РЕШАЮЩАЯ РОЛЬ СИСТЕМООБРАЗУЮЩЕГО ФАКТОРА
В последние годы становится особенно популярной проблема больших систем, объединяющая все виды организации промышленных, производственных и обслуживающих систем (В. А. Трапезников, В. Г. Афанасьев, Д. М. Гвишиани, Ханике, Бросс и др.).
Как видно из этой краткой характеристики, исследования различных ученых значительно отличаются по своим подходам и целям, что по-разному влияет на репутацию самой полезности разработки теории систем. Естественно, что исследователь, работающий в конкретной области науки (биологии, физике, физиологии, медицине), заинтересован прежде всего в том, чтобы теория систем вошла в его интеллектуальный статус как вполне понятное научное движение, значительно обеспечивающее прогресс его конкретной научной работы.
Обычно эта категория исследователей мало обращает внимание на общефилософское и методологическое обсуждение теории систем, поскольку такое обсуждение, как правило, не устанавливает концептуального моста между философией системы и ее применением к какому-либо изучаемому объекту.
Такое отношение к философскому разбору системного подхода отнюдь нельзя назвать узким прагматизмом, как это может показаться на первый взгляд. Скорее эту позицию можно определить как склонность изучать не методологию вообще, а методологию моего дела.
Если представленные выше особенности разработки различных аспектов теории систем затрагивают интересы различных сторонников системного движения, то фактор, который мы собираемся обсудить ниже, является общим и даже обязательным для любого исследователя теории систем с любыми требованиями к ее практическому эффекту.
РЕШАЮЩАЯ РОЛЬ СИСТЕМООБРАЗУЮЩЕГО ФАКТОРА
Таким обязательным положением для всех видов и направлений системного подхода является поиск и формулировка системообразующего фактора. Эта ключевая проблема определяет как само понятие системы, так и всю стратегию его применения в исследовательской работе. Иначе говоря, принесет ли пользу
зующего фактора все имеющиеся сейчас определения системы случайны, не отражают ее истинных свойств и поэтому, естественно, не конструктивны, т. е. не помогают ставить новых, более объемных вопросов для исследования (рис. 1).
Ознакомившись подробно со всеми публикациями Общества общей теории систем (Society of General System's Theory), можно с уверенностью утверждать, что теоретическая неопределенность, отсутствие связи с конкретными научными дисциплинами и неконструктивность основных положений непосредственно для исследовательской работы являются следствием игнорирования основной проблемы системологии раскрытия системообразующего фактора. Без определения этого фактора ни одна концепция по теории систем не может быть плодотворной. Трудно допустить без него существование какой-либо теории систем и прежде всего общей теории систем. Отсюда возникают и терминологические вопросы.
Так, например, можно утверждать, что термин обща я, примененный к теории систем Берталанфи, не имеет достаточного логического обоснования. Именно это чрезвычайно ограничивает ее конструктивное использование в научно-исследовательском процессе.
Постараемся произвести строгий логический анализ этой проблемы.
В каком случае мы могли бы говорить именно об общей теории систем? Только в том случае, если бы были даны убедительные доказательства того, что она может быть отнесена к самым разнообразным классам явлений, т. е. выявляет какие-то общие черты в разнообразных классах явлений, например в неорганической природе, организме, машинах, обществе.
Так, например, клеточная теория является, несомненно, общей теорией для всего живого на земном шаре, поскольку клеточное образование является общим и изоморфным фактором для всех организмов независимо от уровня их развития и положения на биологической лестнице. Значит, растения и животные именно по этому критерию оказываются изоморфными образованиями.
Исходя из всего сказанного, мы можем построить следующий ряд логических положений.
1. Теория может получить право стать общей только в том случае, если она вскрывает и объединяет собой такие закономерности процессов или механизмов, которые являются изоморфными для различных классов явлений.
2. Изоморфизм явлений различных классов может быть выявлен только в том случае, если мы найдем достаточно убедительный критерий изоморфности. Чем более значимым является этот критерий для разбираемых явлений, тем более выраженным является их изоморфизм.
3. Для принятия общей теории систем, пригодной для различных классов явлений, наиболее важным критерием изоморфности, естественно, является изоморфность системообразующего фактора.
