Динамика иерархических систем: эволюционное представление - Николис Дж.
Скачать (прямая ссылка):
мозга и высших центрах. Ясно, что совокупность перечисленных выше функций
охватывает многочисленные компоненты, принадлежащие к различным разделам
секреторного, моторного и нервного аппарата.
В мозге все "высшие" процессы, такие, как восприятие, речь, письмо,
чтение и ощущение, не могут рассматриваться как изолированные друг от
друга или неделимые "способности", являющиеся прямыми функциями
ограниченной группы клеток или строго локализованные в какой-то
конкретной области мозга. Вместо локализованных областей мы имеем дело
скорее с несколькими каналами передачи информации (афферентные пути),
управлением через обратную'связь (эфферентные пути) и процессами хранения
информации и ее интеграции. Таким образом, "интеллектуальные" функции мы
рассматриваем как сложные функциональные системы, организованные в
когерентно работающие зоны, каждая из которых может принадлежать
совершенно различным и часто удаленным друг от друга на достаточно
большое расстояние областям мозга. Такие группы определяют иерархический
уровень, выполняющий каждый раз соответствующую функцию.
В рамках макроскопического описания активность каждой работающей зоны
описывается ограниченным числом динамических переменных, обычно
координируемых процессами нелинейной обратной связью.
Высшие иерархические уровни характеризуются возрастающей долей участия
церебральных тканей восходящего порядка и увеличивающейся сложности (от
ствола мозга через ретикулярную формацию к коре головного мозга).
Последние уровни получили название "когнитивных", и большинство из них в
отличие от более низких, "соматических", уровней формируются и
разрушаются не только в ходе эволюции, но также и в процессе обучения,
происходящем за ограниченное время жизни отдельного организма. Тем не
менее следует иметь в виду, что материальная "основа" всех этих высших
когнитивных уровней одинакова, а именно нейроны. Один когнитивный уровень
отличается от другого числом, расположением и комбинацией, или схемой
связи, кооперирующих тканей.
На каждом иерархическом уровне мы вводим теперь описание в терминах
пространства состояний. Это описание включает в себя тип и число
динамических переменных и параметров, а также получающиеся в результате
тип и число состояний, соответствующие данному уровню. Движение и
поведение системы
Элементы теории информации и кодирования
255
в этом фазовом пространстве на фиксированном иерархическом уровне
(например, последовательные переходы из одного стационарного состояния в
другое, "время покоя" или свойства устойчивости каждого состояния, а
также время пролета между последовательными стационарными состояниями) по
существу зависят от возмущаемых параметров системы, которые приводят к
серии переходов, связанных с ветвлением, или бифуркацией, решения
эволюционного уравнения. Такие возмущения являются результатом
совместного влияния (а) передачи информации (афферентных сигналов),
поступающей с ближайшего уровня снизу, (б) информации, поступающей от
внешней среды (через периферическую нервную систему), и (в) управление
через обратную связь (эфферентные сигналы), осуществляемое с помощью
сигналов, которые поступают с ближайшего уровня сверху.
Эти критические изменения приводят к тому, что устойчивое состояние
сравнения (или несколько таких состояний), бывшее ранее устойчивым,
становится неустойчивым. Система на рассматриваемом уровне (например, на
уровне Z) должна перейти в другое стационарное состояние (или
приспособиться к нему), задаваемое той же системой связанных между собой
нелинейных дифференциальных уравнений, моделирующих систему на уровне Z с
новыми граничными условиями (например, с новыми значениями управляющих
параметров). При некоторых условиях новое состояние может обнаружить
большую или меньшую степень когерентности, чем предыдущее.
В любом случае неизменность системы на конкретном уровне Z при этих
взаимодействиях обеспечивается "тождественностью самим себе" переменных и
основных характеристик получающихся • состояний: система на уровне Z
переходит от одного стационарного состояния к другому, нарушая и
синтезируя заново множество упорядоченных соотношений между динамическими
переменными (например, нелинейными осцилляторами), природа которых не
изменяется при указанных переходах.
В качестве примера рассмотрим однородную смесь п химически реагирующих
веществ с концентрациями zi. Однородная смесь может находиться во многих
однородных стационарных состояниях в зависимости от числа возможных
устойчивых комбинаций концентраций г,-. Все эти состояния принадлежат
одному и тому же иерархическому уровню. Предположим теперь, что внешнее
возмущение порождает какую-то бифуркацию, в результате которой система
переходит в неоднородное, т. е. концентрации Zi(r) некоторых компонент
становятся функциями пространственных переменных. Новое состояние не
принадлежит предыдущему иерархическому уровню Z; наша
256
Глава 4
система перешла на другой уровень, на котором ее природа существенно
