суть.

Системой можно назвать только такой комплекс избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношения принимают характер взаимоСОдействия компонентов на получение фокусированного полезного результата.

Конкретным механизмом взаимодействия компонентов является освобождение их от избыточных степеней свободы, не нужных для получения данного конкретного результата, и, наоборот, сохранение всех тех степеней свободы, которые способствуют получению результата.

В свою очередь результат через характерные для него параметры и благодаря обратной афферентации имеет возможность реорганизовать систему, создавая такую форму взаимосодействия между ее компонентами, которая является наиболее благоприятной для получения именно запрограммированного результата.

Таким образом, результат является неотъемлемым и решающим компонентом системы, инструментом, создающим упорядоченное взаимодействие между всеми другими ее компонентами.

Теперь мы сможем вполне определенно ответить на поставленный выше вопрос: такой фактор упорядочивает множество компонентов системы. Таким решающим и единственным фактором является результат, который, будучи недостаточным, активно влияет на отбор именно тех степеней свободы у компонентов системы, которые при их интегрировании определяют в дальнейшем получение полноценного результата.

Рис 2. Схематическое  изображение упорядочивающего действия результата  системы на реорганизацию ее степеней свободы. Сплошные линии — взаимодействия между нервными элементами только на основе общего числа их степеней свободы (1) и ограничение избыточных степеней свободы системы благодаря обратной афферентации, формирующейся на основе различных параметров результата (2—4). Пунктирные линии — исключенные степени свободы. В качестве одиночной степени свободы для центральной нервной системы предполагается одиночное синаптическое образование.

Именно потому, что в нашей концепции результат оказывает центральное организующее влияние на все этапы формирования функциональной системы, а сам полезный результат является, несомненно, функциональным феноменом, мы и назвали всю архитектуру функциональной системой. Ниже будет дана более подробная аргументация этого понятия. Сейчас же мы считаем нужным разобрать одно принципиальное следствие нашей концепции для общепринятой кибернетической терминологии.

Имеется в виду прежде всего весьма распространенное выражение «управляющая система», которое ни семантически, ни логически не может быть принято теорией функциональной системы. В самом деле, что означает это выражение? Ничего, кроме традиционного игнорирования результата системы при обсуждении кибернетических закономерностей.

Действительно, выражение управляющая система по самой своей сути предполагает, что управляемый объект не является компонентом управляющей системы, т.е., попросту говоря, он находится за пределами (!) самой управляющей системы.

Из самого выражения «управляющая система» следует, что она уже сама является полноценной системой, несмотря на то что управляемый объект находится вне ее. С точки зрения всех решающих влияний результата на систему, которые были изложены выше, такое положение является неприемлемым.

В самом деле, стоит лишь поставить вопрос, что произойдет с управляющей системой, если результат, т.е. управляемый объект, окажется не совпадающим с запрограммированным результатом, т.е. если попросту результат окажется неполноценным.

На основании предложенных нами выше представлений о системе результат должен сам немедленно сигнализировать о своей недостаточности и стимулировать управляющую систему на реорганизацию, которая временами заходит так далеко, что может привести к полной перемене установившихся взаимоотношений между компонентами системы.

Можно пойти еще дальше и поставить чисто риторический вопрос: откуда управляющая система «узнает», каким именно объектом ей надо управлять, если она уже система? Ведь чтобы управлять чем-то, надо иметь весьма адекватные связи и соотношения с управляемым. И не обстоит ли дело так, что уже начальные процессы формирования самой управляющей системы находятся полностью под управлением будущего, необходимого в данный момент организму результата?

Именно так позволяет смотреть на этот вопрос теория функциональной системы, которая включает приспособительный результат функционирования системы как органическую составную часть системы. Только в этом случае можно уйти от бесплодных терминов, которые, уводя мысль в сторону, несомненно, наносят ущерб пониманию самой системы. Именно к этому ведет чрезвычайно широко распространенная тенденция употреблять такие выражения, как «управляющая система», «управляемый объект», «управляемая система», «биоуправление» и т.д.

Как мы видели выше, при более глубоком анализе все эти понятия превращаются в научную фикцию, поскольку они не соответствуют истинным соотношениям в действительной регуляции, т.е. просто-напросто не имеют реального содержания.

