Фото Р. Диамента
Кибернетика и медицина
Действительный член Академии медицинских наук СССР профессор П. К. Анохин
Кибернетика как новая отрасль знаний выкристаллизовалась совсем недавно: 10–15 лет назад. Но уже сегодня кибернетические машины становятся верным помощником врача. На вкладке снимки нашего фотокорреспондента Вл. Кузьмина показывают, в чем выражается эта помощь.
Результаты каждого из четырех предварительных диагностических исследований — опроса больного (1), записи электрокардиограммы (2), показаний рентгеновского исследования грудной клетки (3) и зондирования сердца (4) — наносятся на специальные карты. Эти карты проходят обработку на кибернетической машине, пульт управления которой виден на фото 5. В результате на новой карте (6) врач получает данные для окончательного диагноза, в соответствии с которым он определяет наиболее целесообразный метод лечения.
Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием науки и техники, рождением новой области человеческих знаний — кибернетики. Она возникла на основе теснейшего контакта между различными специальностями: биологией, физикой, математикой, электронной техникой, телемеханикой, философией.
Без преувеличения можно сказать, что в настоящее время кибернетика — одна из самых перспективных наук. К ней приковано внимание различных специалистов. И это вполне закономерно и естественно. Ведь кибернетика смогла установить логическую связь между такими отраслями знаний, которые на протяжении многих десятков лет развивались своими собственными путями. Предметом ее исследований являются саморегулируемые, самоуправляемые системы независимо от того, принадлежат ли эти системы к живой природе или к области техники. Кибернетика изучает то общее, что есть во всех процессах управления, не подменяя при этом наук, которые исследуют конкретные системы управления — физиологию, вычислительную технику и т. д. Главная цель кибернетики — облегчить труд человека, повысить эффективность его деятельности в управлении сложными процессами, где бы они ни протекали.
Термин «кибернетика» происходит от греческого слова «кибернетос», что значит — управляющий кораблем. Искусство вождения судов связано с некоторыми особенностями. Так, если корабль отклоняется от заданного курса, то «кибернетор», то есть рулевой или капитан, поворачивая рукоятку штурвала, возвращает корабль к заданному курсу. Но при этом судно обычно немного отклоняется в противоположную сторону и только после нескольких таких колебаний правильный курс восстанавливается. На этом простом примере отчетливо виден элементарный принцип управления. Заданный курс корабля является той постоянной величиной, ради которой капитан, получая информацию о направлении движения судна, поворачивает штурвал то влево, то вправо. Здесь налицо, как выражаются теперь кибернетики, «замкнутый контур регулирования». Правда, роль «решающего звена» в этом процессе выполняет человек, его нервная система.
Новое направление в науке завоевало право на существование потому, что создало такой замкнутый контур регулирования, из которого устранен человек. В результате появились сложные механические системы с автоматической регуляцией, неизмеримо облегчающие труд огромного числа людей.
Кибернетические машины, созданные человеком, способны, как и живые организмы, «реагировать» на внешние раздражители и в зависимости от этого изменять свою работу. В настоящее время такие механизмы успешно внедряются в промышленность. Например, существуют специальные автоматические системы регулирования доменного процесса, движения самолета, поезда и т. д.
Кибернетика представляет огромный интерес для физиолога, для врача. Она поможет еще глубже понять наиболее сложную и обширную саморегулирующуюся систему, какой является любой живой организм, в том числе и организм человека, раскрыть причины нарушения деятельности внутренних органов и систем, найти эффективные методы лечения и предупреждения различных заболеваний.
Каковы же наиболее характерные принципы, на основе которых кибернетика объединяет медицину и биологию с физикой, математикой и электроникой? Чтобы ответить на этот вопрос, следует рассмотреть то общее, что в одинаковой степени обязательно для систем управления в технике и в живых организмах.
Десятки и сотни лет ученые исследуют строение и функции организма человека. И сейчас еще до конца не раскрыты основные закономерности таких процессов жизнедеятельности, как обмен веществ, наследственность, мышление и др. Но и то, что уже известно, позволяет сделать вывод: наш организм — это очень тонко и совершенно устроенная биохимическая и электронная лаборатория; по сложности в природе другой такой нет. Если рассматривать отдельно какую-то одну функцию организма, то, по сути, в каждой мы найдем замкнутый цикл саморегуляции.
Возьмем для примера кровяное давление. С какой удивительной точностью у здорового человека поддерживается определенный уровень давления крови. И осуществляет это целая система нервных аппаратов, которая работает автоматически. Специальные чувствительные приборы отмечают малейшие отклонения кровяного давления от нормального уровня и посылают информацию в главный командный пункт — центральную нервную систему. А уже из головного мозга на периферию к мышцам, заложенным в стенках кровеносных сосудов, поступают другие сигналы. Они заставляют мышцы сокращаться или расслабляться, а сосуды при этом суживаются или расширяются. Таким образом, круг замыкается, и кровяное давление в этой саморегулирующейся системе вновь поддерживается на определенном уровне.
Очень тонко устроены нервные чувствительные аппараты, которые находятся в стенках сосудов и неустанно регистрируют уровень кровяного давления. Например, повышение давления всего лишь на 5—10 миллиметров ртутного столба немедленно приводит их в возбуждение. Это возбуждение передается по нервам в продолговатый мозг и буквально бомбардирует сосудистые центры, вынуждая их подавать к сосудам расслабляющие сигналы. В результате кровяное давление очень быстро снижается.
Мы рассказали об одной из функций организма человека, которая регулируется независимо от нашего сознания на основании сигналов, поступающих в нервную систему только из кровеносных сосудов. Эта система замкнута внутри самого организма.
Однако в нашем теле существуют и другие системы саморегуляции, которые распространяют свое влияние во внешний мир, заставляют человека совершать самые разнообразные действия.
Возьмем для примера всем знакомое ощущение жажды. Оно возникает в результате малейшего отклонения от нормы содержания солей в крови — так называемого осмотического давления.
Известно, что осмотическое давление крови является строго постоянной величиной, равной 7,6 атмосферы. Только такое давление обеспечивает нормальное течение процессов обмена веществ между кровью и клетками тканей всех внутренних органов, а также другие жизненные функции. Вот почему эту постоянную величину, исключительно важную для нормальной жизнедеятельности организма, природа защитила очень мощными аппаратами, не допускающими даже малейшего отклонения.
В последние годы ученые открыли везикулярные нервные клетки в головном мозгу (от латинского слова «везикула» — пузырек). Они приходят в сильное нервное возбуждение при малейшей недостаточности воды в кровяном русле. Возбуждение распространяется по всей центральной нервной системе, и человек начинает остро ощущать жажду. Он проявляет удивительную изобретательность, совершает массу действий, чтобы достать воду. Когда вода попадает и организм, а затем и в кровь, «возмущенные» везикулярные нервные клетки приходят в равновесие. Это также подлинно замкнутый цикл саморегуляции. Концентрация солей в крови определяет поведение человека.
Подобное свойство живого организма очень образно охарактеризовал И. П. Павлов. Организм, — писал он, — «в высшей степени саморегулирующаяся система, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая».