Автор теории о функциональных системах организма. ТФС П

Многие отрасли естествознания применяют на практике теорию функциональных систем П. К. Анохина, что является свидетельством ее универсальности. Академика считают учеником И. П. Павлова, только в студенческие годы ему посчастливилось работать под чутким руководством В. М. Бехтерева. Влияние принципиальных взглядов этих великих ученых подтолкнуло П. К. Анохина к созданию и обоснованию общей теории функциональных систем.

Исторические предпосылки

Некоторые результаты исследований Павлова и сегодня изучаются в образовательных учреждениях. Следует заметить, что теория Дарвина не удалена из школьной программы, но конкретных доказательств ее истинности не предоставлено научной общественности. Она воспринимается «на веру».

Однако наблюдения за экосистемой Земли подтверждают, что не существует: растения делятся друг с другом питательными веществами, влагой, равномерно все распределяя.

В животном мире можно заметить, что особи не убивают больше, чем нужно для обеспечения их жизнедеятельности. Животные, нарушающие естественный природный баланс через аномальное поведение (например, начинают убивать всех подряд), как это порой случается с некоторыми представителями волчьей стаи, подвергаются истреблению своими же сородичами.

Наблюдения за первобытными племенами, сохранившимися в двадцатом веке, изучая их культуру, быт можно сделать вывод о первобытном человеке, который чувствовал, понимал, знал, что является частью окружающей среды. Убивая какое-нибудь животное для пропитания, он оставлял кое-что от убиенного им, но не как трофей, а как напоминание о потраченной чьей-то жизни для продолжения своей.

Из этого следует вывод о существовании у древних людей понятия общности, зависимости от различных факторов окружающей среды.

Сфера исследований Петра Кузьмича

Теория П. К. Анохина наоборот выстроена на основе обширной экспериментальной базы, четко структурированной методологии. Однако к этой концепции академика привели долгие годы наблюдений, практики, экспериментов, теоретической проработки результатов. Не последнюю роль в формировании системного подхода к проблеме целенаправленной деятельности сыграли результаты экспериментов Павлова, Бехтерева, Сеченова. Вместе с тем, концепцию функциональных систем нельзя назвать «копированием» или «продолжением» теорий перечисленных авторов в силу отличия методологии, общей структуры.

Методологические подходы Павлова и Анохина

При детальном рассмотрении концепций можно заметить, что позиции методологии авторами понимаются и объясняются совершенно по-разному.

Приведенные основные методологические принципы авторов позволяют сделать вывод об их «противоположности». Теория функциональных систем Петра Анохина не может быть логическим продолжением материалистического учения И. П. Павлова.

Влияние работ В. М. Бехтерева

Историческим фактом являются разногласия между создателем Объективной психологии и Павловым. Благодаря мстительности и мелочности последнего Бехтерев не был удостоен Нобелевской премии.

Автор теории функциональных систем описывает функционирование школы Павлова как озвучивание множества гипотез (принимаемых на веру) на фоне одного фундаментального открытия (условный рефлекс). Действительно, труды знаменитого физиолога (это несколько томов павловских сред) - это обсуждение с сотрудниками основных гипотез и предположений.

Научные труды Павлова получили признание мировой общественности и являлись, для своего времени, достаточно прогрессивными, однако «рефлексология», оформленная Бехтеревым, обладала недостающей павловской теории объективностью. Она изучала влияние физиологии человека на его социализацию и поведение.

Следует отметить, что после загадочной кончины Владимира Михайловича и «Рефлексология», и «Объективная психология», как научные течения, были «заморожены».

Изучая наследие Бехтерева и Анохина, можно заметить некоторые общие принципы в методологии изучения предмета. Достоин внимания и тот факт, что теоретические предположения обоих авторов всегда основывались на практических исследованиях, наблюдениях. В то время как Павлов допускал «вынесение разгромных рецензий» только по причине личностной неприязни.

Появление концепции, ее разработка

Основы теории функциональных систем закладывались еще в тридцатых годах двадцатого века на основе изучения взаимодействия центральной и периферической нервной деятельности. Богатый практический опыт Петр Кузьмич получил во Всесоюзном институте экспериментальной медицины имени А. М. Горького, послужившим основой для создания в сороковых годах АМН СССР и Ленинградского института экспериментальной медицины.

