Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии

Почему же, собственно, эти эксперименты представляют такой интерес для биологов? Да потому, что они имеют отношение к очень важному для биологии вопросу: каким образом осуществляется управление движением отдельных конечностей. Может быть, в мозге — как, например, в компьютере — имеется некая двигательная программа, которая в нужный момент просто переключается с одного типа управления на другой? Или все же перед нами — читатель об этом уже, наверное, догадывается — феномен самоорганизации? Все три обнаруженных эффекта — гистерезис, критические флуктуации и критическое замедление — совершенно не объяснимы при рассмотрении их в рамках «компьютерной» модели управления движением. Чего ради компьютер в нашей голове (пусть мы даже допустим его существование) будет изменять свою программу в зависимости от предыстории движения? Более того, компьютер, работающий на основе абсолютно детерминистских принципов, просто не в состоянии выдавать переменные результаты при одинаковых исходных данных! Результаты экспериментов значительно лучше согласуются с предположением о том, что здесь имеет место феномен самоорганизации — точно так же, как возникновение когерентного лазерного света является воплощением эффекта самоорганизации отдельных атомов лазера. В случае же биологического процесса речь может идти о самоорганизации нейронной сети, связанной с мышцами и клеточными тканями. Естественно, это уже совершенно новая точка зрения на происходящее, и именно ее следует выдвинуть на первый план.

Впрочем, и раньше существовали некоторые указания на то, насколько важны для движения конечностей эффекты самоорганизации. Несколько десятилетий назад, например, знаменитый физиолог Эрих фон Хольст провел следующий эксперимент. Он ампутировал многоножке все конечности за исключением шести, после чего животное это начало двигаться подобно насекомому; затем число конечностей было уменьшено до четырех, и многоножка передвигалась на них подобно любому четвероногому, например, лошади. Невозможно представить, что крошечный мозг многоножки способен содержать «двигательные программы» для всех возможных комбинаций конечностей, оставшихся после ампутаций; мы в состоянии объяснить этот феномен, только предположив возможность самоорганизации. Похожие результаты были получены русским физиологом М. Л. Шиком в ходе экспериментов с так называемыми децеребрированными кошками. Несмотря на то, что у этих кошек был удален мозжечок, они оставались в состоянии бежать по движущейся дорожке. При электрическом раздражении спинного мозга кошка двигалась шагом или переходила на галоп — «аллюр» зависел от силы раздражения. Совершенно очевидно, что постоянное раздражение выступает в данном случае в роли контрольного параметра, который побуждает нервную систему животного к самоорганизации, в результате чего возникает определенный паттерн движения. Похоже, синергетика открывает совершенно новые перспективы для исследования управления двигательными функциями.

Глава 11 НЕИЗБЕЖНОСТЬ КОНФЛИКТОВ

При рассмотрении примеров из физики нам снова и снова бросается в глаза одно удивительное обстоятельство. Создавая новое упорядоченное состояние, Природа предоставляет системе богатый набор возможностей. Например, ячейки, возникающие в нагреваемой снизу жидкости, имеют возможность вращаться как справа налево, так и слева направо. Мы уже знаем, что такое поведение вполне понятно, если использовать для его объяснения простую механическую модель.

^{Рис. 11.1. Хорошо известная модель для задачи, имеющей два равноправных решения. Куда же покатится шарик?}

Поместим шарик в чашку особой формы (рис. 11.1); из показанного положения (неустойчивое равновесие) шарик скатится вниз — но какое же из имеющихся в его распоряжении двух совершенно равноправных положений он предпочтет? Существующая в настоящий момент симметрия непременно будет нарушена — шарик в конце концов займет какое-то одно из двух одинаково возможных положений.

Поставив перед собой задачу определить, какое положение все же займет шарик, мы не сможем получить однозначного решения. Совершенно очевидно, что существует два абсолютно равноправных решения, а это противоречит привычному нам представлению о том, что каждая проблема должна иметь некое вполне определенное решение.

В том, что такого рода проблемы распространены и за пределами механики и не ограничиваются простыми процессами, протекающими в природе, мы можем без труда убедиться, предприняв небольшую попытку самоисследования. Наш мозг — это, бесспорно, самое сложное творение Природы. Однако и деятельность мозга являет нам пример нарушения симметрии в процессе восприятия. Это можно испытать на себе, взглянув на рис. 11.2.

^{Рис. 11.2. Ваза или два мужских профиля?}