Пономарева Л. В.

Нижнекамский филиал ИЭУП, студент Галимова Р. З.,

ассистент

В конце XIX века синергетика оказалась способной творчески использовать потенциал диалектических противоречий, накопленный на пути познания строения живого и неживого мира, который еще в начале XIX века привел Н. Бора к необходимости сформулировать принцип дополнительности. Причины, приведшие к его появлению, можно обнаружить, казалось бы, в столь далеких друг от друга областях науки, как физика, философия, социология, психология, биология, нейронауки. Главная идея этого принципа состояла в необходимости диалектически двойственного исследования и описания любого явления, используя при этом несовместимые, но одновременно и дополняющие друг друга понятия и характеристики [6].

Синергетика действительно породила образец нового научного мышления, указав, с одной стороны, на ограниченность идеологии детерминизма, а с другой стороны, на наличие возможности построения простых динамических моделей многих процессов, ранее казавшихся чисто хаотическими. Существование такого особого типа нерегулярности, как динамический хаос, затронуло саму основу научной методологии, указав на принципиальную невозможность долгосрочных прогнозов и их последующей проверки экспериментальным путем. Новое научное мышление должно базироваться на гораздо более тонких процедурах исследований, опирающихся больше на качественные, геометрические, фрактальные, нежели на статистические свойства системы. Более того, становится очевидной бесперспективность редукционизма для изучения систем, находящихся в состоянии динамического хаоса. У таких систем изменение взаимодействия компонентов в одном масштабе может вызвать непредсказуемые изменения при наблюдении в незначительно отличающихся масштабах. Более того, сложное нерегулярное поведение, которое согласно старым взглядам, присуще многоэлементным системам, при определенных условиях может принадлежать системе с нелинейным взаимодействием всего нескольких компонент[3].

Для решения конкретных научных задач важно иметь надежные критерии различения истинно случайного шумового процесса (порождаемого системой с большим или бесконечным числом степеней свободы) и динамического хаоса. Такие критерии необходимы для понимания и правильной трактовки явлений, в которых нерегулярность изменений регистрируемых параметров является одной из немногих переменных, доступных изучению. В настоящее время неизвестно, существуют ли такие математически строгие и одновременно удобные для практического использования критерии. От их создания в значительной мере зависят перспективы внедрения методологии синергетики [4].

Идеи современной синергетики имеют своих предшественников. В философии древних цивилизаций понятию хаоса и его диалектического родства с «созидающим началом» отводилась ключевая роль в мироздании.

Древняя Китайская философия базировалась на представлениях о цикличности процессов самоорганизации и распада. Наиболее определенно эти воззрения были сформулированы в концепциях Инь—Янь и Даосизме: «В мире все вещи рождаются в бытии, а бытие рождается в небытии», «Вещь, в хаосе возникшая, прежде неба и земли родившаяся, может считаться праматерью Поднебесной», «Дао ту манно и неопределенно. Однако в его туманности и неопределенности содержатся образы. Однако в его туманности и неопределенности скрыты вещи», «Дао рождает одно, одно рождает два, два рождает три, а три рождает все» [5].

Шумеры и древние египтяне, греки, кроме полярности начал Хаоса и Порядка, предполагали наличие «третьего нечто», осуществлявшего переход между ними. Хаос соответствовал случайности, стихийности, а порядок, напротив, обеспечивал закономерность в развитии природы и самого человека. Римляне придали «третьему нечто» облик двуликого бога Януса, хранителя ключей от границы Порядка и Хаоса, который видит все в будущем и прошлом, непрерывно развертывая мир во времени, создает порядок вещей, подвергает их уничтожению, дает Начало Концу и Конец Началу [1].

Древние индусы представляли мировой порядок вещей как результат циклического перехода Хаоса в Порядок. Три мифических образа — Творец (Брахма), Разрушитель (Шива) в содружестве с Хранителем (Вишну) порождают и поддерживают этот Великий Цикл.

Даже в эпоху мрачного средневековья эти воззрения отчасти сохранились. Известно, к примеру, что один из монахов–францисканцев РБэкон в середине XIII века утверждал, что «…природа стремится достичь совершенства… но вследствие различных случайностей в ее работе, происходит разнообразие…».