Однако эта тенденция оперировать понятиями, не имеющими конкретной основы, отразилась и на построении моделей систем. Они все, как правило, имеют input и output, т.е. вход и выход. Большей частью выход замыкается на вход дополнительной петлей обратной связи.

Для примера можно указать на недостаточность схем Винера, Гродинса, Милсума, Эшби, Мак Кея, Паска и многих других, хотя они и внесли весьма полезный, а часто и решающий вклад в теорию регуляции.

Но что значит «выход» с точки зрения биологического объекта, например развитого организма? Выходом может быть и реальное возбуждение, выходящее всего лишь на эфферентные пути к рабочим органам; выходом может быть также и работа этих органов, т.е. то, что соответствует физиологическому термину «рефлекторное действие». Но этот выход никогда фактически не связывается с результатом функционирования системы, конкретные и измеримые параметры которого, как правило, определяют все дальнейшее поведение системы.

Традиция избегать результат действия как самостоятельную физиологическую категорию не случайна. Она отражает традиции рефлекторной теории, которая заканчивает «рефлекторную дугу» только действием, не вводя в поле зрения и не интерпретируя результат этого действия. Между тем сейчас становится все более и более очевидным, что именно результат функционирования системы является движущим фактором прогресса всего живого на нашей планете.

Еще одно замечание. Часто приходится встречаться с понятием «состояние системы», которое при неправильном его применении может повести мысль в ненужном направлении. Так, например, Ханике (1969) говорит: «Каждый раз, когда возникают возмущения равновесия, система стремится найти устойчивое состояние». Было бы совершенно непрогрессивным для живой природы, если бы система «стремилась» найти лишь устойчивое состояние.

Если уж употреблять термин «стремиться», то наиболее правильно такое выражение: система «стремится» получить запрограммированный результат и ради этого результата может пойти на самые большие возмущения во взаимодействиях своих компонентов. Следовательно, центральным пунктом, ради которого происходят всякого рода «изменения состояний системы», является опять-таки! результат. Именно он в случае затрудненного его получения может привести всю систему в крайне беспокойное и неустойчивое состояние. Итак, вся трактовка состояния системы радикально меняется, как только мы пойдем естественным путем, приняв в качестве центрального фактора получение системой полезного результата.

Но так как организм живет в среде непрерывного получения результата, в подлинном континууме результатов, то после достижения определенного фазного результата начинается «беспокойство» по поводу последующего результата.

Надо обратить внимание на одну особенность функциональной системы, не укладывающуюся в обычные физиологические представления. Речь идет о том, что содержание результата, или, выражаясь физиологическим языком, параметры результата, формируется системой в виде определенной модели (см. ниже) раньше, чем появится сам результат. Именно этот чудесный и реальный подарок всему живому на земле, имеющий характер предсказания, отпугнул от себя даже гениальных экспериментаторов.

Вряд ли кто-либо из теоретиков павловского учения о высшей нервной деятельности обратил внимание на один, на первый взгляд, странный эпизод в генеалогии творческих приемов И.П. Павлова. Как известно, в 1916 г. смелый гений ученого замахнулся на самое тонкое и самое сокровенное в работе головного мозга человека — на цель поведения. И.П. Павлов назвал свое известное выступление по этому вопросу «Рефлекс цели». Казалось бы, с этого момента должна была развиваться бурная исследовательская деятельность павловской лаборатории по этому физиологически, психологически и идеологически столь важному вопросу. Однако нам хорошо известно, что И.П. Павлов никогда больше на протяжении всей своей дальнейшей жизни к этому вопросу не возвращался. Почему?

Нам кажется, что причина ухода И.П. Павлова от важнейшей проблемы — деятельности мозга — заключается в том, что сам факт возникновения цели для получения того или иного результата вступает в принципиальное противоречие с основными чертами рефлекторной теории. И.П. Павлов, несомненно, думал и об этом, несомненно, видел и то, что, поставив проблему цели, он вынужден был бы значительно перестроить то грандиозное здание, которое с такой гениальной смелостью и настойчивостью строил всю свою жизнь.

Как известно, представление о рефлекторном процессе построено на нерушимом принципе поступательного хода возбуждения от пункта к пункту по всей рефлекторной дуге.

