Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем

Годы зарождения кибернетики, помимо своего продолжительного влияния на системное мышление в целом, дали впечатляющую серию практических достижений. Поразительно, по большинство новаторских идей и теорий обсуждались, по крайней мере в основных чертах, уже на самой первой встрече10. Первая конференция началась с обширного описания цифровых компьютеров (которые к тому времени еще не существовали физически), представленного Джоном фон Нейманном; далее последовало убедительное изложение тем же фон Нейманном аналогий между компьютером и мозгом. Основу этих аналогий (которые в течение последующих трех десятилетий доминировали в кибернетическом взгляде на обучение) составляло использование математической логики для понимания функционирования мозга — это было одно из наиболее значительных достижений кибернетики.

За презентациями фон Нейманна последовало подробное обсуждение Норбертом Винером центральной идеи его работы — концепции обратной связи. Затем Винер представил целый ряд новых идей, которые впоследствии нашли свое место в теории информации и теории связи. Грегори Бэйтсон и Маргарет Мид заключили презервации обзором существующей концептуальной структуры социальных наук. Они признали эту структуру неадекватной и показали, что она нуждается в основополагающей теории — в свете новых кибернетических концепций.

Обратная связь

Все основные достижения кибернетики берут начало в сравнительном анализе организмов и машин, т. е. в механистических моделях живых систем. Тем не менее кибернетические машины значительно отличаются от заводных механизмов Декарта. Критическая разница заключается в концепции обратной связи, разработанной Норбертом Винером, и выражается в самом смысле понятия «кибернетика». Петля обратной связи представляет собой кольцевую систему причинно связанных элементов, в которой изначальное воздействие распространяется вдоль узлов петли так, что каждый элемент оказывает влияние на последующий, пока последний из них не «принесет сообщение» первому элементу петли (рис. 4-1). Следствием такой организации является то, что первое звено («вход») подвергается влиянию последнего («выхода»); это и означает саморегулирование всей системы, поскольку изначальное влияние модифицируется каждый раз, когда оно обходит всю петлю. Обратная связь, по словам Винера, представляет собой «управление машиной на основе ее реального, а не ожидаемого поведения»11. В более широком смысле, обратная связь стала означать передачу информации о результате любого процесса или любой деятельности к их первоисточнику.

Рис. 4-1. Циклическая причинность в петле обратной связи

Придуманный Винером пример с рулевым — один из простейших примеров петли обратной связи (рис. 4-2). Когда лодка отклоняется от установленного курса, скажем вправо, рулевой оценивает отклонение, а затем осуществляет противодействие, поворачивая руль влево. Это уменьшает отклонение лодки и даже может привести к переходу через нужное направление и отклонению влево. В некоторый момент, в ходе движения, рулевой производит новую оценку отклонения лодки, осуществляет новое противодействие, снова оценивает отклонение и т. д. Таким образом, поддерживая курс лодки, он полагается на постоянную обратную связь, причем реальная траектория лодки все время колеблется относительно установленного направления. Мастерство управления лодкой состоит в том, чтобы сделать эти колебания как можно менее заметными.

Рис. 4-2. Петля обратной связи, представляющая управление лодкой

Похожий механизм обратной связи работает, когда мы едем на велосипеде. Сначала, когда мы только обучаемся езде, нам бывает трудно отслеживать обратную связь из-за постоянных изменений равновесия. Соответственно, нам трудно и управлять велосипедом. Так, переднее колесо у новичка, как правило, сильно рыскает. Но по мере роста мастерства мозг начинает отслеживать, оценивать и реагировать на обратную связь автоматически, колебания переднего колеса уменьшаются, и велосипед движется по прямой.

Саморегулирующиеся машины, содержащие петли обратной связи, существовали задолго до появления кибернетики. Центробежный регулятор парового двигателя, изобретенный Джеймсом Уаттом в конце восемнадцатого столетия, является классическим примером, а первые термостаты были изобретены еще раньше12. Инженеры, которые разрабатывали первые устройства обратной связи, описывали их работу и изображали их механические детали на чертежах, однако они никогда не понимали заложенные в них паттерны круговой причинности. В девятнадцатом веке знаменитый физик Джеймс Кларк Максвелл осуществил формальный математический анализ регулятора пара, но при этом он Даже не упомянул принцип петли, лежащий в основе его работы. Должно было миновать еще целое столетие, прежде чем стало очевидным Родство между обратной связью и круговой причинностью. Именно в эти времена, на начальном этапе развития кибернетики, машины, содержащие петли обратной связи, привлекли внимание инженеров и стали называться кибернетическими машинами.