Некоторые основные проблемы

Хотя в первой главе и говорилось, что автоматы могут обладать любым достаточно точно определенным поведением, в некоторых случаях, однако, это вовсе не очевидно, и, разумеется, для кибернетики важно, чтобы такие случаи были исследованы на предмет того, может ли машина в принципе вести себя тем или иным образом. Примером этого является вопрос, способна ли машина в принципе к самовоспроизведению. Как мы увидим в следующей главе, этому вопросу уже было уделено значительное внимание. Вопрос же о том, может ли машина развиваться, до сих пор практически не рассматривался, и это основной вопрос, которым мы здесь будем заниматься. Отнюдь не очевидно, что такая система сможет, получая извне только энергию и строительные материалы, стать более сложной, причем в большой мере предписанным образом. Например, является ли очевидным, что развивающаяся система сможет управлять своим развитием, пока это развитие (а тем самым, по-видимому, и строительство всех систем управления) еще не завершено? На первый взгляд может показаться, что вопрос о самовоспроизведении - это то же самое, что вопрос о развитии, однако между этими процессами имеются важные различия, которые мы обсудим в следующей главе. Однако, конечно, нет никаких оснований заявлять a priori, что вопрос о самовоспроизведении по своей сути интереснее или важнее, чем вопрос о саморазвитии или о самоусложнении.

На ранней стадии изучения развития Дриш [52] доказывал, что живой организм не машина, тем, что машина не может развиваться и если отрезать, например, от машины кусок, то он не разовьется в целую машину. Этот аргумент часто приводят и теперь (см. фон. Берталанфи [53]). По-видимому, было бы полезно как для биологии, так и для кибернетики, если бы можно было показать, что машины в состоянии делать это. Для биологии - потому, что это окончательно лишило бы всяких оправданий близкое к витализму объяснение развития с помощью каких-то туманных сил и показало бы, что о развитии можно говорить на точном языке; для кибернетики - потому, что для теории автоматов важно, что какое-то точно определенное поведение, в частности развитие, можно изучать в терминах теории автоматов.

Итак, нас в сущности интересует вопрос: как найти такой набор инструкций, включающий инструкцию воспроизвести этот же самый набор инструкций, чтобы система, составленная из таких одинаковых наборов инструкций, могла дифференцироваться предписанным способом? То есть мы предполагаем, что система может скопировать себя самое и породить вторую систему, идентичную ей самой, и спрашиваем, как в процессе непрерывного самовоспроизведения в агрегате, состоящем из всех порождаемых при этом систем, может возникнуть какой-либо порядок? Сформулируем вопрос еще раз: как может один-единственный автомат, начав процесс самовоспроизведения, породить систему автоматов, в которой каждый новый автомат сам способен к самовоспроизведению, значительно более сложную, чем он сам, ставший ее частью, и организованную способом, определяемым устройством исходного автомата? То есть мы хотим построить модель или скорее множество моделей зиготы.

Рост сам по себе, конечно, не составляет проблемы с абстрактной точки зрения и, очевидно, прямо обеспечивается основным процессом самовоспроизведения, на котором основано развитие. Тем не менее первый вопрос, на который надо ответить, чтобы построить всякую модель,- это как наша система сможет ограничить свои размеры, причем этот вопрос относится равно как к росту, так и к развитию. То есть, запустив работать машину самовоспроизведения, надо подумать и о том, как ее остановить, причем это должно обеспечиваться начальными инструкциями.

Следующий вопрос состоит в том, как может возникнуть сама дифференцировка, особенно пространственная, и сущность этой проблемы после всего сказанного должна быть ясна. В гл. 6 мы опишем модель, способную дифференцироваться в двумерном пространстве, и укажем наборы инструкций для получения ряда различных структур. Это приводит к вопросу о том, какие структуры являются алгоритмическими или иначе существуют ли какие-нибудь ограничения на сложность структур, которые таким путем можно получить.