В формировании цели И. П. Павлов, наоборот, встретился с совершенно неожиданным принципом работы нервной системы. Здесь модель конечного результата данного акта создается уже на начальных этапах распространения возбуждения, т.е. раньше, чем закончится весь процесс формирования поведенческого акта, и раньше, чем будет получен сам результат.

Действительно, совершенно ясно, что цель к получению данного результата возникает раньше, чем может быть получен сам результат. Причем интервал между этими двумя моментами может равняться и минуте, и годам... Такая грандиозная роль результата во всех поведенческих актах животных и человека, естественно, не может быть игнорирована, если мы хотим сформулировать системный подход и построить модель системы.

Рис. 3. Схематическое изображение соотношений возбужденных и невозбужденных синапсов на нейроне. В зависимости от этих соотношений одна и та же клетка может выдавать разную активность. Черные линии и точки — возбужденные в данный момент волокна и синапсы; пунктир и белые кружки — невозбужденные.

Сейчас, пожалуй, единственной областью, где результат, «полезность результата» и проблема оценки этого результата становится почти центральным фактором исследования, является область промышленно-экономических систем. Такой успех и значение результата именно в этой области системного подхода понятны, ибо здесь полезность деятельности делается настолько очевидной, что игнорировать ее было бы просто неразумно. В самом деле, если мы имеем «большую систему» в виде производствепно связанных заводских агрегатов, например в нефтеперерабатывающей промышленности, то игнорирование полезности результата на уровне каждой субсистемы этой большой системы привело бы к расточительности и полной нерентабельности всего предприятия. Именно состояние ценности и полезности результата в каждой субсистеме этого предприятия и сочетание их с окончательным результатом могут дать решающее суждение о том, насколько полезен конечный результат и в какой степени выгодно все обширное предприятие.

Один из теоретиков полезности экономист Bross (1953) так определяет значение пользы: «Суд последней инстанции — это не блестящий словесный аргумент, не солидно звучащий абстрактный принцип и даже не ясная логика или математика, — это результат в реальном мире». Это высказывание весьма показательно для мышления теоретиков управления пред приятиями. По сути дела и большие системы организма также сотканы из малых субсистем. Наконец, результат деятельности целого организма также является «судом последней инстанции».

Мы уже видели, что именно отсутствие результата во всех формулировках системы и делает их неприемлемыми с операциональной точки зрения. Этот дефект полностью устранен в развиваемой нами теории функциональной системы.

1. В функциональной системе результат представляет собой ее органическую часть, оказывающую решающее влияние как на ход ее формирования, так и на все ее последующие реорганизации.

2. Наличие вполне определенного результата как решающего компонента функциональной системы делает недостаточным понятие «взаимодействия» в оценке отношений компонентов системы между собой. Именно результат отбирает все адекватные для данного момента степени свободы компонентов системы и фокусирует их усилие на себе.

3. Если деятельность системы заканчивается полезным в каком-то отношении результатом, то «взаимодействие» компонентов данной системы всегда будет протекать по типу их взаимосодействия, направленного на получение результата.

4. Взаимосодействие компонентов системы достигается тем, что каждый из них под влиянием афферентного синтеза или обратной афферентации освобождается от избыточных степеней свободы и объединяется с другими компонентами только на основе тех степеней свободы, которые вместе содействуют получению надежного конечного результата (рис. 3).

5. Включение результата в функциональную систему исключает необходимость применять как несовершенные формулировки самой системы, так и многие другие («управляющая система», «управляющий объект», «биоуправление» и т.д.).

СОСТАВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И ИЕРАРХИЯ СИСТЕМ

После того как мы определили само понятие системы, другим важным общим вопросом характеристики системы является выяснение ее состава и роли отдельных компонентов функционирования системы. Определение состава необходимо еще и потому, что именно в этом пункте происходит довольно часто интерференция нового представления о системе со всем тем, что в прежнее время свободно определялось термином «система» без каких-либо строгих ограничений формулировок и понятий.

Критериями для употребления термина «система» являлось все, что представляло собой нечто упорядоченное по сравнению с другими явлениями, относящимися к иным классам (например, система кровообращения, система пищеварения, мышечная система и др.). Ясно, что здесь термин система употребляется в смысле принадлежности данного феномена к определенному типу анатомических преобразований, объединенных типом функционирования. Еще и до сих пор имеются исследователи, которые видят в употреблении термина «система» только этот смысл.