Академик смог изучать нервную деятельность не только на общебиологическом уровне. Первые шаги были сделаны в исследованиях эмбриологических аспектов функционирования высшей нервной деятельности. В итоге структурный и функциональный подходы в теории систем Анохина признаны наиболее совершенными. В ней выделены частные механизмы и их интеграция в более сложную систему высшего порядка.

Описывая структуру поведенческих реакций, академик пришел к выводу об интегрировании частных механизмов в целостный поведенческий акт. Этот принцип и был назван «функциональной системой». Не простая сумма рефлексов, а именно объединение их в комплексы высшего порядка, согласно теории функциональных систем, инициирует поведение человека.

При помощи тех же принципов можно рассматривать не только сложные поведенческие реакции, но и отдельные двигательные акты. Саморегуляция является основным действенным принципом в теории функциональной системы Анохина. Достижение запланированных целей, приносящих пользу для организма, происходит посредством взаимодействия и саморегуляции более мелких компонентов системы.

В издание книги Анохина «Философские аспекты теории функциональной системы» вошли избранные труды освещающие вопросы естественного и искусственного интеллекта, физиологии и кибернетики, а также системообразующих факторов.

Системогенез как основа теории

В определении «функциональная система» описывается как получение полезного результата через взаимодействие элементов широкой постоянно преобразующейся распределенной системы. Универсальность теории функциональной системы Анохина П. К. заключается в применении ее по отношению к любому целенаправленному действию.

С точки зрения физиологии функциональные системы подразделяются на две категории:

• Первая из них призвана сохранить постоянство основных параметров организма при помощи саморегуляции, например, поддержание температуры тела. В случае каких-либо отклонений запускаются процессы саморегулирования внутренней среды.
• Вторая обеспечивает приспособление к окружающей среде благодаря связи с ней, которая регулирует изменение поведения. Именно эта система лежит в основе различных поведенческих реакций. Информация об изменении внешней среды является естественным стимулом к корректировке различных поведенческих форм.

Строение центральной системы состоит из сменяющих друг друга стадий:

• афферентный синтез (или «приносящий» к органу или нервному центру);
• принятие решения;
• акцептор результатов действия (или «принятие» результатов действия);
• эфферентный синтез («выносящий», передающий импульсы);
• формирование действия;
• оценка достигнутого результата.

Разного рода мотивы и потребности (витальные (жажда, голод), социальные (общение, признание), идеальные (духовная и культурная самореализация)) стимулируют и корректируют форму поведения. Однако чтобы перейти в стадию целенаправленной деятельности требуется действие «пусковых раздражителей», при помощи которых происходит переход к стадии принятия решения.

Эта стадия реализуется на основе программирования результатов будущих действий через привлечение индивидуальной памяти человека по отношению к окружающим объектам и способов действия по достижению цели.

Целеполагание в теории

Выделение цели поведения в теории функциональной системы Анохина является ключевым моментом. Прямое отношение к целеполаганию имеют как положительные, так и отрицательные ведущие эмоции. Они задают вектор и содействуют выделению цели поведения, закладывая основы нравственности с позиции теории функциональных систем. Ситуативные эмоции действуют как регулятор поведения на данном этапе достижения цели и могут спровоцировать отказ от цели или изменение плана достижения желаемого.

Принципы теории функциональной системы Анохина П. К. основываются на утверждении невозможности приравнивания последовательности рефлексов к целенаправленному поведению. Поведение отличается от цепи рефлексов наличием систематизированной структуры, опирающейся на программирование действий при помощи опережающего отражения действительности. Сравнение результатов действия с программой и другие сопутствующие процессы и определяют целенаправленность поведения.

Схема функциональной системы

Теория академика и кибернетика

Кибернетика является наукой о закономерностях процессов управления в различных системах. Методы кибернетики применяются в случаях, если столкновение системы с окружающей средой вызвало определенные изменения (подстройки) в способах поведения самой системы.

Несложно заметить, что существуют определенные грани соприкосновения кибернетики и теории функциональных систем Анохина. Кратко следует описать отношение Петра Кузьмича к новой в те времена науке. Его по праву называют пропагандистом и разработчиком вопросов кибернетики. Об этом свидетельствуют статьи, включенные в сборник «Философские аспекты теории функциональной системы».

