Избранные труды. Кибернетика функциональных систем

По сути дела все жизненно важные константы организма (сахар в крови, осмотическое давление крови, содержание углекислого газа в крови, температура тела, уровень давления крови и т.д.) поддерживаются на основе описанного выше принципа. Следовательно, именно в принципе саморегуляции функций организма мы имеем наиболее полное подобие функциональной архитектуры между организмом и автоматически регулирующимися машинами.

Дело в том, что константные свойства регулируемого объекта в машине задаются при постройке машины инженером-конструктором, что составляет для данной машины, по выражению Винера, “программную катушку”. В организме же эти свойства вегетативных систем, т.е. “регулируемого объекта”, определяются наследственно складывающимся метаболизмом некоторых мозговых или других клеток организма. В соответствии с этими особенностями физиологических свойств клетка немедленно реагирует на изменения какого-либо фактора крови, если речь идет о функциональной системе, регулируемой через кровь.

Так, например, при мышечной работе, когда происходит повышенная трата сахара крови, экстренное снижение ее концентрации в крови является стимулом, способствующим выходу повышенного количества адреналина в кровь из надпочечников. Попадая через кровь в печень, адреналин действует здесь как стимул к распаду гликогена до стадии глюкозы, которая и выходит в кровь в повышенном количестве. Благодаря этому “малому сахарному кругу” уровень сахара в крови оказывается выравненным. Эта циклическая система регуляции, направляемая клетками надпочечников и головного мозга, в особенности гипоталамуса и гипофиза, оказывается настолько строгой, что даже при малейшем изменении количества сахара в крови немедленно включается целая серия “механизмов”, выправляющих произведенное “возмущение”.

Можно привести еще один пример, который с еще большей убедительностью показывает, насколько тонко организм приспособился в процессе эволюции к поддержанию постоянства некоторых важных для его деятельности констант. Возьмем осмотическое давление крови. Эта константа особенно строгая и малейшее нарушение ее включает самые высшие приспособительные механизмы организма — кору головного мозга, которая и помогает обеспечить постоянство данной функции. Как показали исследования последних лет, в области гипоталамуса имеются нервные клетки особенной конструкции. Они имеют сбоку своеобразные пузырьки, которые чрезвычайно чутко реагируют на всякое изменение осмотического давления крови, протекающей по соседним капиллярам. При одном изменении, например в сторону повышения осмотического давления крови, поверхность уменьшается. Это служит для окончания нервной клетки стимулом распространения возбуждения по определенным системам головного мозга. В результате этого возбуждения субъективное состояние человека характеризуется как состояние “жажды” и человек испытывает желание напиться.

Когда осмотическое давление крови уменьшается, эти клетки, претерпевая обратные изменения, несут возбуждение к другим системам мозга, которые отчасти регулируют выделение воды из организма (диурез), а отчасти толкают животное или человека на поиски “чего-нибудь соленого”.

В этих механизмах саморегуляции, удерживающих постоянный уровень осмотического давления крови при любых условиях, особенно интересным является то, что побудительный толчок осуществляется с помощью очень малого количества энергии, между тем последствия его, как, например, утоление жажды, могут требовать больших затрат, скажем, если надо достать воду из колодца. Здесь мы имеем прообраз всех “сервомеханизмов”, которые, будучи включенными в автоматически регулирующиеся системы, могут одним простым замыканием пускать в действие мощные агрегаты и целые заводы.

В последние годы изучение саморегулирующихся приспособлений при поддержании постоянного уровня какой-либо функции в организме приобрело особенно широкий размах. Свидетельством этого является проведение ряда специальных совещаний. Можно указать, например, на симпозиум, происшедший в 1957 г. в Западной Германии⁵³, где подробнейшим образом были разобраны подобные примеры саморегуляции в сопоставлении их с теорией автоматического регулирования в кибернетике. Правда, немцы избегают слова “кибернетика” и заменяют его всюду понятием “биологического регулирования”⁵⁴.

В результате приведенных выше сопоставлений возникает естественный вопрос: что может дать кибернетика в результате ее связи с физиологией саморегулирующихся систем организма?

В настоящее время дело пока не идет дальше сопоставления и подыскания аналогичных систем циклического характера, но уже сейчас можно сказать, что математическая обработка подобных машин с автоматическим регулированием и перенос этих расчетов на саморегулирующиеся функциональные системы организма, несомненно, помогают предвидеть существование таких физиологических механизмов, которые непосредственно в физиологическом эксперименте пока не обнаружены.