После этого возникает вопрос о том, как оградить формирование структуры от ошибок; этот вопрос особенно интересен тем, что система должна уметь контролировать себя до того, как она полностью построена. Итак, мы спрашиваем: как образование сложной структуры может само оберегать себя от ошибок? Какой авторегуляцией можно этого добиться?

Из всех проявлений гомеостаза в биологии одной из самых ярких является "регенерация", вызывающая большой интерес у биологов. Очевидно, она очень похожа на нормальное развитие: в одном случае развивающаяся структура контролируется от ошибок, в другом - уже развитая структура делает то же самое. "Объяснить развитие при регенерации не труднее и не легче, чем нормальное развитие. Настоящую проблему представляет не регенерация, а саморегулирующееся нормальное развитие" [54]. В обоих случаях работать должна неполноценная система либо потому, что она еще не вполне развита, либо потому, что она частично испорчена и должна себя починить путем производства новых клеток и включения их в структуру, кроме того случая, который возможен при нормальном развитии, когда основная структура уже существует, но непрерывный рост организма требует включения в нее все новых клеток.

В сущности в некоторых случаях трудно отличить регенерацию от развития: например, из части растения нередко может развиться новое целое растение, и как называть это - регенерацией или развитием - зависит от решения казуистического вопроса, была ли эта часть растения отрезана умышленно или же существовала в таком виде в природе. Конечно, между регенерацией и развитием существуют некоторые тривиальные различия, они очевидны. Например, развитие начинается с меньшим количеством исходного вещества, чем регенерация; кроме того, при регенерации иногда происходит дедифференцировка клеток с целью их включения в новую структуру, тогда как при развитии это маловероятно. Однако нет оснований предполагать, что механизмы, управляющие этими двумя процессами, различны -различны лишь типы отклонений, которые необходимо устранить в том и в Другом случае.

По этой причине регуляция при развитии и регуляция при регенерации могут быть включены в общее понятие "регуляция пространственной структуры", и с этой точки зрения они и будут рассмотрены в гл. 7. Там будут описаны модели, которые не только имеют предписанные пространственные пропорции (т. е. функциональную дифференцировку), но и сохраняют эти пропорции и при развитии, и при регенерации, т. е. и при увеличении, и при уменьшении размеров.

Как при развитии, так и при регенерации организм имеет одну и ту же цель или предпочтительное состояние, хотя это состояние может достигаться разными путями, т. е. из разных "начальных точек". Эти процессы, следовательно, проявляют свойство, которое Дриш назвал "эквифинальностью" [52]. Это означает, что разные части могут порождать одинаково устроенное целое, т. е. существует "эквипотенциальность" частей. Проблема эквипотенциальное, таким образом, занимает центральное место в биологии развития, так же как и в нейрологии, где этот термин обычно употребляется.

Еще один вопрос, который на первый взгляд кажется фундаментальным,- это вопрос о том, возникают ли при развитии клетки в зрелый организм такие свойства, на которые и намека не было в яйцеклетке. Этот вопрос обычно ставится в такой форме: определяется ли развитие "преформацией" или оно "эпигенетическое"? Однако в гл. 4 будет показано, что это неправильный или скорее семантический вопрос. Важно то, что происходит явное возрастание сложности, особенно пространственной сложности, и важно понять, как это может происходить. Выше было указано, что развитие идет предписанным образом и управляется изнутри. А тогда так или иначе яйцеклетка должна обладать запасом инструкций, достаточным для того, чтобы породить сложные устройства, даже такие сложные, как, например, человеческий мозг, содержащий, как полагают, 10¹⁰ нервных клеток. Исходный набор инструкций запускает цепь событий, приводящую к нужной системе, но можно ли сказать, что этот набор предвещал в деталях все свойства всех ее частей,- это вопрос, относящийся к терминологии. Таким образом, вопрос следует ставить в динамической форме: "как может нечто, что кажется простым, самостоятельно стать сложным?" или "как часть может содержать целое?" В подобных постановках вопрос становится очень общим, и возникает искушение сказать, что он, пожалуй, приближает нас к самой проблеме жизни.