Интересна в этом плане книга «Избранные труды. Кибернетика функциональных систем». В ней подробно описываются вопросы и проблемы кибернетики и возможное их решение при помощи теории функциональных систем, которая приводится как основной принцип управления среди биологических систем.

Роль П. К. Анохина в развитии системного подхода заключается в обосновании научной теории с точной физиологической аргументацией, в отличие от его предшественников. Теория Анохина - это универсальная модель работы организма, обладающая точными формулировками. Так же нельзя обойти вниманием функционирование модели на основе процессов саморегуляции.

Универсальность теории функциональных систем выражается в возможности изучения деятельности систем любой сложности, поскольку она обладает достаточно проработанной структурированной моделью. При помощи многочисленных экспериментов было доказано, что закономерности кибернетики свойственны для любых функциональных систем, включенных в живые организмы.

В заключение

Существующая уже более пятидесяти лет теория Анохина Петра Кузьмича определяет человека как саморегулирующуюся систему, находящуюся в единстве с окружающим миром. На этой почве появились новые теории о возникновении болезней и их лечении, а также многие психологические концепции.

Теория функциональных систем П К. Анохина

как основа поведения человека в реальных условиях жизни

В физиологии под поведением человека можно рассматривать целостную активность человека, направленную на удовлетворение биологических и социальных потребностей. Биологические потребности являются первичными, направленными на сохранение индивида и вида. Они определяют инстинктивное поведение. Социальные ПТР определяются интересами общества. Общая схема формирования взаимодействия нейронов и физиологических мех-мов организации поведения человека наиболее удачно сформулирована П.К. Анохиным и учениками в ТФС. Согласно ей, для сложных форм целенаправленного поведения характерно предварительное представление о цели, задачах и ожидаемом рез-те действия.

Термин система применяется для того, чтобы отметить собранность, организованность группы элементов и отграниченность ее от другой какой-то группы элементов. П.К. Анохин (1975), проанализировал разные варианты системного подхода и предположил, что одного взаимодействия элементов недостаточно для ограничения степеней свободы каждого элемента системы. Он ввел понятие о системообразующем факторе, который бы ограничивал степени свободы элементов системы, создавал упорядоченность в системе и был бы изоморфным для многих систем, позволяя использовать систему как единицу анализа в разных ситуациях.

Результат – системообразующий фактор

В качестве детерминанты поведения Анохин рассматривал результат системы – это полезный приспособительный эффект, который достигал организм при реализации системы. Т.О. В качестве детерминанты поведения в ТФС рассматривается не прошлое событие, а результат- будущее. При анализе внешнего поведения особи мы можем описать результат как определенное соотношение организма и внешней среды, которое прекращает действие, направленное на его достижение.

Для понимания приспособительной активности индивида нужно изучать не функции отдельных органов или структур мозга, а организацию целостных взаимоотношений организма и среды. При этом компоненты координируют свою активность для получения конкретного результата. Анохин ввел такое определение ФС: системой наз-ся такой комплекс избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретают характер взаимосодействия компонентов, направленного на получение полезного результата.

Для обеспечения такой формы деятельности ЦНС можно выделить несколько стадий(этапов) формирования соответствующих механизмов.

Афферентный синтез обратная связь

Пусковая афферентация память Акцептор результата

Обстановочная Принятие Эфферентное возбуждение

Афферентация решения

мотивация реакция

Параметры результата

Рецепторы результата

Афферентный синтез. Первым этапом является афферентный синтез. Это анализ входящей информации, состоящей из 4-х компонентов: биологическая мотивация, условия окружающей среды(обстановочная афферентация), память и пусковая афферентация (непосредственно стимул). Важнейшим побуждающим мотивом выступает мотивация, котрая формирует доминантный очаг возбуждения, к которому подключаются другие компоненты. При формировании первой стадии поведенческого акта большое значение имеет сенсорная информация - обстановочная и пусковая афферентация. Структурная основа этой фазы – лобная и теменная ассоциативные доли коры. Тут происходитконвергенция(схождение) нервных импульсов от различных структур ЦНС, обеспечивающих афферентный синтез. Здесь же имеется большое количество «нейронных ловушек», в которых продолжительное время циркулируют нервные импульсы. Эти процессы дополнительно усиливаются конвергенцией активирующих влияний подкорковых структур и особенно ее интегративных структур - РФ, лимбической системы, аминоспецифических систем мозга.