Говоря о системе в этом последнем смысле, мы выделяем из целого организма какую-то часть, объединенную типом анатомического строения или типом функционирования, и по сути дела исключаем возможность понимания этих выделенных структур в истинном системном плане. Совершенно очевидно, что система кровообращения никогда не выступает как нечто отдельное, ибо это было бы нонсенсом физиологии. В полноценном организме кровообращение всегда ведет к получению какого-то приспособительного результата (уровня кровяного давления, скорости кровотока и т.д.). Однако ни один из этих результатов нельзя получить только за счет системы кровообращения. Сюда непременно включаются нервная и эндокринная системы и др. И все эти компоненты объединены по принципу взаимосодействия. Поэтому при новом системном подходе вопрос идет об акценте не на каком-либо анатомическом признаке участвующего компонента, а на принципах организации многих компонентов, из многих анатомических систем, с непременным получением результата деятельности этой разветвленной гетерогенной системы.

Очень часто приходится встречаться с каким-то нарочитым подчеркиванием именно структурно-анатомической принадлежности компонентов системы (например, «структурно-системная организация», «структурные уровни» и т.д.). Это, однако, ведет к неправильной ориентации читателя. В самом деле, что значит «структурно-системный»? Разве может быть какая-то система организма, например дающая полезный приспособительный результат, бесструктурной, т.е. функционировать без структуры?

С самого начала надо подчеркнуть, что функциональные системы организма складываются из динамически мобилизуемых структур в масштабе целого организма и на их деятельности и окончательном результате не отражается исключительное влияние какого-нибудь анатомического типа участвующей структуры. Больше того, компоненты той или иной анатомической принадлежности мобилизуются и вовлекаются в функциональную систему только в меру их содействия получению запрограммированного результата.

Как мы уже видели из всего изложенного, эти компоненты, входя в систему, теряют свои избыточные степени свободы; остаются лишь те из них, которые содействуют получению именно данного полезного результата, поскольку поведение в целом представляет собой истинный континуум результатов. Едва ли поэтому будет разумным то терминологическое усложнение, которое вводится термином «структурно-системные отношения».

Кроме того, нельзя не отметить и того, что внесение понятия структуры в формулировку системы привносит привкус чего-то жестко структурно детерминированного. Между тем одним из самых характерных свойств функциональной системы является именно динамическая изменчивость входящих в нее структурных компонентов, изменчивость, продолжающаяся до тех пор, пока не будет получен соответствующий полезный результат. Ясно, что на первый план в формировании истинно функциональных систем выступают законы результата и динамической мобилизуемости структур, обеспечивающие быстрое формирование функциональной системы и получение данного результата.

Нам хотелось бы отметить одно важное обстоятельство, которое проходит мимо внимания исследователя. Это свойство внезапной мобилизуемости структурных элементов организма в соответствии с непрерывными функциональными требованиями, которые функция предъявляет к структуре. Под свойством мобилизуемости мы понимаем возможность моментального построения любых дробных комбинаций, обеспечивающих функциональной системе получение полезного приспособительного результата. Практически, если бы не было этой потенциальной способности структур к внезапной мобилизуемости, причем в любой аранжировке, моментальная организация функциональных систем была бы просто невозможна и, следовательно, приспособление было бы несовершенным.  

Схема 4 дает возможность сопоставить реальную организацию функциональных систем Z1, 2,  : : : 6, имеющих общий пейцмекер (Рz). Пунктирные линии показывают, что функциональные системы такого типа не могут быть поняты из концепции уровня, так как любой уровень организации неизбежно связан с энергетическим пунктом, питающим системы различных уровней. 

Так, например, сидя за письменным столом, мы можем взять с него предмет правой рукой, но если нам в этот момент необходим другой предмет, лежащий позади нас, то мы с такой же легкостью, разворачивая руку в сторону, можем взять и этот предмет. Ясно, что только способность иннервационных аппаратов мышц к внезапной перестройке и к выборочной организации отдельных дробных компонентов и обеспечивает формирование функциональных систем, полезных в данный момент.

