Очерки адаптации и биологии и технике - Лабутин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Одним из наиболее интересных и в то же время наиболее сложных вопросов является составление математического описания критерия качества (4) биологических систем. По-видимому, как правило, этот критерий имеет комплексный характер и охватывает большое число разнородных характеристик, таких, как энергетические затраты, сложность используемых механизмов и их перестройки, скорость достижения результата и его важность и т. п. Есть веские основания считать, что в отличие от классических задач современной теории управления биологические адаптивные механизмы зачастую ограничиваются улучшением значения критерия качества (5) и не достигают экстремального (наилучшего) его значения, что, однако, не мешает биологическим системам весьма эффективно решать многие задачи, пока не доступные техническим устройствам. Видимо, улучшение значения совершенного критерия в этих случаях важнее, чем достижение экстремума простого критерия. Мало того, открытие в мозгу центров удовольствия, непрерывная еамостиму-ляция которых не приводит к пресыщению, наводит на мысль о существовании критериев, значения которых вообще не ограничены [50]. Наличие таких критериев надо считать необходимым для любых эволюционирующих систем с потенциально неограниченным пределом совершенства.
В некоторых пояснениях нуждается и представление о цели Ц. В общем случае эту переменную, или жизненную функцию, нельзя считать заданной извне, как это показано на рис. 15. Если применить схему обобщенной модели к изучению замкнутой совокупности «биологическая система — среда», то «целесообразность» тех или иных форм взаимодействия биологической системы со средой выступает лишь как следствие внутренних закономерностей взаимодействия такого рода систем. Наиболее четко это проступает при анализе движущих сил и путей эволюции живой природы. Здесь вход «Ц» на схеме рис. 15 должен быть отброшен. Однако при модельном описании многих частных механизмов адаптации значительно легче формализовать изучаемый процесс, отбросив часть взаимосвязей, определяющих конкретное назначение рассматриваемого механизма (например, механизм мотивации в моделях адаптивного поведения или генетический механизм, передающий целесообразные структуры управления площадью зрачка в результате эволюции), причем цель функционирования данного механизма задается отброшенными частями. Такой прием особенно полезен, если целевое на-
значение изучаемого механизма ясно осознано исследователем и ие изменяется в пределах рассматриваемой задачи (отбрасываемые механизмы сами могут быть адаптивными и вызывать изменения цели). Поэтому введение представления о цели и достаточно глубокое изучение вопросов, связанных с ее формированием, оказывается важным методологическим приемом на определенном уровне описания биологических адаптаций.
Ввод информации о цели функционирования конкретного механизма облегчает также перенос изучаемых принципов адаптаций в технические системы, проектируемые для решения задач, предопределенных техническим заданием.
Отметим, что в моделях частных механизмов адаптаций «среда» включает в себя не только внешнюю по отношению ко всей биологической системе среду, но и те части биологической системы, с которыми данный механизм взаимодействует.
Итак, развитие теории адаптивных механизмов, которыми пронизаны все биологические процессы, должно быть связано с отысканием строгих абстрактных форм описания этих механизмов, с определением ассортимента участвующих в них переменных и конкретного вида функциональных связей между переменными. Во многих случаях преобразования, осуществляемые реагярующей и управляющей частями, требуют учета ие только текущих значений стимулов, условий, реакций и критерия качества, но и прошлых их значений, т. е. опираются на память, присущую биологическим системам. Совокупности входных воздействий очень часто принимают форму, пусковых стимулов или условий лишь после достаточно сложных и тоже адаптивных преобразований входных сигналов в анализаторных системах, включая операции типа классификации или распознавания образов, ситуаций. Даже в относительно простых ситуациях одновременно участвуют множественные механизмы адаптации, так что общая схема адаптивного процесса складывается из множества схем типа рис. 15, где входы S, выходы R и каналы информации о цели Ц отдельных подсистем переплетаются, образуя сложные, в том числе иерархические, системы.
Современная наука уже подходит к такого рода описаниям адаптивных систем. При этом наиболее продуктивные методы дает приложение к биологическим системам принципов теории автоматического управления и других дисциплин, интеисивио развивающихся после формулировки основных идей кибернетики (теории информации, теории больших систем и т. д.). В свою очередь, такое приложение этих дисциплин к биологическим задачам вскрывает их слабые стороны и стимулирует дальнейшее развитие, которое принесет пользу не только биологии, но и прогрессу техники.
Внедрение принципов адаптации во многие области техники еще только начинается, и найденные решения еще очень далеки от того совершенства, которое мы наблюдаем в функционировании живых организмов Арсенал сведений, которым располагают точные науки и современная техника, недостаточен для объяснения механизмов многих биологических адаптаций и их моделирования, хотя насущные задачи техники настоятельно требуют этого. Поэтому дальнейший прогресс как техники, так и биологии, связывается с уже начавшейся интеграцией этих ранее разобщенных областей, с взаимным обогащением их идеями и методами. Для плодотворного движения по этому пути нужна армия энтузиастов. Первые шаги особенно трудны, и читатели, которых увлечет новый подход, будут нуждаться в рекомендациях по литературе, содействующей более глубокому знакомству с теми или иными вопросами, затронутыми в наших очерках. Им и предназначен приведенный ниже список литературы. Чтобы облегчить отбор книг н статей, представляющих наибольший интерес для различных групп читателей, мы предпосылаем этому списку краткий путеводитель, составленный в том же порядке, в каком следовало изложение отдельных вопросов в очерках.