2-й этап – формирование программы действия. В результате взаимодействия указанных факторов афферентный(входящий) синтез формирует программу действия, состоящую из набора рефлекторных команд к исполнительным органам (мышцам, железам). Напрмер, для двигательных рефлексов исполнительные команды идут от пирамидных нейронов коры. Здсь важное значение имеет вытормаживание побочных вариантов поведения, которые могут помешать выполнению адекватной реакции.

3-й этап –акцептор результата действия. Наиболее существенным и спорным в этой гипотезе является допущение, что одновременно с указанными выше механизмами формируется, так называемый, «акцептор результата действия», то есть нейронная модель предполагаемого эффекта действия. В обеспечении этого механизма участвуют кольцевые взаимодействия нейронов, которые, например, при выполнении двигательных рефлексов получают импульсы от коллатералей пирамидного тракта, передабшего команды к исполнительным органам.

4-й этап – обратная связь в организации ФС. Параметры результата. Рецепторы результата. Значение обратных связей в организации ФС.

Выполнение команд (рефлексов) приводит к результату, параметры которого оцениваются рецепторами. Информация об этой оценке по каналам обратной связи поступает к акцептору результата действия. Если эффект совпадает с предварительной моделью результата, то рефлекторные реакции прекращаются – цель достигнута. Если же совпадения нет, то в программу действия вносятся коррективы – и эфферентное возбуждение приводит к продолжению действия. Так происходит до тех пор, пока не будет достигнуто совпадение результата с имеющейся моделью. Например, достижение tнормального значения. Указанные процессы обеспечиваются ассоциативными зонами коры, где есть нейронные ловушки, в которых хранится информация по тем же механизмам, как кратковременная память.

После выполнения соответствующего поведенческого акта вся цепь нейронов ФС распадается. Если в течение нескольких повторений достигнуть рез-та не удается, то включается лимбическая система, которая повышает активность и взаимодействие различных отделов мозга. Но если и тогда не удается получить результат, то могут проявиться отрицательные эмоции. Принципиально, по такой же схеме могут формироваться не только сложные программы поведения, но и более простые функции организма. Например, терморегуляция при разных условиях жизнедеятельности. Центр терморегуляции в ГПТ. Т.О. место формирования в ЦНС акцептора рез-та действия определяется самой выполняемой функцией. Другой пример, при выполнении сложных движений такой акцептор образуется в корковом отделе двигательного анализатора.

Функциональные системы лежат в основе саморегуляторных приспособлений организма. Для саморегулирующихся систем характерны следующие особенности:

Достигаемый приспособительный эффект жизненно необходим для организма. Жизненно важные константы (конц.глюкозы, солевой состав и др.) заложены генотипически. Есть жесткие(осмотич.давление) и пластичные (кров.давление) ФС.

Саморегуляция – циклический фазовый процесс, имеющий конкретные структуры и механизмы, образующие ФС. Все саморегуляторные приспособления диктуются фактом отклонения конечного приспособительного эффекта или несоответствия силы входного возмущающего сигнала потребностям системы.

Одним из обязательных условий саморегуляции является информация о конечном приспособительном эффекте в ЦНС, так же как и нивелирование нежелательных ил чрезмерных влияний на входе системы.

Размер ФС может быть различным, в зависимости от сложности регулируемого поведения или функции. Например, регуляция сахара в крови осуществляется на основе внутренних аппаратов и механизмов.

Другая ФС с обширным фактором внешних факторов – количество питат.в-в в кровяном русле зависит от многих параметров и непрерывно колеблется. Рецепторный аппарат этой пластичной константы находится в латеральном ГПТ. Снижение конц. в-в возбуждает глюкозочувствит. нейроны, возбуждается центр голода, возникает чувство голода – организуются поведенческие акты - пищевое поведение.