Таким образом, существование результата системы как определяющего фактора для формирования функциональной системы и ее фазовых реорганизаций и наличие специфического строения структурных аппаратов, дающего возможность немедленной мобилизации объединения их в функциональную систему, говорят о том, что истинные системы организма всегда функциональны по своей сути. Это значит, что функциональный принцип выборочной мобилизации структур является доминирующим, и потому вполне естественно назвать такую систему функциональной, что мы в свое время и сделали (П. К. Анохин, 1935).

В связи с вопросом структурного состава функциональной системы возникает также и вопрос об иерархии систем, который становится в последние годы все более и более актуальным. Мы никогда не имеем по-настоящему изолированные функциональные системы организма, можно только с дидактической целью выбрать определенную систему, обеспечивающую какой-то результат на данном уровне иерархии систем (рис. 4).

Так, например, соотношение актина и актомиозина, конечно, составляет по своей операциональной архитектонике вполне очерченную функциональную систему, заканчивающуюся положительным результатом, который можно было бы сформулировать как сокращение мышечной фибриллы. Но такая функциональная система представляется лишь промежуточной между еще более тонкими молекулярными соотношениями протоплазмы мышечной клетки и между движением (например, движением охотника по лесу в поисках дичи), поскольку это движение осуществляется, в конце концов, также с помощью актина и актомиозина. Но как обширен диапазон, в который включено множество функциональных систем, составляющих эту грандиозную иерархию систем!

Естественно поэтому, что, говоря о составе функциональной системы, мы должны иметь в виду, что каждая функциональная система, взятая для исследования, неизбежно находится где-то между тончайшими молекулярными системами и наиболее высоким уровнем системной организации в виде, например, целого поведенческого акта.

Нетрудно понять, что, раскрыв реальные физиологические механизмы объединения функциональных систем различных уровней, мы приблизились бы к решению проблемы органического объединения анализа и синтеза в самом исследовательском процессе.

В самом деле, сокращение мышечного волокна представилось бы нам в двух аспектах: с одной стороны, это могло бы быть сокращение как процесс вообще сократительных структур, а с другой — сокращение, составляющее какую-то очень дробную субсистему, например в спортивном прыжке. Ясно, что мы имеем грандиозное различие в составе этих систем и, может быть, еще более грандиозную задачу определения места компонента в большой системе.

В последние годы вопрос об «уровнях» организации больших систем особенно подчеркивается рядом советских (Кремянский, Введенов и др.) и зарубежных авторов (Джерард, Браун, Новиков и др.). Наиболее полный обзор этого направления в поисках интегративных закономерностей дан в книге и статьях В. И. Кремянского. Это направление выступает под различными названиями: «интегративные уровни», «структурные уровни», «иерархия систем» и др.

Однако опять-таки в силу того же излишнего теоретизирования ни один из авторов не дает ничего конструктивного для конкретного исследовательского процесса и не отвечает на основные вопросы иерархии.

В сущности на это указывает и употребление термина «уровни», который находится в абсолютном противоречии с понятием «система». Главное же то, что ни в одной концепции уровни не обладают какой-либо функциональной архитектоникой и, следовательно, как способ соединения уровней, так к механизмы, удерживающие единство всей архитектуры целого, естественно, не могут быть найдены.

Все сказанное выше с совершенной очевидностью убеждает нас в том, что перед исследователем стоят по крайней мере два кардинальных вопроса, не решив которые он не может надеяться на понимание тонких механизмов сложных функциональных систем организма.

Несколько лет назад эти вопросы были сформулированы нами в следующем виде.
     1. Различается ли чем-либо принципиально архитектура функционирования как у весьма элементарных, так и у сложных субсистем? Иначе говоря, функционируют ли системы всех уровней по одной и той же архитектуре, которая характерна для функциональной системы вообще, или эти архитектуры чем-то отличаются друг от друга?
     2. Какими конкретными механизмами соединяются между собой субсистемы при образовании суперсистемы? Учитывая наличие в функциональной системе определенного количества специфических для нее узловых механизмов, вопрос можно поставить более конкретно: какими именно УЗЛОВЫМИ механизмами своей архитектуры соединяются субсистемы, чтобы образовать суперсистему?

Не объединяются ли по этому же принципу и «большие системы» промышленных предприятий? Мы предоставляем право судить об этом соответствующим специалистам. Но если бы это было так, перед  нами встал бы вопрос о замечательной гармонии в организации всех тех систем, где результат является решающим фактором системообразования.

