Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии

Вышеприведенные примеры наглядно демонстрируют способность Природы действовать гораздо более изощренными способами, нежели тот, что мы могли себе вообразить, предположив существование «строительного плана», изначально зафиксированного в цепочках молекулы ДНК. Природа даст возможность отдельным частям растущего организма поддерживать между собой сообщение и согласовывать друг с другом свои действия. Предположительно, тот же хитроумный механизм задействован и в процессе образования по меньшей мере части мозга; более подробно мы рассмотрим это предположение в главе 16. Отдельные части организма образуются не по установленному плану — во всяком случае, в этом нет ничего похожего на сборку человеком какого-нибудь электронного прибора. В возникновении, например, нервных трактов между органами чувств и мозгом принимают участие процессы самоорганизации: именно на это указывают эксперименты, в ходе которых нервная связь между глазом и мозгом лягушки сначала прерывалась, а затем вновь восстанавливалась. После сращивания нервных волокон могло обнаружиться, например, что часть мозга воспринимает теперь окружающий мир перевернутым с ног на голову. Однако через некоторое время лягушка снова оказывалась способна к нормальному восприятию, что становилось ясно по ее поведению (например, по тому, как она ловила мух). Функциональные связи изменялись таким образом, что снова могла осуществляться единая «верная» схема передачи информации от глаза к мозгу. Основной вопрос при этом сводится к выяснению того, каким образом зрительные клетки глаза уже во время роста организма оказываются связаны с соответствующими нервными клетками мозга. При более тщательном анализе экспериментов, о которых уже упоминалось выше, выяснилось, что соединения между глазом и мозгом возникают посредством самоорганизации. Как показывают модельные расчеты, проведенные Кристофом фон дер Мальсбургом, и здесь этот процесс протекает по принципу конкуренции, в соответствии с которым каждый «верно» функционирующий участок усиливается, а те нервные волокна, что передают в мозг «неверное» изображение, подавляются. «Верное» (и «неверное») в данном случае определяется исходя из того обстоятельства, что изображение окружающего мира, воспринимаемое каждой зрительной клеткой, должно передаваться клеткам каких-то конкретных зон головного мозга. Кооперация и сосуществование с одной стороны, и конкурентная борьба — с другой оказываются, таким образом, явлениями, присущими отнюдь не только макроскопическому животному миру; эти же принципы лежат в основе развития отдельных организмов.

Глава 10 БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАТТЕРНЫ ДВИЖЕНИЯ

Если попросить биолога определить понятие «жизнь», его ответ, вероятно, окажется таким: жизнь — это рост, обмен веществ, размножение, мутация. Помимо всего перечисленного, для большинства живых существ характерна еще и почти немыслимая координация между отдельными частями организма, что особенно ярко проявляется у животных и человека. Миллионы — если не миллиарды — различных клеток в высшей степени слаженно и организованно работают вместе, обеспечивая бесперебойную сердечную деятельность, кровообращение, дыхание и движение. То же относится и к осуществлению восприятия всех типов (в частности, человеческой мыслительной и речевой деятельности). Совершенно очевидно, что исследование такого рода взаимодействий естественным образом представляет собой одну из задач, стоящих перед синергетикой.

В самом деле, в последние десятилетия в этой области был достигнут немалый прогресс. При этом полностью оправдалась общая стратегия синергетики, нацеленная на изучение состояний, при которых происходят качественные изменения поведения исследуемой системы. Здесь представляется целесообразным начинать с постановки относительно простых вопросов. К таковым, на мой взгляд, может быть, например, отнесен вопрос о различных лошадиных аллюрах (шаг, рысь и галоп). При смене лошадью аллюра (представляющего собой, можно так сказать, двигательный стереотип, или паттерн движения) имеет место очевидный скачкообразный переход. Вопрос, с которого мы начнем, заключается в следующем: может ли такая смена аллюра расцениваться как фазовый переход?

Конечно, рассмотрение движения четырех конечностей — дело довольно-таки сложное; однако благодаря счастливому стечению обстоятельств, эта задача оказалась в значительной степени упрощена. В 1984 году мы встретились с американским физиологом Скоттом Келсо, и он сообщил мне о своем эксперименте, связанном с изучением паттернов движения. Поскольку этот эксперимент и его теоретическое обоснование стали отправной точкой для целого ряда исследований в этом направлении, я опишу его несколько подробнее. Речь идет об эксперименте, который легко сможет провести и сам читатель. Келсо предлагал испытуемым подвигать указательными пальцами обеих рук, следя за тем, чтобы пальцы двигались параллельно друг другу (рис. 10.1), причем ритм движения задавался метрономом.