5. В случае экстремального воздействия на организм саморегулирующиеся системы формируют защитно-приспособительные реакции и сохраняют постоянство внутренней среды. Сила максимально возможного защитного приспособления должна быть больше, чем выраженность максимально возможного отклонения данного приспособительного конечного эффекта от константного уровня. Например, как бы ни высоко было кровян. Давление, снижающие его факторы должны быть сильнее, чем факторы, повышающие его. В норме кров. Давление держится на определенном уровне.

П. К. Анохин (1898 - 1974) сформулировал оригинальную теорию функциональных систем, которая, по существу, явилась основой новой интегративной физиологии, медицины и психологии.

Функциональная система - это самоорганизующаяся и саморегулирующаясяся, динамическая центрально - периферические организация,в которой взаимодействие всех ее составляющих частей направлено на получение определенного и полезого для организма в целом приспособительного результата.

Типы функциональных систем:

• 1) ФС первого типа: обеспечивают гомеостаз за счет системы саморегуляции, звенья которой не выходят за пределы самого организма (например, система постоянства кровяного давления, температуры тела и т.д).
• 2) ФС второго типа: используют внешнее звено регуляции. Лежат в основе разных типов поведения.

Физиологическая структура поведенческого акта строится из последовательно сменяющих друг друга стадий:

• -- афферентный синтез всей поступающей в нервную систему информации (из множества внешних и внутренних раздражителей организм отбирает главные и создает цель поведения. Всегда индивидуален т.к. на выбор такой информации оказывает влияние как цель поведения, так и предыдущий опыт жизнедеятельности. На стадии АС происходит взаимодействие трех компонентов: мотивационного возбуждения, обстановочной афферентации (т.е. информации о внешней среде) и извлекаемых из памяти следов прошлого опыта.
• -- принятие решения о том, "что делать"
• -- акцептор результатов действия-центральный аппарат оценки результатов и параметров еще не совершившегося действия. Т.е, еще до осуществления какого-либо поведенческого акта у живого организма уже имеется представление о нем, своеобразная модель или образ ожидаемого результата.
• -- эфферентный синтез (программы действия) обеспечивает выбор и последующую реализацию одного действия из множества потенциально возможных
• -- собственно действие; Команда, представленная комплексом эфферентных возбуждений, направляется к периферическим исполнительным органам и воплощается в соответствующее действие.
• -- оценка достигнутого результата (сличение на основе обратной связи афферентной модели акцептора результатов действия и параметров выполненного действия)
• -- коррекция поведения в случае рассогласования реальных и идеальных (смоделированных НС) параметров действия.

Важной чертой ФС являются ее индивидуальные и меняющиеся требования к афферентации. Именно количество и качество афферентных импульсаций характеризует степень сложности, произвольности или автоматизированности функциональной системы.

Каждая ФС обладает способностью к саморегуляции, которая присуща ей как целому. При возможном дефекте ФС происходит быстрая перестройка составляющих ее компонентов, так, чтобы необходимый результат, пусть даже менее эффективно (как по времени, так и по энергетическим затратам), но все же был бы достигнут.

Целостный организм в каждый данный момент времени представляет собой слаженное взаимодействие, интеграцию (по горизонтали и вертикали) различных функциональных систем с использованием принципов иерархии, многосвязного одновременного и последовательного их взаимодействия, что определяет нормальное течение метаболических процессов и поведения.

Физико-химические процессы, разыгрывающиеся в нейронах акцептора результата действия под влиянием доминирующей мотивации, порождают информационный процесс опережающего возбуждения - предвидения свойств потребных результатов и способов их достижения. Таким образом, материальная потребность трансформируется в идеальный информационный процесс. Различные результаты деятельности человека имеют эмоциональную и словесную значимость. Из этого следует, что операциональная архитектоника психических процессов у человека определяется информационно эмоциональными и словесными эквивалентами.

Теория функциональных систем в построении психической деятельности исходит из оценки результата, который определяет информационное наполнение соответствующей функциональной системы психического уровня.

Академик П.К. Анохин в фундаментальных трудах по нейрофизиологии – механизмам условного рефлекса, онтогенезу нервной системы ввел понятие системообразующего фактора (результата системы). Под результатом системы П.К. Анохин понимал полезный приспособительный эффект во взаимодействии «организм – среда», достигаемый при реализации системы.

