Четыре жизни академика Берга - Ирина Радунская

Эти фразы написаны словно сегодн я, будто специально для нашего времени. Потому что и одна и другая крайности наделали немало вреда кибернетике. И та, что подсказывала рассматривать мозг только как машину. И та, что породила чрезмерную осторожность и тормозила фантазию, поиск, инициативу.

Разумеется, даже самым отчаянным кибернетикам не приходило в голову ставить знак равенства между живым организмом и механизмом, пусть самым совершенным. В живом организме происходят и простые механические и сложные химические процессы. Кроме того, он подчиняется специфическим биологическим закономерностям. Но то аналогичное, что есть в живом и неживом организме, что проявляется в сложной системе управления, в системе связей (задачей которых является поддержание жизнедеятельности одного и работоспособности другого), убедило ученых, что лучших моделей для изучения жизнедеятельности живого организма, чем ЭВМ, просто не придумаешь. Они поняли, что, изучая с помощью электронных моделей законы управления в живых организмах, человек сможет помочь организму справиться с расстройствами в его системах управления. Ведь нарушения в органах управления живого организма приводят зачастую к различным функциональным расстройствам.

Известны случаи, когда человек теряет способность координировать свои движения. А если разобраться как следует в сущности этой болезни, можно найти пути ее лечения!

Из этих рассуждений, споров, которые вели многие ученые, и в частности те, кто сотрудничал с Бергом в Совете по кибернетике, и родились первые опыты по изучению работы легких, щитовидной железы с помощью электронных моделей. Были созданы электронные устройства, моделирующие работу сердца и кровеносной системы. Такое устройство может вычертить графики (электрокардиограммы) работы сердца, функционирующего нормально и тронутого заболеванием. И врачу остается лишь сравнить их и сделать вывод. Если записанная им электрокардиограмма сердца больного совпадает с одним из графиков, вычерчиваемых электронной моделью, это помогает врачу установить или подтвердить диагноз заболевания сердца. Подобный метод применяется теперь и для изучения нервных и психических заболеваний. На основе снятых у больного энцефалограмм и сравнения их с кривыми, вычерчиваемыми моделирующим устройством, исследуются отклонения от нормы в работе мозга.

Это было лишь начало. Кибернетики понимали, что пока еще вопрос ставится узко. Ведь для науки важен не частный диагноз; интересно изучить все особенности работы мозга и сердца. Сердце может быть здоровым и больным, но и то и другое должно справляться со своей задачей, задачей поддержания жизни человека. Мы побежали или подняли камень — сердце забилось сильнее. Нами овладели испуг, радость, возмущение — и пульс участился. Человек во все «вкладывает» сердце!

Как же оно справляется со своей задачей, как влияет на него работа других органов?

Эти вопросы не раз звучали на рабочих заседаниях Совета по кибернетике и породили не одну научно-исследовательскую тему в области электронной медицины. Одна из них, осветившая работу удивительного органа регулирования — синусного узла, пролила свет на многое, что было неизвестно в деятельности нашего сердца.

Возьмите свою руку и сосчитайте пульс. Сколько? Обычно у человека число ударов колеблется от 50 до 100 в минуту. И мы даже не подозреваем, что при вдохе или выдохе частота ударов сердца резко изменяется, так резко, как бывает при поднятии большой тяжести. Но это происходит кратковременно и при обычном счете пульса даже не замечается. Явление вполне обычное, происходящее без участия сознания и являющееся необходимым условием существования организма. Оказывается, пульсом заведует небольшое нервно-мышечное образование сердца, которое называют синусным узлом. Этот синусный узел воспринимает и через особый блуждающий нерв передает на сердце влияние дыхания, физической нагрузки, психических переживаний.

Изучая работу синусного узла, ученые попытались выразить ее математическим путем. Когда уравнение, оказавшееся довольно удачным математическим аналогом синусного узла, было найдено, оно поразило математиков тем, что в точности совпало с уравнением, которое характеризует обычный маятник! Это уравнение описывает движение тяжелого шара, подвешенного на стержне. Казалось бы, какое отношение имеет к сердцу шар на подвесе? Только то, что сердце, как и маятник, — колебательная система. Период колебания в одной системе зависит от сокращения блуждающего нерва, в другой — от изменения длины подвеса. Чем такая игрушка, как шар на подвесе, не модель сердечной деятельности? Большего от аналогии ведь и не требуется. Мы знакомы с аксиомой, гласящей: совсем не обязательно, чтобы процесс и его аналог были подобны во всем. Важна общность законов, управляющих работой обоих. И теперь, имея легкий доступ к модели, можно изучать малодоступное сердце. Ведь легче изменить длину подвеса маятника или трение в нем и этим имитировать зависимость работы блуждающего нерва от дыхания, возбуждения, нагрузки, чем вести умозрительные рассуждения о том, чего нельзя взять в руки.