Достаточно внимательно проанализировать эти три положения, чтобы увидеть, в чем состоят конструктивные трудности общей теории систем, выдвинутой Берталанфи.
Эта теория не вскрыла того фактора, который из множества компонентов с беспорядочным взаимодействием организует упорядоченное множество систему.
Это обстоятельство, т. е. отсутствие системообразующего фактора, не дает возможности установить изоморфпость между явлениями различного класса, а следовательно, и не может сделать теорию обще и. Именно этот недостаток бросается в глаза при изучении аргументов сторонников общей теории систем. И это же обстоятельство неизменно препятствует общей теории систем стать инструментом конкретного научного исследования.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ
Оценивая все стороны системного движения, которые являются тормозящим фактором в быстром и широком использовании теории систем в повседневном научном исследовании, мы не можем оставить в стороне так называемую математическую теорию систем.
Едва ли приходится сомневаться в том, что моделирование в настоящее время стало всеобщим и неоспоримым помощником в теории и практике различных областей деятельности. Большую пользу приносит и математическое моделирование.
Однако вряд ли то же самое можно сказать и про математическую теорию систем, и именно потому, что ее общая стратегия вступает в противоречие с конкретной пользой от ее применения там, где речь идет о приложении математической теории систем к биологическим системам.
Прежде всего и это, пожалуй, самое главное сторонники математической теории совершенно радикально решают вопрос о соотношении этой теории с биологией. Так, например, Месарович, апологет математической теории систем, пишет: Мы будем рассматривать системный подход как использование теории систем для изучения и объяснения биологических явлений.
Таким образом, эта статья -будет посвящена теории систем или, более конкретно, рассмотрению вопроса о том, может ли эта теория служить одновременно и принципиальной основой, и практическим методом для научного объяснения биологических явлений (1970).
И еще более демонстративно эта парадоксальная, с точки зрения биолога, последовательность разработки биологических систем выражена в тезисах Месаровича (1970), регламентирующих применение математической теории систем к биологическим явлениям: После того как построена система (математическая модель) и определено конструктивное задание, задача теории систем сводится к изучению свойств данной системы (методами математической дедукции или путем машинного моделирования). Таким образом, методология системного подхода в биологии . слагается из следующих этапов:
а) формализация (абстрагирование) построение системы S и определение для нее конструктивного задания;
б) дедукция исследование свойств системы S с использованием дедуктивных методов;
в) интерпретация изучение смысла найденных (дедуктивными методами) свойств в контексте рассматриваемого биологического явления.
По сути дела той же точки зрения придерживаются Калман, Фалб, Арбиб авторы известной монографии Очерки по математической теории систем.
Среди советских исследований теории систем особенно выделяются работы проф. А. И. Кухтенко, который, применяя математическую теорию систем к большим системам промышленного типа, принципиально так же начинает процесс изучения производственных явлений после предварительной формулировки математических моделей с и с т е м.
Итак, мы видим, что во всех видах применения математической теории систем декларируется один и тот же принцип ее использования. Сначала на чисто теоретическом основании формулируется математическая теория систем, и только после этого ее задания начинают применяться к объяснению тех или иных биологических явлений.
Для биолога и физиолога такая последовательность применения математической теории и формализации кажется весьма странной. Как можно чисто математическую модель, разработанную уже заранее в обход всех современных знаний об особенностях именно биологической организации, применить к объяснению и формулировке биологических закономерностей?
Так, например, в результате многолетней практики такого подхода ни одна из тысяч математических моделей нейрона абсолютно не отразила истинные особенности нейрона и ни на один шаг не продвинулись вперед наши знания о действительных законах его функционирования. Больше того, можно с уверенностью утверждать, что исследование нейрона с применением электронной микроскопии, микроионофореза, ультрацентрифугирования, культуры нейронов in vitro и нейрохимических исследований всегда на несколько десятков лет опережает довольно простенькие математические модели нейрона.
Не считаясь с действительными биологическими и физиологическими свойствами систем, математическая теория систем фактически переводит вопрос в плоскость настолько запутанного теоретизирования, что практически до сих пор она мало помогла разработке системного подход в области биологических явлений.