Мы допускаем, что при анализе такого ответственного вопроса, как объединение субсистем в суперсистему, могут возникнуть другие вопросы, однако несомненно одно, что без решения двух поставленных выше вопросов нельзя надеяться на решение всей проблемы иерархии систем в целом. Они принципиальны по своей сути.

Отвечая на первый вопрос, нужно исходить из того вывода, к которому мы пришли при формулировке самого понятия «система». Центральным моментом для системы является результат, так как любой комплекс и любое множество становятся системой только благодаря результату. Вместе с тем система не может быть стабильной, если сам результат своими существенными параметрами не влияет на систему обратной афферентацией. А если это так, то любая система, какой бы значительной она ни была в иерархическом ряду, должна подчиняться этим правилам.

Все эти соображения приводят нас к окончательному и фундаментальному выводу о составе иерархии: все функциональные системы независимо от уровня своей организации и от количества составляющих их компонентов имеют принципиально одну и ту же функциональную архитектуру, в которой результат является доминирующим фактором, стабилизирующим организацию систем.

Решение второго из поставленных выше вопросов облегчается принятием положения, что архитектуры систем принципиально тождественны.

Если допустить, что какие-то субсистемы соединяются между собой, вступают в контакт с помощью каких-то промежуточных механизмов, ведущих к получению полезного результата, то сразу же будет видно, что такое допущение не может быть сделано. Тогда какие-то субсистемы не смогут развить своего основного функционального смысла, т.е. получения результата, и, таким образом, сама система не может быть названа системой. Поэтому наиболее вероятно, что именно полезный результат системы, какой бы малой она ни была, представляет тот реальный вклад, который она может сделать при образовании суперсистемы, или «большой системы».

Отсюда следует, что при образовании иерархии систем всякий более низкий уровень систем должен как-то организовать контакт результатов, что и может составить следующий, более высокий уровень систем и т.д. Очевидно, организм формирует свои системы именно таким образом, и только при этом возможно организовать системы с обширным количеством компонентов. Естественно, что в этом случае «иерархия систем» превращается в иерархию результатов каждой из субсистем предыдущего уровня.

Другой важный вопрос, возникающий при образовании иерархии систем, состоит в следующем: как действует эта субординированная иерархия, когда ей надо выступать как целое?

Хороший пример представляет соотношение уровня кровяного давления и какого-либо эмоционального состояния, возникшего под влиянием внешних воздействий. Мы знаем, что при возникновении эмоции, например страха, происходит быстрый подъем кровяного давления, что имеет несомненное приспособительное значение. Но в то же время мы знаем, что постоянный уровень кровяного давления представляет собой результат самостоятельной разветвленной функциональной системы, независимой от эмоционального разряда (П. К. Анохин, 1960). Как эмоциональный разряд, возникший по внешнему поводу, находит доступ к функциональной системе кровообращения? На какие компоненты этой более низко организованной системы действует эмоциональный разряд?

Кора головного мозга и вызванная ею эмоция заинтересованы в поддержании высокого уровня кровоснабжения и метаболических процессов в условиях стрессового состояния целого организма. Поэтому ясно, что эмоциональный разряд должен оказать свое действие на «результат» функциональной системы — на уровень кровяного давления. Но этот уровень — физическая величина.

Таким образом, эмоциональный разряд должен действовать прежде всего на эфферентные механизмы, определяющие уровень кровяного давления. Следовательно, в нисходящем направлении эмоциональный разряд должен подействовать на эфферентное звено системы, определяющее уровень давления, т. е. на сосудосуживающий центр.

Обращает на себя внимание один весьма интересный факт: в этом случае уровень кровяного давления не зависит от того афферентного синтеза, который производится ежесекундно сосудосуживающим центром на основе барорецепторной афферентной сигнализации. В случае эмоционального разряда возбуждение суперсистемы прямо занимает эфферентные пути субсистемы и устанавливает нужный уровень кровяного давления, минуя афферентный синтез «хозяина» субсистемы. На долю же этой последней остается лишь сопротивляться при помощи барорецепторов чрезмерному давлению, оказываемому на ее сосуды...

Подводя итог сказанному, следует заметить, что главной чертой каждой функциональной системы является ее динамичность. Структурные образования, составляющие функциональные системы, обладают исключительной мобилизуемостью. Именно это свойство систем и дает им возможность быть пластичными, внезапно менять свою архитектуру в поисках запрограммированного полезного результата.