В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи высказывался еще более понятным для нас языком, рассуждая о цикличности процессов самоорганизации: «…я называю духовную способность, невидимую потенцию, которая через случайное поле внешнего насилия вызывает движение… принуждает все созданные вещи к изменению формы и положения, стремится с яростью к желанной смерти и распространяется с помощью причин. Медленность делает ее большой, а быстрота слабой. Рождается она благодаря насилию и умирает благодаря свободе, и чем она больше, тем скорее уничтожается…» [2].

Внедрение идей и методов синергетики в медицину, физиологию и нейронауки только начинается. Однако именно методология синергетики позволяет обнаружить новые особенности проблемы, новые структуры логических связей, предложить новые концептуальные подходы для решения многих сложных проблем.

Преобладающей точкой зрения в медицине до недавнего времени была та, согласно которой регулярность изменений и предсказуемость физиологических показателей считались важными признаками здоровья. Однако во многих исследованиях удалось выявить, что снижение изменчивости и возникновение ярко выраженной периодичности, достоверно связаны со многими заболеваниями или являются их предвестниками [4].

Исходя из еще официально не отвергнутых концепций, кажется, что понятия упорядоченности, регулярности, низкой вариабельности должны быть присущи не только общепринятым показателям состояния организма, но и всем физиологическим процессам. Концепция гомеостатического регулирования У. Кэннона долгое время удовлетворяла физиологов и медиков. Предполагалось, что снижение вариабельности физиологических параметров происходит благодаря общей направленности всех реакций организма на уменьшение отклонений любых параметров, поддержания их постоянства, соответствующего состоянию устойчивого равновесия — гомеостаза. Поэтому любой физиологический параметр по окончании действия возмущений должен был бы возвращаться к своему равновесному значению, а его вариабельность можно было бы трактовать как следствие флуктуаций параметров внешнего воздействия. В рамках гомеостатической концепции естественно полагать, что ослабление организма болезнью или в результате старения должно приводить к росту флуктуаций, поскольку организму становиться все труднее возвращать параметры к равновесным значениям. Однако совершенно иная картина обнаруживается при экспериментальном наблюдении за многими важными физиологическими параметрами — показателями электрической активности сердца, артериальным давлением, частотой дыхания и сердечных сокращений, электрической активностью головного мозга, числом лейкоцитов, а также многими другими. Выраженная нерегулярность, хаотичность этих параметров коррелировали с физиологической нормой и отсутствием патологии. Более того, резкий подъем интереса к проблеме вариабельности физиологических параметров и их возможной связи с состоянием здоровья произошел в 1988 г. после сообщения Э. Голдбергера и Д. Ригни о наблюдавшейся ими корреляции снижения флуктуаций сердечного ритма пациентов с ишемической болезнью сердца и вероятности «внезапной смерти» [1].

Опираясь на основные идеи синергетики, возможно предлагать концептуальные решения многих проблем биологии и медицины.

Рассматривая эволюционный процесс на основе представлений о свойствах систем, порождающих динамический хаос, можно предположить, что, используя механизм локального усиления малых флуктуаций и глобального ограничения различий, биологические системы открывают себе практически неограниченный доступ к новизне, эволюционной изменчивости, сохраняя при этом неизменными видовые признаки. С этих же позиций ясно, что онтогенез, в принципе, не нуждается во «внешних конструктивных силах» и может состоять из цепи последовательных актов самоорганизации, содержащих точки ветвления. Управление таким процессом может осуществляться с помощью воздействий информационного характера, влияющих на выбор лишь конкретного пути ветвления при прохождении структурой точек «бифуркации». Следовательно, клеточный геном мог бы кодировать именно механизмы реализации этих слабых управляющих воздействий [2].

С позиций синергетики многие фундаментальные проблемы нейронаук могут найти свое концептуальное решение. Остановимся на одной из них, связанной с природой мотивации поведения. Дилемма, как известно, сводится к выбору между изначальной внутренне активной природой субъекта и рефлекторной организацией поведения.

С точки зрения синергетики, любой живой организм, начиная с клеточного уровня, можно уподобить иерархической системе (ИС) [5], состоящей из достаточно автономных самоорганизующихся систем, в которых нисходящие сигналы управления не имеют характера жестких команд, подчиняющих себе активность всех индивидуальных элементов более низких уровней. Такой тип связей обеспечивает лишь влияние на условия, в которых протекают процессы самоорганизации и тем самым предопределяют вероятность переходов между состояниями динамического хаоса и порядка. Структурная устойчивость такой системы должна пониматься в смысле сохранения структуры странного аттрактора в процессе влияния на систему. Это позволяет качественно расширить диапазон структурной устойчивости по сравнению с системами с жесткими, централизованными связями [5].

