Приложение. НЕЙРОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
КОНЦЕПЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОСТИ
1. Понятие о
живом
Единицы, из которых строится наш гипотетический автомат,
представляют собой некоторые гипотетические нейроны. И реальные, и
гипотетические нейроны в нашем понимании живые. Что же такое "живые",
что вообще означает слово "жизнь"? Дело в том, что, несмотря на
значительные успехи биологических наук, в понимании живого у многих из
нас опорой остается только дефиниция Энгельса о жизни, как о "способе
существования белковых тел". Мне представляется, что ядром
конструктивного определения живого должна быть устойчивость за счет
ремонтных работ. Живое и неживое различаются способом обеспечения
устойчивости, т.е. способом существования [концепция жизни как
устойчивого неравновесия впервые была предложена Бауэром в работе:
Бауэр Э.С. Теоретическая биология. М.-Л.:ВИЭМ, 1935, 206с.]. Если
относительно простая (неживая) система может сохранять свою целостность
за счет прочности внутренних связей, то в сложной (живой) системе,
состоящей из множества частей, обеспечить длительную целостность можно,
по-видимому, только за счет своевременных восстановительных работ.
Живое не боится повреждений вопреки сложности своей структуры потому,
что оно постоянно самостоятельно восстанавливает нарушенные внутренние
связи. Естественно, что для таких ремонтных работ необходимы материалы
и энергия. Энергия и ремонтно-строительные материалы - это питание. Для
существования живой единицы ей необходимо достаточное питание.
Эволюционно перспективными живыми единицами будут такие, для которых
задача о достаточном питании является весьма трудной, но выполнимой,
причем выполнимой только за счет организации коллективного поведения
многих единиц. Чтобы проиллюстрировать эти положения, рассмотрим
простую модель живой системы как системы автоматического регулирования.
Состояние такой системы описывается набором параметров состояния и
может быть изображено некоторой точкой x в пространстве параметров. На
систему действуют внешние возмущения, стремящиеся вывести ее параметры
за допустимые пределы изменения, а также регулирующие (внутренние)
воздействия, стремящиеся удержать систему в допустимой области.
Старение всей системы, заключающееся в накоплении дефектов, сжимает
область допустимых значений параметров. Выход системы за пределы этой
области влечет за собой невозможность дальнейшего регулирования и
перемещение точки x по "траектории смерти" в точку термодинамического
равновесия с окружающей средой. Устойчивость системы авторегулирования
при прочих равных условиях можно трактовать как некоторую величину,
производную от размера области допустимых состояний.
Предположим теперь, что в пространстве состояний имеется
по крайней мере еще одна область допустимых состояний, причем
траектории смерти, выходящие из области А (по крайней мере, некоторые),
проходят через область В, и наоборот: траектории смерти, выходящие из
области В, проходят через область А. Такая схема дает принципиально
новое качество: возможность для системы не бояться очень больших
возмущений. Попробуем добавить к этой схеме "ремонтные работы": пусть
область допустимых состояний может восстанавливаться вплоть до
первоначальных размеров, если система находится в другой области
допустимых состояний. Это значит, что в новом состоянии В
интенсифицируются химические реакции, восстанавливающие нарушенные
структуры, существенные для нормального функционирования системы в
старом состоянии А. При этом система автоматического регулирования
приобретает новое качество: срок ее жизни становится зависимым только
от наличия и скорости накопления дефектов в механизмах, обеспечивающих
ремонт.
Нетрудно сделать предположение о том, что случайно найдя
один раз такую осциллирующую пару допустимых областей, природа нашла
возможность обходиться без надежного регулирования, поскольку смерть
стала в принципе обратимой. Дальнейшее закрепление и развитие
найденного принципа могло быть обеспечено при соблюдении двух условий -
множественности случаев такого открытия, что обеспечивается большими
масштабами "экспериментирования", и энергетической выгодностью
осциллирующих систем, дающей преимущество в ходе естественного отбора.
Рис.П1. Примитивная модель живой единицы
Для такой модели нетрудно построить описывающую ее систему
дифференциальных уравнений (см.рис.П1). Состояние системы в
пространстве параметров состояния (х1,х2) изображается фигуративной точкой х. Пространство
параметров состояния содержит две области допустимых состояний А
и В, которые описываются окружностями радиусов RA
и RB с центрами в точках СA
и СB. Внутри каждой области допустимых состояний
фигуративная точка притягивается к центру со скоростью, прямо
пропорциональной (с некоторым коэффициентом S) расстоянию от точки х до
соответствующей точки С. Внешние возмущения стремятся отбросить точку х
в случайном направлении на некоторое расстояние, не превышающее F (сила
возмущений). Одновременно область, в которой находится точка х,
подвергается старению, что выражается в уменьшении ее радиуса. Если в
результате действия внешних возмущений точка х оказывается за пределами
области допустимых состояний, то осуществляется немедленный перенос
точки х в центр другой области. Та область, которая не содержит
фигуративную точку, постепенно восстанавливается до первоначальных
размеров. Поскольку, как мы отмечали, для проведения ремонтных работ
(восстановления размера области допустимых состояний) нужна энергия,
предположим, что ее затраты на ремонт обратно пропорциональны радиусу
области, подлежащей ремонту. Если пренебречь затратами энергии на
другие цели, то качество живой единицы можно оценивать по ее среднему
энергопотреблению за достаточно большой период времени.
Рис.П2. Энергопотребление G модельной живой
единицы в зависимости от силы возмущений F и скорости регулирования S
Типичная зависимость такого энергопотребления G системы от
F и S, получаемая при численном решении уравнений такой модели с
разными значениями параметров, изображена на рис.П2, из которого видно,
что наиболее энергетически выгодным является такой режим
функционирования системы, при котором внешние возмущения максимальны, а
регулирующие воздействия равны нулю. Иначе говоря, такая живая единица
нуждается во внешних возмущениях.