Поведение индивида можно описать как результат определенного взаимодействия организма с внешней средой. Причем по достижении определенного результата, исходное воздействие прекращается, что делает возможным реализацию следующего поведенческого акта [Швырков, 1978]. Поэтому в системной психофизиологии поведение рассматривается с позиции будущего – результата.

На основании обобщения экспериментов П. К. Анохин пришел к выводу, что для понимания взаимодействия организма со средой следует изучать не «функции» отдельных органов или структур мозга, а их взаимодействие, то есть координацию их активности для получения конкретного результата.

В системной психофизиологии активность нейронов связывается не с какими – либо специфическими «психическими» или «телесными» функциями, а с обеспечением систем, в которые вовлекаются клетки самой разной анатомической локализации и которые, различаясь по уровню сложности и качеству достигаемого результата, подчиняются общим принципам организации функциональных систем [Анохин, 1975,1978].

Именно поэтому системные закономерности, выявленные при изучении нейронной активности у животных, могут быть применены для разработки представлений о системных механизмах формирования и использования индивидуального опыта в разнообразной деятельности человека [Александров, 2001].

В ТФС П. К. Анохина разработана концепция изоморфности иерархических уровней. Изоморфность уровней заключается в том, что все они представлены функциональными системами, а не какими-либо специальными процессами и механизмами, специфичными для данного уровня, например периферического кодирования и центральной интеграции, классического обусловливания и инструментального обучения, регуляции простых рефлекторных и сложных произвольных движений и т. п. Независимо от уровня системообразующим фактором для всех этих систем является результат, а фактором, определяющим структурную организацию уровней, их упорядоченность, - история развития.

Этот вывод согласуется с представлением о преобразовании последовательности стадий психического развития в уровни психической организации - стержнем концепции Я. А. Пономарева о превращении этапов развития явления в структурные уровни его организации. И с позицией Л. С. Выготского, считавшего, что «индивид в своем поведении обнаруживает в застывшем виде различные законченные уже фазы развития». Ж. Пиаже также подчеркивал соответствие стадий развития уровням организации поведения, полагая при этом, что формирование нового поведения означает «ассимиляцию новых элементов в уже построенные структуры».

Модель функциональной системы

Академик П.К. Анохин предложил модель организации и регулирования поведенческого акта, в которой есть место для всех основных процессов и состояний. Она получила название модели функциональной системы . Ее общее строение показано на рис. 1.

Модель функциональной системы. Рис. 1.

Суть данной концепции П.К. Анохина заключается в том, что человек не может существовать изолированно от окружающего мира. Он постоянно испытывает воздействие определенных факторов внешней среды. Воздействие внешних факторов было названо Анохиным обстановочной афферентацией . Одни воздействия для человека несущественны или даже неосознаваемы, но другие, - как правило, необычные - вызывают у него ответную реакцию. Эта ответная реакция носит характер ориентировочной реакции .

Все воздействующие на человека объекты и условия деятельности, вне зависимости от их значимости, воспринимаются человеком в виде образа . Этот образ соотносится с информацией, хранящейся в памяти, и мотивацпонными установками человека. Причем процесс сопоставления осуществляется, скорее всего, через сознание, что приводит к возникновению решения и плана поведения.

В центральной нервной системе ожидаемый итог действий представлен в виде своеобразной нервной модели, названной Анохиным акцептором результата действия . Акцептор результата действия - это цель, на которую направлено действие. При наличии акцептора действия и программы действия, сформулированной сознанием, начинается непосредственное исполнение действия. При этом включается воля, а также процесс получения информации о выполнении поставленной цели.

Информация о результатах действия имеет характер обратной связи (обратной афферентации) и направлена на формирование установки но отношению к выполняемому действию. Поскольку информация проходит через эмоциональную сферу, она вызывает определенные эмоции, влияющие на характер установки. Если эмоции носят положительный характер, то действие прекращается. Если эмоции негативны, то в выполнение действия вносятся коррективы [Маклаков, 2001].

Множество исследований в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия на сегодняшний момент какой-либо мощной теории сознания и мозговой активности. Фактически мы обладаем достаточно скудными знаниями о том каким образом мозг обучается и достигает адаптивного результата. Однако, на данный момент происходит заметное увеличение взаимовлияния области искусственного интеллекта и нейробиологии. По результатам математического моделирования мозговой активности ставятся новые цели для экспериментов в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов в свою очередь во многом влияют на вектор развития ИИ.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что для будущего успешного развития бионического ИИ необходимо плотное сотрудничество математиков и нейробиологов, которое в итоге будет плодотворным для обеих областей. Для этого в частности необходимо изучение современных успехов теоретической нейробиологии.

