До тех пор пока для автоматического регулирования использовались автоматы, которые, были глухи к изменениям внешних условий и действовали по заранее заданной программе, никаких далеко идущих аналогий они не подсказывали. С появлением же электронных управляющих машин в технике наступила новая эра — эра машин, так же, как и человеческий организм, приспосабливающихся к внешним условиям. Конечно, физиологам не могло не броситься в глаза сходство электронных машин с человеческим организмом в принципах переработки информации, в работе цепей связи.
Они взглянули на человеческий организм как на сложную систему, перерабатывающую поступающую в него информацию. Все воздействия окружающей нас среды воспринимаются органами чувств. Они трансформируются органами зрения, слуха и осязания в нервные импульсы. Эти импульсы направляются по бесчисленным нервным волокнам, являющимся каналами связи, в мозг, который Павлов назвал «центральной станцией». Кора головного мозга человека, состоящая из миллиардов нервных клеток, анализирует массу сигналов от отдельных систем связи. Здесь, в веществе мозга, непрерывно происходит переработка информации: сигнальных импульсов — в импульсы управления. По миллиардам нервных волокон импульсы проделывают обратный путь — от мозга к мышцам.
Сведения об этих процессах частично фиксируются в памяти и используются организмом впоследствии.
Связь различных органов и отдельных участков коры головного мозга была обнаружена учеными уже давно. Если раздражать определенные области головного мозга электрическим током, то приходят в движение соответствующие группы мышц тела.
Еще сто лет назад на это обстоятельство обращал внимание Сеченов. В статье «Рефлексы головного мозга» он писал: «Все внешние проявления мозговой деятельности могут быть сведены на мышечное движение».
Воздействуя токами на определенные зоны коры головного мозга, можно вызвать у человека ощущение холода, света, звука.
Подобно тому, как передается то или иное возбуждение в живых организмах — в виде отдельных импульсов, так и в цифровых электронных машинах электрическое «возбуждение» в виде серии электрических импульсов распространяется от одних ячеек к другим, причем действие этих ячеек, как ученые теперь хорошо знают, подобно действию нервных клеток.
Все эти параллели не могли оставить физиологов равнодушными. Правда, они понимали, что ни о какой полной тождественности явлений и речи быть не может. Аналогии эти, конечно, очень грубы.
Сеченов, говоря, что «мысль о машинности мозга при каких бы то ни было условиях для всякого натуралиста клад», тем не менее предупреждал: «Не будем, однако, слишком полагаться на наши силы ввиду такой машины, как мозг. Ведь это самая причудливая машина в мире. Будем скромны и осторожны в заключениях».
Эти фразы написаны словно сегодн я, будто специально для нашего времени. Потому что и одна и другая крайности наделали немало вреда кибернетике. И та, что подсказывала рассматривать мозг только как машину. И та, что породила чрезмерную осторожность и тормозила фантазию, поиск, инициативу.
Разумеется, даже самым отчаянным кибернетикам не приходило в голову ставить знак равенства между живым организмом и механизмом, пусть самым совершенным. В живом организме происходят и простые механические и сложные химические процессы. Кроме того, он подчиняется специфическим биологическим закономерностям. Но то аналогичное, что есть в живом и неживом организме, что проявляется в сложной системе управления, в системе связей (задачей которых является поддержание жизнедеятельности одного и работоспособности другого), убедило ученых, что лучших моделей для изучения жизнедеятельности живого организма, чем ЭВМ, просто не придумаешь. Они поняли, что, изучая с помощью электронных моделей законы управления в живых организмах, человек сможет помочь организму справиться с расстройствами в его системах управления. Ведь нарушения в органах управления живого организма приводят зачастую к различным функциональным расстройствам.
Известны случаи, когда человек теряет способность координировать свои движения. А если разобраться как следует в сущности этой болезни, можно найти пути ее лечения!
Из этих рассуждений, споров, которые вели многие ученые, и в частности те, кто сотрудничал с Бергом в Совете по кибернетике, и родились первые опыты по изучению работы легких, щитовидной железы с помощью электронных моделей. Были созданы электронные устройства, моделирующие работу сердца и кровеносной системы. Такое устройство может вычертить графики (электрокардиограммы) работы сердца, функционирующего нормально и тронутого заболеванием. И врачу остается лишь сравнить их и сделать вывод. Если записанная им электрокардиограмма сердца больного совпадает с одним из графиков, вычерчиваемых электронной моделью, это помогает врачу установить или подтвердить диагноз заболевания сердца. Подобный метод применяется теперь и для изучения нервных и психических заболеваний. На основе снятых у больного энцефалограмм и сравнения их с кривыми, вычерчиваемыми моделирующим устройством, исследуются отклонения от нормы в работе мозга.
Это было лишь начало. Кибернетики понимали, что пока еще вопрос ставится узко. Ведь для науки важен не частный диагноз; интересно изучить все особенности работы мозга и сердца. Сердце может быть здоровым и больным, но и то и другое должно справляться со своей задачей, задачей поддержания жизни человека. Мы побежали или подняли камень — сердце забилось сильнее. Нами овладели испуг, радость, возмущение — и пульс участился. Человек во все «вкладывает» сердце!
Как же оно справляется со своей задачей, как влияет на него работа других органов?
Эти вопросы не раз звучали на рабочих заседаниях Совета по кибернетике и породили не одну научно-исследовательскую тему в области электронной медицины. Одна из них, осветившая работу удивительного органа регулирования — синусного узла, пролила свет на многое, что было неизвестно в деятельности нашего сердца.
Возьмите свою руку и сосчитайте пульс. Сколько? Обычно у человека число ударов колеблется от 50 до 100 в минуту. И мы даже не подозреваем, что при вдохе или выдохе частота ударов сердца резко изменяется, так резко, как бывает при поднятии большой тяжести. Но это происходит кратковременно и при обычном счете пульса даже не замечается. Явление вполне обычное, происходящее без участия сознания и являющееся необходимым условием существования организма. Оказывается, пульсом заведует небольшое нервно-мышечное образование сердца, которое называют синусным узлом. Этот синусный узел воспринимает и через особый блуждающий нерв передает на сердце влияние дыхания, физической нагрузки, психических переживаний.
Изучая работу синусного узла, ученые попытались выразить ее математическим путем. Когда уравнение, оказавшееся довольно удачным математическим аналогом синусного узла, было найдено, оно поразило математиков тем, что в точности совпало с уравнением, которое характеризует обычный маятник! Это уравнение описывает движение тяжелого шара, подвешенного на стержне. Казалось бы, какое отношение имеет к сердцу шар на подвесе? Только то, что сердце, как и маятник, — колебательная система. Период колебания в одной системе зависит от сокращения блуждающего нерва, в другой — от изменения длины подвеса. Чем такая игрушка, как шар на подвесе, не модель сердечной деятельности? Большего от аналогии ведь и не требуется. Мы знакомы с аксиомой, гласящей: совсем не обязательно, чтобы процесс и его аналог были подобны во всем. Важна общность законов, управляющих работой обоих. И теперь, имея легкий доступ к модели, можно изучать малодоступное сердце. Ведь легче изменить длину подвеса маятника или трение в нем и этим имитировать зависимость работы блуждающего нерва от дыхания, возбуждения, нагрузки, чем вести умозрительные рассуждения о том, чего нельзя взять в руки.