Анализируя рефлекторные акты, понятие обратной связи систематически применял с 1925 г. немецкий ученый Р. Багнер. Оно было прежде всего использовано для объяснения управления скелетной мускулатурой. Ученый утверждал, что необходимо заменить понятие разомкнутой рефлекторной дуги понятием регуляционного кольца. Ведь принцип кольца является ведущим во всех проявлениях саморегуляции живых организмов и аналогичен обратной связи в автоматах. Большинство регуляционных колец организма принадлежит к тому типу, где сигнал обратной связи пропорционален как величине входного сигнала, так и его первой производной по времени. Р. Багнер отмечал, что последний вид сигналов, очевидно, применяется для процесса экстраполяции. В последнее время ученый указывает на наличие в организме самовозбуждающихся систем с положительной обратной связью, примером которых являются механизмы роста в эмбриогенезе.
Таким образом, процессы саморегуляции организма, направленные на поддержание устойчивости, сохранение своего состояния (гомеостазиса), осуществляются с помощью обратных связей. Структурной основой процессов самоорганизации и саморегуляции служит кольцевая система связей между отдельными звеньями анализаторов (так, как понимал это И. П. Павлов) или подсистемами центральной нервной системы человека и животных.
В результате многолетних исследований не только укрепился взгляд на мозг как центр, регулирующий поведение человека и животных, но и получены данные, которые позволяют строить гипотезы о методах функционирования центральной нервной системы. Может показаться странным, что теперь психолог пишет книгу «Мозг как вычислительная машина», а инженеры и математики называют свой сборник «Вычислительная машина и мозг». Однако речь идет о глубокой внутренней аналогии, существующей между организмами, автоматическими и общественно-экономическими системами, которую кратко можно определить так: эти динамические системы сохраняются и устойчиво функционируют вопреки потокам разрушительных и отклоняющих воздействий (энтропии), обрушивающихся на них извне и изнутри, благодаря процессам управления и регулирования.
Проблемы управления, саморегуляции в живом организме широко обсуждались, исходя из идей кибернетики и прежде всего — принципа обратной связи.
Значение обратной связи в осуществлении нервной деятельности физиологи отмечали еще в прошлом веке. Ч. Белл еще в 1826 г. указывал на наличие «нервного круга» между мозгом и мышцами. Роль центростремительных импульсов в регуляции движений была проанализирована И. М. Сеченовым, Ч. Шеррингтоном, В. Магнусом, а затем И. П. Павловым и Л. А. Орбели.
Современная ситуация в нейрональной теории очень напоминает 60-е годы нашего столетия, когда обнаружилось, что описание процессов, происходящих в мозге, для которых в 50-х годах достаточно было понятий «иррадиация», «концентрация», «индукция» и т. д., недостаточно, ибо появились новые данные о роли подкорковых структур.
Как это часто бывает в науке, из одной крайности бросились в другую. Теперь уже, по шутливому определению одного из крупных нейрофизиологов, кора стала казаться только «удобным местом для вживления электродов». Вскоре все пришло в норму, и стало ясно: кора и подкорка, циклически взаимодействуя, обеспечивают процесс саморегуляции мозга.
Успехи, достигнутые наукой в изучении мозга, неоспоримы. В прошлое канули времена, когда с горечью говорили, что мозг — это таинственный ящик, куда психология помещает свои проблемы, чтобы создать иллюзию того, что она объяснима, а физиология мозга — это загадочные картинки в учебниках плюс сопровождающие их легенды, подгоняемые к фактам, которые они должны объяснить. Но сколько потребовалось усилий, чтобы учение Сеченова — Павлова о рефлекторной природе высшей нервной деятельности завоевало общее признание! Электрофизиология позволила пролить новый свет на роль подкорковых образований, в частности ретикулярной формации ствола мозга, в деятельности центральной нервной системы. Микроэлектродная техника дает возможность следить за динамикой процессов в отдельной клетке (нейроне) коры головного мозга.
Очень трудно разобраться в работе нервной системы — начиная с вопросов, которые возникают при изучении одной нервной клетки, и кончая их взаимодействием, интегративной деятельностью, обеспечивающей работу мозга. Тут мы, по словам английского ученого И. Ньютона, напоминаем мальчика, играющего разноцветными ракушками па берегу безбрежного моря, упорно хранящего свои тайны.
Академик П. К. Анохин попросил опытных математиков но пытаться оценить количество комбинаций взаимодействия нейронов в целом мозге. Выяснилось, что количество степеней свободы мозга при учете только того, что уже известно о нервных элементах, представляется единицей с таким количеством нулей, что они могут быть нанесены на ленту длиной 9,5 млн. км!
А насколько усложнились наши представления о функционировании самого нейрона! Даже сейчас в учебниках можно найти утверждение, что нервные элементы работают по закону «все или ничего», т. е. либо отвечают на раздражение, либо «молчат» (совсем как триггеры в ЭВМ!). Но оказалось, что все не так-то просто. Биопотенциалы, медленно изменяющиеся по амплитуде и частоте, нельзя сбрасывать со счетов, а это коренным образом меняет всю картину.
Природа создала мозг в процессе эволюции нервной системы на протяжении многих миллионов лет. В ходе этого процесса в головном мозгу все в большей мере сосредоточивалось управление организмом, все яснее вырисовывалась «диктатура» его коры. Толщина ее всего 2,5 мм, а площадь около 2300 см3. Но именно в ней хранится огромный запас информации, которую воспринимает человек в течение всей жизни.
Кибернетики измеряют количество информации в специальных двоичных единицах — битах (англ. bit от binary — двоичный и digit — знак). Чтобы представить себе эту единицу, возьмем такой пример. Если вы будете читать без перерыва 12 часов в сутки 50 лет подряд, воспринимая три слова в секунду, то ваш мозг получит информацию в 84 млрд. битов (т. е. 8,4 * 109). Между тем ученые подсчитали, что мозг человека способен накопить и сохранить информацию в 1015—1016 битов, а это в миллионы раз больше, чем «память» наилучших образцов ЭВМ. Кроме того, мозг очень быстро находит информацию, хранящуюся в его «кладовых», неизмеримо превосходя при этом быстродействующие машины.
От органов чувств сигналы передаются сначала в предварительные пункты переработки информации — подкорковые образования: зрительные бугры (таламус), коленчатые тела. На пути к ним сигналы проходят по чувствительным путям продолговатого и среднего мозга (четверохолмие) и, пробегая по ответвлениям (коллатсралям), попадают в расположенную в стволе мозга так называемую ретикулярную формацию (РФ).
РФ — это скопление нервных клеток, переплетающихся между собой в сложную сеть (отсюда и название — от лат. reticulum — сеточка), причем не просто сеть из одинаковых элементов. Одна часть формации, возбуждаясь, действует как активатор всех вышележащих 14—15 млрд. нервных клеток коры головного мозга, другая — только отдельных ее участков (рис, 3). Именно в коре скрещиваются сигналы, быстро (за 9 мс) проходящие путь от внешних органов чувств до клеток коры, а несколько позже — через 30— 40 тысячных долей секунды — в те же клетки коры поступают импульсы, идущие от ретикулярной формации.
Здесь, в коре, происходит сложный процесс анализа и синтеза, обработки поступившей информации по законам высшей нервной деятельности, установленным И. П. Павловым и его учениками. В результате этого процесса и «появляются» у статуи представления, а затем мысли. Лишь он, добившийся освобожденья, Становится то бронзовой скульптурой, То новыми кварталами домов, То, словно стих, летящею ракетой, То, как ракета, мчащимся стихом.