На данный момент существуют три наиболее проработанных и отчасти экспериментально проверенных теории строения сознания в области теоретической нейробиологии: теория функциональных систем П.К. Анохина, теория селекции нейрональных групп (нейродарвинизм) Джеральда Эдельмана и теория глобальных информационных пространств Жана-Пьера Шанже (изначально сформулирована Бернардом Баарсом). Остальные теории либо являются модификациями названных, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными. В данной статье речь пойдет о первой из этих теорий - Теории функциональных систем П.К. Анохина .

Парадигмы реактивности и активности

Рис. 1. Две парадигмы нейрофизиологии - реактивность и активность

В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона. В последнем случае в качестве стимула рассматривается импульсация пресинаптического нейрона.

В соответствии с парадигмой активности действие завершается достижением результата и его оценкой. В схему включается модель будущего результата: для человека, например, контакт с объектом-целью .

Согласно реактивностному подходу, агент не должен проявлять активность в отсутствии стимулов. Напротив, при использовании парадигмы активности мы можем допустить случай, когда агенту не поступило никакого стимула из внешней среды, однако, согласно ожиданиям агента он должен был поступить. В этом случае агент будет действовать и обучаться для устранения рассогласования, чего не может бы быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул из внешней среды.

Теория функциональных систем

Рис. 2. Общая архитектура функциональной системы
(ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация)

Архитектура функциональной системы приведена на рис. 2. На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез, который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта. На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Такие функциональные системы вырабатываются в процессе эволюции и обучения в течение жизни . Если обобщать, то вся цель эволюции – это выработка функциональных систем, которые будут давать наилучший приспособительный эффект. Функциональные системы, вырабатываемые эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нету прямого соприкосновения со средой, и обеспечивают первичный репертуар. Именно этот факт указывает на эволюционную природу этих явлений. Такие процессы получили общее название – первичный системогенез .

Системно-эволюционная теория, разработанная Швырковым В.Б. на основе теории функциональных систем, отвергала даже понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолировано, а как компоненту поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении его жизни (рис. 3) . Следующий акт в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего акта. Такая оценка – необходимая часть процессов организации следующего акта, которые, таким образом, могут быть рассмотрены как трансформационные или процессы перехода от одного акта к другому .

Рис. 3. Поведенчески-временной континуум

Из всего вышесказанного следует, что индивид, и даже отдельный нейрон, должны обладать способностью вырабатывать образ результата действия и возможностью оценивать результативность своего поведения. При выполнении этих условий поведение можно с уверенностью называть целенаправленным.

Однако, процессы системогенеза происходят в мозге не только в развитии (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта. Системогенез – это образование новых систем в процессе обучения. В рамках системно-селекционной концепции научения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе научения. В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из «резерва» (предположительно низко активных или «молчащих» клеток). Эти нейроны могут быть обозначены как преспециализированные клетки .

Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т.е. от особенностей их метаболических «потребностей». Отобранные клетки становятся специализированными относительно вновь формируемой системы – системно-специализированными. Эта специализация нейронов относительно вновь формируемых систем постоянна. Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них. Этот процесс называется вторичным системогенезом .

Следующие положения системно-эволюционной теории:
о наличии в мозге животных разных видов большого числа «молчащих» клеток;
об увеличении количества активных клеток при обучении;
о том, что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными
что при научении происходит скорее вовлечение новых нейронов, чем переобучение старых,
согласуются с данными, полученными в работах ряда лабораторий .

Отдельно хотелось бы отметить, что согласно современным представлениям психофизиологии и системно-эволюционной теории количество и состав функциональных систем индивида определяется как процессами эволюционной адаптации, которые отражаются в геноме, так и индивидуальным прижизненным обучением.

Теория функциональных систем успешно исследуется путем имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением .

Вместо заключения

Хотелось бы еще раз отметить, что с моей точки зрения дальнейшее развития области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей на основе мощных теорий.

Список литературы