В этом вопросе, по нашему мнению, предпочтительнее рассматривать в обратном порядке взаимодействие этих двух областей знаний. Нет сомнения, что реальные системные закономерности могут быть почерпнуты и разработаны только на основе конкретного материала биологии и физиологии последних дней.
Именно этот материал и должен стать реальной основой формализации, и благодаря строгому и быстрому математическому осмысливанию этих закономерностей более реальной станет и перспектива развития наших знаний о биологических системах. Крайняя трудность заимствования результатов исследовательской работы теоретиков математических систем состоит именно в этом.
Придавая первичное и решающее значение именно математической обработке биологических явлений, сторонники этого подхода крайне затрудняют использование их разработок биологами и физиологами-профессионалами.
Практически же сторонники математической теории систем не могут, на наш взгляд, формализовать истинную биологическую систему хотя бы уже по одному тому, что они, как это видно по формулировкам Месаровича, не исходят из наиболее существенных критериев оценки именно биологических систем.
В самом деле, можно ли математически определить биологическую систему, если мы не можем наделить эту модель системы самым важнейшим свойством живой системы: формированием потребности получить тот, а не другой результат, и определенный целью, которую обычно ставит перед собой биологическая система уже в самом начале формирования поведенческого акта. Ни одна из известных нам вариаций математической теории систем не решает этого кардинального вопроса, а это значит, что мы не можем признать полезными и любые математические выкладки, если они сформулированы без учета таких важных системообразующих факторов.
Образно говоря, с точки зрения биолога и физиолога, математическая модель дает нам в какой-то степени приемлемую форму кузова автомобиля, однако она неспособна наградить его мотором и топливом...
Формируясь в пределах самой биологической системы на основе ее потребностей, внешних факторов и памяти, цель всегда опережает реализацию ее организмом, т. е. получение полезного результата.
Интересно, что Месарович, наиболее солидный теоретик биологических систем, в конце концов приходит к признанию, что математическая теория именно биологических систем не может быть построена без привлечения целенаправленного поведения. Он пишет по этому поводу в 1970 г.: Существует важный класс ситуаций, в которых эффективное конструктивное задание системы удается получить только при помощи описания, основанного на понятии целенаправленности (т. е. телеологического описания); при таком описании основной характер системы как некоторого (математического) отношения остается неизменным.
Под описанием, основанным на понятии целенаправленности, здесь подразумевается вся совокупность системных описаний, представленных с помощью понятий, которые выражают цели в поведении системы (такие, как адаптация, эволюция, управление, гомеостаз и т. п.).
Однако при попытке представить себе эту целенаправленность в поведении систем математически Месарович приходит к таким упрощениям (стимул-ответам), что вообще теряется само явление целенаправленности. Так, одно из самых специфических свойств целенаправленности принятие решения и предсказание результата оказывается полностью не представленным в его рассуждениях.
Как из приведенного выше высказывания Месаровича, так и из других его работ очевидно, что он не видит своеобразных черт биологической системы, которые только искусственно, а потому и не конструктивно могут быть превращены в математическую модель. В самом деле, своеобразие биологической системы состоит в том, что потребность в каком-либо полезном результате и цель получения этого результата зреют внутри системы, в глубине ее метаболических и гормональных процессов, и только после этого по нервным приводным ремням эта потребность реализуется в поведенческих актах, допускающих в какой-то степени математическую формализацию.
Этот путь возбуждений от реализации метаболической потребности в адекватных мотивационных структурах мозга до выявления первых попыток удовлетворения этой потребности изучен в настоящее время в нашей лаборатории с большой нейрофизиологической точностью (К. В. Судаков, Б. В. Журавлев, А. В. Котов и др.).
Совершенно понятно поэтому (это отмечает и Месарович), что математическая модель системы накладывает ограничения именно на эти свойства биологической системы, т. е. по сути дела на то, что и составляет самую суть механизмов биологических систем.
Таким образом, вопрос о применимости и эффективности математической теории систем должен быть подвергнут специальной дискуссии.
