Избранные труды. Кибернетика функциональных систем

В некоторых случаях этот тип формирования саморегулирующихся систем получил название “биологического регулирования” (Wagner, 1958).

Однако, независимо от наименования, для того, чтобы приобрести приспособительный смысл для организма, эти различные формы объединения во всех случаях должны обладать всеми теми свойствами, которые мы формулировали для функциональной системы.

Из сказанного следует, что функциональная система не относится только к коре головного мозга или даже к целому головному мозгу. Она есть по самой своей сути центрально-периферическое образование, в котором импульсы циркулируют как от центра к периферии, так и от периферии к центру (обратная афферентация), что создает непрерывную информацию центральной нервной системы о достигнутых на периферии результатах.

На основе общей формулировки функциональной системы как динамической, не линейной центрально-периферической организации немедленно возникает несколько вопросов относительно общей физиологической архитектуры функциональной системы.

Необходимо охарактеризовать некоторые черты этой архитектуры, особенно те, которые имеют специальное значение для сравнительных оценок биологических и механических систем с автоматической регуляцией.

Прежде всего необходимо охарактеризовать “жизненный узел” всякой функциональной системы — чрезвычайно прочно связанную функциональную пару — конечный эффект системы и аппарат оценки достаточности или недостаточности

этого эффекта при помощи специальных рецепторных образований.

Как правило, “конечный приспособительный эффект” служит основным задачам выживания организма и в той или иной степени жизненно необходим.

Это положение имеет особенный смысл в тех случаях, когда речь идет о так называемых жизненно важных функциях, какими, например, являются дыхание, уровень кровяного давления, осмотическое давление крови, концентрация сахара в крови и др

Из сказанного следует, что функциональная система представляет собой разветвленную физиологическую организацию, составляющую конкретный физиологический аппарат, служащий поддержанию жизненно важных констант организма (гомеостазис), т.е. осуществлению процесса саморегуляции.

Однако когда мы говорим о функциональной системе, то это относится не только к тем системам с константным конечным эффектом, которые располагают большею частью врожденными механизмами.

Основные черты этой организации с таким же постоянством имеют место и при экстренно складывающихся функциональных системах или на основе выработки условного рефлекса, или на основе внезапного использования прошлого опыта из аппаратов памяти мозга.

Однако, несмотря на эти качественные различия, функциональные системы принципиально имеют те же архитектурные особенности, и это лучшее доказательство того, что функциональная система действительно является универсальным принципом организации процессов и механизмов, заканчивающихся получением конечного приспособительного эффекта.

Поскольку это так, а ниже показано, что другую возможность трудно допустить, немедленно возникает вопрос о сходстве и различиях между функциональной системой живого организма и замкнутыми механическими системами, функционирующими на основе автоматической регуляции с обратной связью.

Нет сомнений в том, что сопоставление принципиальных механизмов тех и других систем, сравнительная оценка средств, при помощи которых достигаются аналогичные эффекты в этих системах, — все это первые и совершенно необходимые шаги в плодотворном союзе физиологов, физиков и техников. Только

при таком условии можно будет с пользой для технических систем раскрыть необъятные возможности тех принципов организации, которыми располагает центральная нервная система живого организма. И, наоборот, на путях этих сопоставлений более простые механизмы технических систем, легко поддающиеся математической обработке, могут значительно расширить возможности точного физического и математического анализа физиологических и биологических феноменов.

Именно на этой основе и произведены все последующие сопоставления.

Возвращаясь к той паре физиологических механизмов, которую мы назвали “жизненным узлом” любой функциональной системы, мы должны прежде всего спросить себя: на чем основано это органическое единство приспособительного эффекта и аппаратов оценки его достаточности?

Для ответа разберем типичную функциональную систему, поддерживающую такую жизненно важную функцию, как дыхание, т.е. в конечном счете окислительные процессы в тканях (рис. 1).

Конечным приспособительным эффектом этой функциональ-ной системы является более или менее постоянное соотношение парциальных давлений кислорода и углекислоты.