СОН —ТОЖЕ РАБОТА МОЗГА

 

Современные методы исследования, и прежде всего методы электрофизиологии, много дали не только для понимания работы бодрствующего мозга, но и для анализа того, что происходит в спящем мозге. В частности, пришлось пересмотреть взгляд на сон как на бездеятельное состояние мозга — состояние чистого отдыха и покоя.

Сон и сновидения издавна привлекали к себе внимание людей: и философов, и ученых, и поэтов — и вообще всех, кто склонен задуматься над тем, что наблюдает вокруг себя. Состояние спящего человека, который не реагирует на происходящее вокруг, а, проснувшись, рассказывает, что видел и слышал много диковинного, чего не видели и не слышали люди, находившиеся тут же,— все это вызывало изумление. Понятно, что в старину объясняли эти явления вмешательством сверхъестественных сил, что вызывало суеверный страх, веру в вещие сны. Некоторые философы и поэты видели в сне освобождение души от оков чувственного мира, приобщение к «нездешнему». В 20-х годах прошлого столетия Ф. И. Тютчев писал:

Как океан объемлет шар земной, Земная жизнь кругом объята снами; Настанет ночь, и звучными волнами Стихия бьет о берег свой. То глас ее: он нудит нас и просит...

С развитием естествознания люди стали понимать, что сновидения — результат психической деятельности спящего. Начали обращать внимание на сходство между сновидениями и некоторыми проявлениями больной психики. Заметили, что эти состояния отличаются и от бодрствования, и от спокойного сна без сновидений.

Есть бытие, но именем каким Его назвать? Ни сон оно, ни бденье; Меж них оно, и в человеке им С безумием граничит разуменье.

Так писал в 1827 г. поэт Е. А. Баратынский. А через сто лет физиолог И. П. Павлов подверг сон экспериментальному исследованию. Он пришел к выводу, что сон — это разлитое торможение нервных клеток коры головного мозга, а сновидение возникает при неполном их торможении — в состоянии, промежуточном между глубоким сном и бодрствованием. Это состояние имеет сходство с некоторыми болезненными состояниями психики.

Отчего же наступает сон?

Из того факта, что бессознательное состояние, напоминающее сон, возникает, если зажать артерии шеи (отсюда название «сонная артерия»), более ста лет назад сделали предположение, что сод — результат обескровливания мозга. Но это предположение не подтвердилось.

Регулярная смена сна и бодрствования делала заманчивым предположение о том, что при активной деятельности в организме накапливаются какие-то ядовитые вещества (гипотоксины), действие которых на мозг и вызывает засыпание. Во время сна же организм очищается от этих ядовитых веществ, что ведет к пробуждению. Эту теорию предложили французские ученые Р. Лежандр и А. Пьерон. Но и она не подтвердилась дальнейшими наблюдениями ученых. П. К. Анохин наблюдал сон двух сросшихся девочек-близнецов. Близнецы имели совершенно раздельные нервные системы и совершенно обобщенное кровообращение (это было установлено при их жизни и подтверждено после смерти). Девочки имели общее туловище, но самостоятельные головки и ручки. Если сон действительно вызывается специальными химическими веществами, то обе головки должны были засыпать одновременно, когда кровь принесет им эти вещества. Оказалось же, что головки могли засыпать и в разное время. Одна из них могла спать крепким сном, а другая в то же время (иногда в течение часа) улыбалась и забавлялась игрушками. Значит, сон вызывается не химическими воздействиями на мозг.

Каждый знает по собственному опыту, что человека клонит ко сну, когда он оказывается в тихой темной комнате, т. е. в обстановке с минимумом внешних раздражений. И. М. Сеченов описал двух больных, у которых одновременно было поражено несколько органов чувств. В одном случае у больного осталась лишь возможность видеть одним глазом и слышать одним ухом. Когда эти глаз и ухо закрывали, больной засыпал; при их раздражении он просыпался. В другом случае из всех внешних органов чувств больная обладала только осязанием. Она тоже иочти всегда спала.