ВНУТРЕННЯЯ ОПЕРАЦИОНАЛЬНАЯ АРХИТЕКТОНИКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Не будет преувеличением сказать, что трудность развития системного подхода вообще и «общей теории систем» Берталанфи в частности состоит именно в том, что обсуждение ведется на уровне глобальных свойств системы, так сказать обсуждение системы «черного ящика». Подавляющее большинство исследователей не делают попытки проникнуть во внутреннюю архитектонику системы и дать сравнительную оценку специфических свойств ее внутренних механизмов. При таком подходе обсуждаемая система всегда выглядит как нечто гомогенное, в котором клетки одинаковы, все компоненты равноценны и все механизмы разнозначны.

В действительности же дело обстоит совсем наоборот. Функциональная система всегда гетерогенна. Она всегда состоит из определенного количества узловых механизмов, каждый из которых занимает свое собственное место и является специфическим для всего процесса формирования функциональной системы.
Становится очевидным, что, не вскрыв этих своеобразных     механизмов,     составляющих     внутреннюю     операциональную  архитектонику системы, мы не приблизимся к самой решающей цели системного подхода вообще — обеспечению органического единства в исследовательском процессе системного уровня функционирования с индивидуальной  характеристикой  каждого  дробного  элемента  или  механизма, принимающего участие в этом функционировании.
Смысл системного подхода состоит именно в том, что элемент или компонент функционирования не должен пониматься как самостоятельное и независимое образование. Он должен пониматься как элемент, чьи оставшиеся степени свободы подчинены общему плану функционирования системы, направляемому получением полезного результата. Компонент должен быть органическим звеном в весьма обширной кооперации с другими компонентами системы. Естественно, что это правило относится к любому компоненту любой субсистемы, как бы элементарна она ни была.

Одним из существенных и даже, пожалуй, решающих отличий теории функциональной системы от всех предлагаемых к обсуждению системных моделей является наличие в ней четко отработанной внутренней операциональной архитектоники. Такая внутренняя архитектоника, выраженная в физиологических понятиях, является непосредственным инструментом для практического применения функциональной системы в исследовательской работе, если даже она касается молекулярного уровня исследуемого объекта.

Практически система может стать методологическим пришитом исследования и перебросить концептуальный мост от синтетических обобщений к аналитическим деталям только в том случае, если она будет иметь четко очерченную, физиологически достоверную и логически оправданную внутреннюю архитектонику.

Внутренняя архитектоника функциональной системы выражает собой дальнейшее развитие идеи взаимосодействия компонентов системы, она раскрывает ее тонкие механизмы, при помощи которых компоненты системы освобождаются от избыточных степеней свободы, чтобы установить взаимосвязь с другими компонентами на основе императивного влияния результата на всю систему.

В одной из своих работ Эшби очень разумно говорит о том, что сама множественность компонентов системы и их потенциально безграничное взаимодействие должны быть упрощены в соответствии с требованиями анализа, поскольку, как мы видели на примере с площадкой с 400 лампочками, совершенно невозможно эффективно анализировать хаотические «взаимодействия» этого множества. Именно это обстоятельство заставило его говорить об упрощении и об «улучшенной логике механизма». Он выразился даже еще более радикально, говоря, что «теория систем должна строиться на методах упрощения и что она представляет собой науку упрощения» (Эшби, 1962).

Однако опять-таки он не указывает самого важного: на основе какого еще критерия должна быть построена «логика механизма» и должно быть произведено «упрощение множества». Теория функциональной системы решает этот вопрос четко и обоснованно. Центральным критерием упрощения множества является результат системы, который, как мы видели, предъявляет решающие требования к определенным степеням свободы компонентов системы. С точки зрения теории функциональной системы, «улучшенная логика механизма» есть не что иное, как внутренняя операциональная архитектоника системы, отвечающая на все требования тончайшего физиологического анализа механизмов системы до молекулярного уровня включительно.

Ниже мы приводим узловые специфические механизмы, представляющие собой внутреннюю архитектонику системы и вместе с тем обеспечивающие объединение в одной исходной концепции и высшего синтеза и тончайшего анализа.

третья часть
АФФЕРЕНТНЫЙ СИНТЕЗ