Вопрос о том, какую помощь развитию системного подхода приносит математическая теория- систем, становится особенно острым, если мы применим к ней наиболее важный для биолога и физиолога критерий: прокладывает ли математическая теория систем тот концептуальный мост, который должен соединить два края пропасти синтетический уровень подхода исследователя к биологическим объектам и аналитический уровень изучения этих объектов. Этот чисто аналитический уровень исследования в биологии и физиологии становится все более и более опасным и угрожает утопить нас в половодье разрозненных и часто не объединенных ничем фактов.
Самый смысл концептуального моста, как мы увидим ниже, состоит в том, что система должна объединить непрерывной детерминистической логикой оба края этой пропасти, что дало бы возможность исследователю
всегда видеть тот район целой системы, в котором ведутся его тончайшие аналитические исследования.
Само собой разумеется, что этот мост должен быть построен па материале фактов, терминов и понятий конкретных паук. Приходится глубоко сомневаться в том, что математическая модель системы обеспечит построение такого моста и значительно расширит творческие возможности исследователя.
Тем не менее, поскольку этот вопрос является дискуссионным, оставим то или иное решение его специалистам этой области системного движения.
В связи со сказанным выше совершенно особо выглядит точка зрения современной общей теории систем па ведущие закономерности системы, а именно на взаимодействие множества неупорядоченных компонентов и перевода их в ранг упорядоченной системы. Изучая систему как совокупность математически сформулированных заданий, математик теоретик системы обычно не идет дальше своих наиболее излюбленных формулировок о взаимодействии множества компонентов при формировании системы.
ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ
Как показано в одной из последних работ (П. К. Анохин, 1970), взаимодействие как таковое не может сформировать систему, поскольку анализ истинных закономерностей функционирования с точки зрения функциональной системы раскрывает скорее механизм содействия компонентов, чем их взаимодействие.
Это серьезный вопрос, связанный с выработкой самого понятия системы, и он требует специального и подробного разбора.
Возникает вопрос: может ли взаимодействие компонентов, взятое само по себе, создать что-то системное, т. е. что-то упорядоченное. Неопределенность и неконструктивность всех приведенных выше формулировок делает понятным тот удивительный факт, что, несмотря на многолетнюю пропаганду, системный подход, в особенности общая теория систем Берталанфи, не стал достаточно популярным среди исследователей конкретных организмов и не привел к значительному преобразованию самой исследователь-кой практики.
В самом деле, что специфически системного может извлечь исследователь-физиолог, например, из выражения система это комплекс взаимодействующих компонентов, если взаимодействие частей организма даже для начинающего исследователя является аксиоматическим фактором жизни?
Мне кажется, что именно здесь завязан тот узел, не развязав которого исследователь никогда не приблизится к истинным механизмам системы и потому, естественно, не сможет использовать ее в своей конкретной работе.
Попытаемся провести более глубокий анализ этих ходячих определений, чтобы вскрыть их недостаточность как для формулировки понятия системы, так и для утверждения ее как фактора научного прогресса. Прежде всего поставим перед собой вопрос: может ли вообще взаимодействие компонентов быть основой какого-то системного процесса.
Мы даем совершенно определенный ответ: нет, не может. И этот ответ легко аргументировать на любом примере взаимодействия.
Для характеристики понятия множеств и для подсчета числа возможных степеней свободы для взаимодействия в этом множестве приведем пример расчета, сделанного Эшби. Он берет площадку с 400 лампочками (20х20) и делает расчет возможного количества комбинаций взаимодействий, которые можно составить из этих лампочек.
Оказывается, что этих взаимодействий такое огромное количество (1010120), что они превосходят общее количество атомов, содержащихся в видимой нами Вселенной (1073).
Но ведь эта квадратная площадка с 400 лампочками в количественном отношении совершенно ничтожна по сравнению с головным мозгом. Для того чтобы применить такое же вычисление по отношению к мозгу, мы должны взять в качестве исходного количества лампочек, т. е. нервных клеток, по крайней мере количество в 14 млрд.
Кроме того, известно, что соединения между этими лампочками идут через синаптические контакты, так что каждая располагает не двумя возможными состояниями, как в примере Эшби, а в среднем по крайней мере 5000 возможных состояний в зависимости от приходящих к синапсам импульсаций. Причем надо помнить, что каждый из этих контактов может придать состоянию нейрона особое качество.
