Динамика иерархических систем: эволюционное представление - Николис Дж.
Скачать (прямая ссылка):
иерархические уровни в отдельном организме (или в отдельных организмах).
Но что именно определяет физически "иерархический уровень" и чем один
иерархический уровень отличается от другого? Ответы на эти вопросы, по
нашему мнению, необходимы нам, чтобы конструктивно действовать дальше.
Иерархический уровень определяется
L ОгО .V ОО
и. г
а- р, 7,р
а'.р'.у,?
/ / \ а 1-а\
\р Ь(К \о о\
1-т\ \" 1-а\
\0 1-р\ \о' О \
Рис. 4.20. Общая схема процесса связи между двумя иерархическими
системами.
числом, расположением, природой (т. е. структурой или сложностью), а
также степенью когерентной кооперативности среди функционально сходных,
хотя, возможно, анатомически различных "модулей" системы (или "тканей" в
случае биологического организма). Под функционально сходными органами мы
понимаем динамический набор элементов, которые для успешного выполнения
определенной задачи должны кооперироваться (т. е. установить и
поддерживать между собой какое-то число гибко ограниченных упорядоченных
отношений).
Например, в случае дыхания цель состоит в том, чтобы поставлять кислород
в альвеолы легких, откуда он сможет диффундировать сквозь стенки в кровь.
Для осуществления дыхательной деятельности необходим сложный мышечный
аппарат, включающий диафрагму и межреберные мышцы, позволяющие
растягивать и сокращать грудную клетку, а также сложная си-
Элементы теории информации и кодирования
223
стема нервных связей в стволе мозга и высших центрах для управления
мышечным аппаратом. Ясно, что эти процессы осуществляются как функции,
реализуемые многими компонентами, относящимися к различным разделам
секреторной двигательной и нервной систем.
В головном мозге все "высшие" процессы, такие, как восприятие, речь,
письмо, чтение и ощущения, не могут рассматриваться как изолированные или
даже неделимые "способности", которые могут быть прямыми функциями какой-
нибудь ограниченной группы клеток или локализованными в определенных
участках мозга. Вместо "локализованных областей" динамической активности
в действительности мы имеем дело с путями передачи информации
(афферентыми путями) и процессами хранения и интеграции информации.
"Интеллектуальные" функции в нашей схеме следует рассматривать как
сложные функциональные иерархические системы, которые не могут быть
локализованы в определенных зонах коры больших полушарий или в
изолированных группах клеток, а должны быть организованы в группы
когерентно действующих зон, каждая из которых играет роль (случайной)
нелинейной динамической переменной и может принадлежать совершенно
различным и зачастую далеко отстоящим друг от друга областям мозга. Такие
группы определяют иерархический уровень, выполняющий каждый раз
соответствующую функцию.
Из приведенных выше примеров ясно, что для высших организмов можно
предложить следующий набор иерархических уровней в восходящем порядке:
уровни (а) нуклеиновых кислот, (б) белков, (в) отдельных клеток, (г)
отдельных органов и (д) групп органов (выполняющих соматические функции,
такие, как пищеварение и т. д.).
Верхние характеристические уровни характеризуются все более высокой долей
участия мозговых тканей более высокого ранга и возрастающей сложностью
(от ствола мозга через ретикулярную формацию к коре больших полушарий).
Последние уровни называются "когнитивными", и большинство из них в
отличие от нижних - "соматических" - уровней образуются и разрушаются не
только в ходе эволюции, но и в процессе обучения, происходящем на
протяжении ограниченной во времени жизни отдельного организма.
Тем не менее не следует забывать о том, что материальное воплощение, или
"аппаратурная реализация", всех высших когнитивных уровней одинакова: это
группы нейронов. Отличаются когнитивные уровни друг от друга природой и
комбинациями "соучаствующих" тканей и выполняемыми процессами
статистического усреднения или достигаемой на выходе степенью абстракции
(сжимаемости).
224
Глава 4
На каждом иерархическом уровне мы можем ввести описание в терминах
пространства состояний, включающее некоторое число динамических
переменных и набор параметров, соответствующих данному конкретному
уровню. Для простоты (см. также приложение Б) мы квантуем пространство
состояний на каждом иерархическом уровне и рассматриваем только конечное
число состояний, играющих роль тонкой структуры данного уровня. Тем самым
стохастические нелинейные дифференциальные уравнения, соответствующие
описанию непрерывных состояний, заменяются на всех иерархических уровнях
марковскими цепями с дискретным временем, которые характеризуются
соответствующими матрицами переходов {Яц}, полностью описывающими
переходы между допустимыми состояниями данного уровня системы.
Нижние уровни Q, Q' моделируются цепями Маркова с четырьмя состояниями,
возникающими в качестве исходов соответствующих антагонистических
процессов, или "игр", происходящих между парами динамических агентов (см.
гл. 5 и [4.18]); эти игры моделируют коллективно все иерархические
