Попытка расширения Теории Функциональной Анохина (стр. 1 )

Попытка расширения Теории Функциональной Анохина

, Ген. Директор, ООО “Цифра 101”, Изобретатель СССР, oleg. *****@***com

Мотивация

Несмотря на мировое признание Теории Функциональной Системы (ТФС) как наиболее адекватного учения о целенаправленном поведении живого и как попытки раскрытия основных принципов работы головного мозга и высшей нервной деятельности (ВНД) организмов, целый комплекс вопросов остается без глубокого анализа и конструктивного ответа.

Нам представляется что биокибернетика, как наука о моделировании живого, способна внести некоторую ясность в их решение.

Цель предлагаемой работы – познакомить специалистов с одним из возможных вариантов развития и углубления (интерпретаций) Теории функциональной системы с точки зрения кибернетического, программно-инженерного понимания гениальных идей , а также попытаться расширить его теорию новыми конструктивными идеями.

Немного философии

В основе ТФС лежат две основополагающие идеи: механизма предвидения, ожидания, предсказания, реализующий алгоритм формирования и использования содержимого аппаратов памяти - Опережающего Отражения, объяснение которого приведено на рис.1,2 и универсального алгоритма формирования и исполнения целенаправленного проведения, в основе которого используется это содержимое - Функциональной Системы, архитектура (алгоритм) которой представлена на рис 3.

Рис.3

Опережающее отражение

В самом общем виде, с точки зрения кибернетики, алгоритм “предсказания” основывается на разности скоростей записи/чтения образов событий окружающего мира – их отражения в биологическом субстрате и развитием этой последовательности событий в реалиях.

Относительно медленные повторяющиеся воздействия внешнего мира вызывают биохимические изменения внутреннего состояния живого целого – аппарата памяти, образуя цепочки химических превращений субстрата, что соответствует “циклу записи”. Этот этап представлен на Рис. 1. 

При повторении какой-либо уже запечатленной цепочки событий, первое событие может возбудить всю цепочку химической трансформации субстрата, протекающую со значительно большей скоростью, чем она развивалась в реалиях. Это соответствует “циклу чтения” и показано на Рис.2.

Если среди последовательных событий мира какое-либо имеет биологическую значимость для выживания целого, то любое предшествующие, всегда повторяющиеся событие может стать сигналом о его наступлении, возбуждая в памяти всю последовательность событий, заканчивающуюся биологически значимым, что соответствует “ожиданию, предсказанию, предвидению” значимого события, выбранного из памяти по сигналу задолго до его реализации в окружающем мире.

В аппаратах памяти формируется пара сигнал-значимое событие или результат его воздействия на живое целое.  При этом, незначимые, не повторяющиеся промежуточные события могут быть проигнорированы. Может меняться состав событий между сигналом и значимым событием, расстояние между ними. Представляется, что именно таким образом осуществляется компрессия информации в памяти целого.

Повторяющиеся воздействия могут иметь периодический характер, и адаптация к ним играет весьма значимую роль в увеличении продолжительности жизни живого целого, поскольку предполагает полную или частичную синхронизацию целого со средой. Это позволяет живому совершенствоваться вместе с его экосистемой, испытывая все более существенные влияния мира. По-видимому, этот способ адаптации лежит в основе функционирования всех жизненно важных систем организма, поддерживающих внутреннюю стабильность – гомеостаз.

Синхронизация живого со средой обитания необходимо требует, с точки зрения кибернетики, постоянного мониторинга за изменениями значимых параметров среды - их первой и второй производными, механизма анализа и механизмов изменения внутренней структуры, т. е. рецептивных, анализирующих и исполнительных подсистем, обеспечивающих выживание по принципу “стимул-реакция” знаменитой рефлекторной дуги .

Появление аппаратов памяти, реализующих механизм Опережающего Отражения в анализаторе, расширяет формулу пассивного отражения до активного, опережающего отражения, уже по принципу “сигнал-заблаговременная адаптация”, причем сигнал может свидетельствовать не только об ожидаемых разрушительных, вредных событий мира, но и о полезных компонентах мироздания, необходимых для выживания организма.

Появился целеобразующий фактор – полезный компонент или сигнал о его достижимости. Именно такие сигналы позволяют организму целенаправленно искать в окружающей среде полезные компоненты для восполнения энергетических и материальных ресурсов, удовлетворяя потребности организма – организм ищет не только сами компоненты, но и сигналы об их достижимости, тем самым расширяя и усложняя репертуар поведенческих программ и ареал обитания, а также совершенствуя органы рецепции от тех, что непосредственно взаимодействуют со средой (локальные рецептивные системы - тактильные, осязательные и т. п.) до рецепторов удаленных сигналов (дистанционные рецептивные системы – зрение, слух, обоняние и т. п.)