Однако для полной характеристики множества взаимодействий на примере мозга даже и этого количественного расчета недостаточно. Мы непременно должны учесть также и те общие состояния каждого отдельного нейрона, которые определяют характер его участия во взаимодействиях нейронального множества.
Так, например, Буллок указывает, что имеется по крайней мере пять возможных изменений в градации состояний нейрона, а следовательно, и сипаптического образования: возбуждение или торможение, облегчение или депрессия, положительное или отрицательное последействие (или оба вместе), спонтанное расслабление или тонизация нейрона, градуированные ответы спайкового или неспайкового характера.
Важно, что каждое из этих взаимодействующих множеств: нейрон, синапс, градуированное состояние нейрона и др. может создать условие, при котором деятельность элемента в таком обширном множестве может радикально измениться, а это значит, что конечный результат деятельности мозга может быть иным. Трудно решить даже воображением задачу подсчета того количества комбинаций взаимодействий в целом мозге, которое может быть выведено из указанных выше цифр.
Однако, предложив решить эту задачу опытным математикам, мы получили совершенно фантастическую цифру. Оказалось, что число степеней свободы нервных клеток мозга с учетом всех тех переменных, которые были разобраны выше, может быть выражено единицей с таким количеством нулей, что они могут уместиться только па ленте длиной... в 9500000 километров.
Стоит только представить себе это множество, чтобы понять, что человек практически никогда не сможет использовать всех грандиозных резервов своей мозговой деятельности.
Представим себе, какой хаос сложился бы в нервной системе, если бы все это множество стало взаимодействовать и взаимовлиять друг на друга! Ясно, что этот хаос не допустил бы никакого организованного поведения целого организма.
И тем не менее взаимодействие вообще все-таки непременно входит во все формулировки понятия системы как решающий критерий.
Нам кажется, что такое положение наблюдается потому, что этот важнейший вопрос никогда не был серьезно проанализирован до конца, по крайней мере для биологических систем, и именно поэтому мы не имеем исчерпывающей и научно обоснованной формулировки системы.
Применительно к поведенческому акту мы должны прежде всего исходить из абсолютно достоверного нейрофизиологического факта, что каждый отдельный нейрон потенциально имеет огромное число степеней свободы как объект взаимодействия с другими нейронами. Следовательно, говоря о взаимодействии вообще, мы тем самым неизбежно допускаем одновременное и неорганизованное использование всех этих степеней свободы нейрона.
И это действительно так, поскольку все формулировки понятия системы, делая акцент на взаимодействии, не содержат в себе и не имеют даже в виду какие-либо факторы, ограничивающие многочисленные возможные степени свободы взаимодействия данного компонента с другими. Практически это касается не только центральной нервной системы, где этот процесс особенно отчетлив и многообразен.
Это же наблюдается и в мышечной системе, где малейшее отклонение в механических соотношениях между сокращающимися мышцами ведет к хаосу и потере целенаправленности движения, и во многих химических констелляциях.
Итак, мы пришли к очень важному выводу: взаимодействие, взятое в его общем виде, не может сформировать системы из множества компонентов. Следовательно, и все формулировки понятия системы, основанные только на взаимодействии и на упорядочении компонентов, оказываются сами по себе несостоятельными.
Совершенно ясно, что именно в этом пункте мы имеем коренной недостаток в существующих подходах к выработке общей теории систем. Становится очевидным, что в проблему определения понятия системы необходимо ввести некоторые дополнительные аспекты, которые придали бы этому понятию конкретные механизмы организованного целого, детерминистически достоверного и логически понятного.
Точнее говоря, мы должны вскрыть те детерминирующие факторы, которые освобождают компоненты системы от избыточных степеней свободы.
Внесение в формулировку системы выражения упорядоченное множество не исправляет исходного дефекта и, пожалуй, даже, наоборот, вносит в проблему некоторый привкус телеологического. В самом деле, кто упорядочивает распределение множества компонентов в системе? По какому критерию производится это упорядочивание?
Не может же какое-либо множество стать упорядоченным без критерия (!) этой упорядоченности.