Иерархический процесс самоорганизации возможен в том случае, когда в качестве макроскопических параметров системы данного уровня выступают коллективные степени свободы, возникшие в аналогичном процессе предыдущего уровня иерархии. При этом они играют роль элемента динамической памяти, поскольку каждый достигнутый уровень самоорганизации характеризуется появлением своего параметра порядка. Говоря о памяти, мы естественно приходим и к понятию информации. Именно этот аспект самоорганизующихся структур приобретает особый интерес, поскольку позволяет влиять на состояние системы, практически не затрачивая энергии. Действительно, чтобы перевести такую систему в конкретное состояние, необходимо выйти на траекторию с необходимыми начальными условиями. Точность управления в таком случае определяется таковой в задании начальных условий. В случае сложных ИС, фазовый портрет которых представлен набором аттракторов, понятие управления сводится к переводу системы на траекторию, ведущую в область притяжения соответствующего аттрактора. Такое управление также требует информации, необходимой для перехода на соответствующую траекторию. Энергетические затраты в управлении обсуждаемыми ИС сводятся к минимальным в силу локальной неустойчивости. Этот тип управления резко отличается от чисто силового варианта, характерного для систем, фазовый портрет которых не обладает свойствами странного аттрактора. Для них все фазовые траектории не зависят от начальных условий и, следовательно, для управления требуют только затраты энергии [1].

Действие внешнего фактора, проявляющего определенную специфичность, можно рассматривать с точки зрения его влияния на определенный уровень иерархии. Такое воздействие, в конечном счете, сводится к изменению параметра порядка этого уровня. Изменение параметра порядка данного уровня имеет характер информационного влияния для следующего уровня иерархии. Изменения затрагивают и всю ИС. Они имеют также информационный характер. Структурные изменения запоминаются локально, а информационные — глобально.

Приведенные выше рассуждения иллюстрируют эффект «расслоения» на «информационную» и «энергетическую» части. Более того, такие системы получают дополнительный энергетический выигрыш в конкурентной борьбе за «жизнь» (за свободное фазовое пространство), поскольку их связь с внешней средой становится информационной, энергетически более выгодной. Возникает как бы новый, информационный канал развития. Развитие при этом понимается как усложнение своего управления (появление новых уровней иерархии с их степенями свободы и параметрами порядка). У системы возникает как бы эквивалент «элементарной потребности», направленной на получение дополнительной информации из внешней среды. Следовательно, особенности эволюции (конкурентной борьбы) таких систем отражают как бы «поведение», направленное на «удовлетворение» «элементарных потребностей». При этом можно говорить о признаках изначально активного «поведения» (аналоге волевого начала). Более того, каждый последующий «поведенческий» акт протекает в условиях влияния «усвоенной» информации. Следовательно, такое «поведение» приобретает характер прогнозируемого. Вся эволюция при этом уподобляется цепочке отдельных актов выбора из динамического хаоса тех вариантов, которые максимально удовлетворяют потребность. Накопление информации при этом способствует упрочению структуры иерархии, и дальнейшему повышению вероятности повторного успеха при неизменном состоянии внешней среды.

Изменение внешних условий может оказать различное влияние на систему. В том случае, когда условия для процесса самоорганизации улучшаются (возрастает степень термодинамической неравновесности, нелинейности взаимодействия элементов системы), наблюдается дальнейший информационный рост системы по описанному выше варианту. Если внешние условия ограничивают нелинейность, уменьшают степень неравновесности, то система тормозит свой рост При этом возрастает относительная доля жестких информационно–структурных связей в ее иерархии, как бы уменьшается относительная доля активной «информационной» части, возрастают чисто энергетические затраты на ее управление. Система демонстрирует все возрастающую долю стереотипного поведения. В этом можно легко усмотреть аналогию с формированием условных рефлексов. Более того, описанный механизм может объяснять и формирование патологического состояния. Возникает как бы «патологическая система» в пределах исходной иерархии. Это позволяет оказывать влияние на «болезнь» дифференцировано. Возможными представляются несколько вариантов. Путем модификации внешних условий, стимулируя процесс развития иерархической структуры, можно уменьшить относительную долю «патологической системы». Альтернатива состоит в принудительном «удалении» «патологической структуры» [4].