Интересно заметить, что механизм мониторинга первой или второй производной значимых параметров окружающей среды, в некоторой степени, защищает организм от случайных, не повторяющихся воздействий, оказывающих одинаковое влияние на среду, например, изменение давления падающего камня или дерева на организм или его окружение – их эффект одинаков несмотря на два различных события.

Рис. 4

Взаимодействие соседствующих живых целостностей, приведенные на Рис.4 , непосредственно связанных между собой, и подвергающихся внешнему воздействию с различными временными задержками и силами, приобретает характер опосредованного соседом ОО – поведение первого соседа, обладающего ограниченным репертуаром реакций на некоторое множество внешних воздействий, будет повторяться на фоне внешних воздействий, создавая категорированный в терминах поведенческих реакций  информационный базис для восприятия его поведения вторым соседом как сигнала к наступлению некоторого множества биологически значимых событий, в соответствии с принципом ОО.

Второе целое, будет опережающе, по сигналу-поведению первого, приспосабливаться к еще не испытываемому воздействию, в свою очередь, влияя на первое, подавая ему обратную сигнализацию и изменяя исполняемую им программу поведения.

Представляется, что такое взаимодействие соседей является объективной основой механизма диалога соседей для поиска оптимального совместного поведения, построенного на предположениях одного и подтверждениях другого – т. е. центрального механизма самоорганизации с целью адаптации.

С появлением целостностей, полностью отграниченных от внешнего мира слоями пограничных целостностей – центра, взаимодействие центра и границы принимает характер опосредованного центром ОО - центр воспринимает внешний мир через поведение окружения.

При этом одни пограничные целостности быстрее и точнее воспринимают сигналы внешнего мира - рецепторы, а другие, обладая большим энергетическим потенциалом придают движение всему организму, изменяя его структуру - исполнители.

Центр вынужден активно, опережающе приспосабливаться к поведению своего окружения, вычленяя сигналы из закономерностей поведения, по сути – вычленяя категорированные сигналы окружающей среды из сигналов поведения, предшествующего уровня обработки – рецепторов с одной стороны, а также исполнителей, самостоятельно адаптирующимся к окружающему миру по подсказкам соседей, центра и собственных рецепторов, с другой.

Очевидно, центр становиться анализатором, коммутатором, кодером, интерпретатором и стимулятором исполнительных механизмов, содержимое памяти которого формируется также - на основе ОО. Появляются новые связи центра и периферии, создающие множество цепей обратной связи как через внутреннюю среду - центр, так и через внешнее окружение - соседей, на фоне которых происходит действие, позволяющее уже иметь векторы направления внешних воздействий.

Возвращаясь к физиологии, можно предположить, что этот способ взаимодействия нашел свое отражение в механизмах реверберации и множественных локальных обратных связях различных подсистем организма, оперирующих по принципу ОО, что в свою очередь, на теоретическом уровне, должно существенно ускорить процесс синхронизации между ними.

Осмелюсь предположить, что членораздельная речь обусловлена близостью слуховой и артикуляторной зон коры головного мозга, имеющей в глубинных структурах прямые связи между рецепторными - слуховыми и моторными - артикуляторными нейронами по принципу соседства, и верхними, ассоциативными слоями, модулирующими эти связи и сигналы по принципу центрального, мотивационного управления.

Как видим принцип опережающего отражения, прекрасно работает на периодических и повторяющихся воздействиях, однако значительно хуже он работает для случайных, еще не испытываемых, незнакомых.

Ассоциативная память

На принципиально новый уровень адаптации, живое выводит образование аппаратов ассоциативной памяти – в кибернетической интерпретации – “хранилища данных адресуемых данными на входе”.

Ее главное свойство состоит в способности извлекать список ассоциируемых данных лишь по частично доступным данным на входе, а также, в случае последовательной записи всех элементов цепочки данных, находить места их хранения, для чтения как предшествующих, так и последующих элементов.

Примером может служить строка поиска любой современной поисковой системы, предлагающая список подобных, похожих запросов лишь по первым напечатанным символам или словам. А наш выбор элемента из списка представляет собой вход в одну из программ поиска!

Извлечение из ассоциативной памяти некоторого множества “похожих, подобных” образов окружающего мира по единственному, даже не полному образу на входе, существенно расширяет адаптивные возможности целого, предлагая ему список возможных реакций на новое, но похожее внешнее воздействие.

С другой стороны, некий комплекс управляющих сигналов, содержащий информацию о конечном и значимых промежуточных состояниях актуаторов, ведущих к достижению цели, высылаемый центром в аппараты памяти исполнительных систем, вызывает целый список возможных “входов” в уже известные программы поведения, предлагая живому варианты реакции, которые легко корректируются на каждом шаге исполнения путем переключения на другие входы в текущую программу или позволяют быстро найти новые программы поведения и входы.