Исследователей заинтересовал и другой момент. Маятник помогает изучать работу сердца при нормальном дыхании, но ведь при плавании и некоторых спортивных упражнениях необходима задержка дыхания после вдоха. Как это влияет на работу сердца и жизнедеятельность организма? Уравнение маятника здесь уже помочь не могло. Нужно было искать новую модель.

И ученые вспомнили, что в промышленности часто применяются электронные системы, в которых искусственно производится задержка сигнала. Генератор выработает электрический импульс, а специальная схема его чуть попридержит, пока не понадобится передать его в рабочий агрегат. Каковы же были удивление и радость физиологов, когда они убедились, что эти схемы задержки могут моделировать влияние задержки дыхания. Исследовали сердечную деятельность пятидесяти человек и убедились, что новая модель удивительно точно отображает связь сокращения сердечной мышцы с процессом дыхания. А так как схемы автоматической задержки были уже хорошо изучены радиоспециалистами, то им совместно с математиками и физиологами удалось найти математическое уравнение, достаточно полно описывающее сердце и его нервные регуляторы.

Эти модели, авторами которых являются советские инженеры — Кухтенко и Грдина, одинаково хорошо описывают работу промышленных систем автоматического регулирования и действие искусственного сердца, позволяющего хирургам в необходимых случаях останавливать сердце больного, заменяя его автоматом. Такие аналоги наглядны, доступны для экспериментирования и, главное, теоретически обоснованны, и на них можно положиться, когда речь идет о вопросах, связанных с сердцем.

Увы, этими вопросами ограничена сфера их применения. Когда понадобилось моделировать работу других органов, кибернетикам пришлось начинать сначала и искать новые аналоги. Постепенно они подобрались и к легким и к почкам и общими усилиями нашли модели для изучения их работы.

ИГРА В ЖМУРКИ

Когда ученым удается сделать хоть один шажок в исследовании работы мозга — это всегда сенсация, так важно это и для медицины, и для психологии, и для педагогики.

Слишком долго господствовало мнение, что психическая и умственная деятельность человека — это особый мир, недоступный объективному изучению, это «мир в себе». Немецкий ученый Людвиг считает, что «изучать мозг методами точной науки — это все равно что изучать механизм часов, стреляя в них из ружья». И некоторые наши физиологи увлекались этим красивым сравнением, забывая слова своего соотечественника. Сеченов говорил об этом иначе: «Должно прийти время, когда люди будут в состоянии так же легко анализировать проявление деятельности мозга, как анализирует теперь физик музыкальный аккорд или явления, представляемые свободно падающим телом».

И еще говорил Сеченов: «Мы знаем, что рукою музыканта вырываются из бездушного инструмента звуки, полные жизни и страсти, а под рукою скульптора оживает камень. Ведь и у музыканта и у скульптора рука, творящая жизнь, способна делать лишь механические движения, которые, строго говоря, могут быть подвергнуты анализу и выражены формулой».

Как показывает поучительная история кибернетики, прогресс современной науки определяется в значительной мере ее математизацией. Это относится и к биологии и к физиологии. Мысли Сеченова о дружбе биологии и математики, которые в его время считались безумными, сегодня свежи и актуальны.

Сеченов был не только физиологом, он был прекрасным инженером, поэтому не удивительно, что он ждал и желал объединения этих наук. Объединение произошло в наши дни в лоне кибернетики.

Движимые формулой, электронно-вычислительные машины имитируют умственные действия человека. Они оказались замечательными моделями не только для изучения работы памяти, нервной системы, расстройств узлов самоуправления организма, но и умственной деятельности. Составляя программы для математических машин, ученые в ряде случаев сознательно предписывают машине порядок действий, свойственный человеку. Так, программа перевода в определенном смысле совпадает с действиями человека, не знающего иностранного языка, но имеющего словарь и знакомого с основными правилами перевода. Программа решения сложнейших задач высшей математики, составленная для машины, в основных чертах похожа на программу, составленную для вычислителя, не знающего высшей математики, но умеющего работать с арифмометром.