Экспериментальная проверка развиваемых синергетических положений представляет, на наш взгляд, большой интерес, поскольку рассмотрение с единых концептуальных позиций проблем нормы и патологии позволит приблизиться к созданию более совершенных подходов в лечении многих заболеваний.

Сложность такой проверки связана с тем, что любой опыт требует предельного упрощения экспериментальной модели путем определенной изоляции исследуемого объекта от внешней среды. Для самоорганизующихся ИС любое ограничение связей с внешней средой, особенно информационного плана, может привести к их модификации или даже разрушению. Таким образом, истинный объект исследования может «исчезнуть» в процессе эксперимента. Поэтому требуется известная осторожность в постановке опытов для проверки синергетических гипотез[5].

Несмотря на отсутствие строгой постановки задачи, хотелось бы привести некоторые результаты некоторых экспериментов других авторов, косвенно подтверждающих обсуждаемую нами концепцию. Сошлемся, в частности, на многочисленные сообщения нейрофизиологов, указывающих на снижение степени хаотичности импульсной активности нейронов различных структур мозга у мотивированных водной или пищевой депривацией животных по мере удовлетворения потребности. Тем не менее, корректные исследования наличия признаков динамического хаоса в таких работах, как правило, не приводятся. Выводы ограничиваются наблюдением распределения вероятности флуктуаций. В качестве аргумента в пользу снижения хаотичности приводится трансформация бимодальных распределений в одномодовые [4].

Исходя из положений нашей концепции, формирование «патологических структур» в пределах самоорганизующихся ИС должно сопровождаться уменьшением фрактальной размерности динамического хаоса. Несмотря на чрезвычайную спорность обсуждаемой концепции, сошлемся на результаты [6], а также на сообщение К. Ленентса и И. Ельгера (1999), наблюдавших в преддверии эпилептического приступа (с опережением около 10 минут) падение фрактальной размерности электрической активности нейронных структур головного мозга вблизи фокуса очага.

Согласно данным ЮНЕСКО, в настоящее время насчитывается более 1000 научных дисциплин. Многие из них появились в результате «научной гибридизации». Примерно половина из них относится к инженерным и прикладным, около трети к точным, остальное — гуманитарные науки. Однако, истинно творческое, плодотворное взаимопроникновение идей разных наук только начинается. Один из самых продуктивных симбиозов следует ожидать от синергетики с медициной, биологией и нейронауками. Во многом идеи синергетики сформировались еще в рамках древней философии в виде холлистических воззрений на природу.

На рубеже веков синергетика все больше становится интеллектуальной основой творческого процесса у нового поколения ученых. В современной биологической науке применение идей синергетики позволило увидеть в диалектическом единстве многие явления, ранее казавшиеся несовместимыми. Возможно, в недалеком будущем, используя синергетические концепции, медицина сможет приблизиться к решению многих проблем, в особенности связанных с патологией нервной и сосудистой систем [4].

В заключение отметим, что, с точки зрения синергетики, в основе процесса творчества, вероятно, скрыт механизм динамического хаоса, способный усиливать микроскопические флуктуации идей и превращать их в макроскопически связанные состояния научных теорий.

Литература

1. Хамел Г., Прахаланд К. К. Конкурируя за будущее. Создание рынков завтрашнего дня; пер. с англ. — М.: Олимп—Бизнес, 2002. — 288 с.

2. Майбуров И. Развитие высшей школы и экономики: коэволюционный подход // Высшее образование в России. — № 6. — 2005. — С. 79–95.

3. Винислав Ю. Б. Профессиональное образование и экономика: микроуровень интеграционных процессов (фактологоия, теория, предложения) // Российский экономический журнал № 7–8 <metricconverter productid=»2005 г» w: st=»on»>2005 r</metricconverter>. — С. 55–71.

4. Акимова Т. А. Теория организации: учеб. пособие. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. — 367 с.

5. Лапыгин ЮН. Теория организации: учеб. пособие. — М.: ИНФРА-М, 2007. — С. 86–87.

6. Лапыгин ЮН. Системное управление организацией. (Курс лекций. Части 1 и 2). — Владимир: Изд–во ВлГУ, ВГПУ, ВИБ, 2003. — С. 43–44.