В лаборатории И. П. Павлова были проведены опыты на собаках, лишенных зрения, слуха и обоняния. Собаки спали почти круглые сутки. Но при поглаживании кожи, чувствительность которой была сохранена, они просыпались и даже вставали на ноги. Бее эти факты доказывают, что смена сна и бодрствования связана с потоком сигналов от органов чувств в мозг.

Б последние десятилетия благодаря новому методу — регистрации электрических процессов в мозгу — получены данные, которые привели к новым представлениям о природе сна.

Сравнение электрических колебаний мозга, записанных во время сна и бодрствования у здоровых людей, показало отчетливые различия. Во время сна колебания замедляются, а амплитуда их увеличивается. Это было известно еще в 30-х годах. А в 1953 г. американские ученые А. Азеринский и Н. Клейтман обнаружили, что за время нормального ночного сна у здорового человека электрические колебания в течение ночи три-четыре раза становятся быстрыми, как при бодрствовании. Но при атом человек продолжает спать, не реагируя на раздражения, лежит с расслабленными мышцами. В эти сравнительно короткие периоды (они длятся менее получаса) в состоянии спящего происходят заметные изменения. Глаза спящего, почти неподвижные в другие периоды сна, начинают быстро двигаться, как будто он что-то рассматривает; пульс учащается; повышается артериальное давление; дыхание становится поверхностным и неритмичным; усиливается выделение в кровь некоторых гормонов. Эту фазу сна назвали «парадоксальным» или «быстрым» сном, а обычный сон с медленными электрическими колебаниями мозга и без быстрых движений глаз — «медленным» сном. У новорожденных быстрый сон занимает около 80% всего времени сна, а у взрослых 17— 30%, причем более половины его приходится на последнюю треть ночи. С увеличением возраста наблюдается более частая смена стадий сна.

Наблюдения над быстрым сном позволили во многом уяснить вопрос о природе сновидений. Когда человека будили во время быстрого сна или в ближайшие 15 минут после его прекращения, то разбуженный чаще всего (в 65% случаев) рассказывал о своем сновидении. Если же пробуждение наступало не в фазе быстрого сна и не вскоре после нее, то рассказы о сновидениях были крайне редкими. Таким образом, быстрый сон — это чаще всего сон со сновидениями. А поскольку быстрый сон имеет место у всех людей в течение каждой ночи, можно предположить, что все люди каждую ночь видят сны, но часто не помнят о них. Если бы их разбудили в фазе быстрого сна, они рассказали бы о содержании сновидения.

Необходим ли человеку быстрый сон со сновидениями? Чтобы решить этот вопрос, были поставлены опыты на здоровых людях, которых приучили спать в условиях, когда у них в течение всего ночного сна регистрировали биотоки мозга. Одну группу исследуемых будили, как только появлялись быстрые электрические колебания, соответствующие быстрому сну со сновидениями. Медленный сон у этих людей не ограничивали. Другую группу — контрольную — будили так же часто, но в периоды медленного сна.

У людей, которых будили при появлении быстрого сна, периоды сна со сновидениями стали появляться чаще — через более короткие промежутки времени. Когда лишение быстрого сна прекращалось, то в течение нескольких ночей наблюдалось значительное увеличение времени сна со сновидениями (до 60% от общей длительности сна). У людей, которых будили в периоды медленного сна, подобные явления не наблюдались. Природа как бы пыталась компенсировать лишение быстрого сна со сновидениями. При более длительном лишении быстрого сна у человека развивались нарушения психики — тревога, страх, напряженность. Таким образом, сон со сновидениями необходим для человека.

Опыты с лишением быстрого сна показали, что у животных (кошек, кроликов, собак и обезьян), как и у людей, обычный, медленный, сон перемежается периодами быстрого сна с характерной для него электрической активностью мозга и быстрыми движениями глаз. Иногда возникают быстрые подергивания ушей, челюстей, губ, хвоста и конечностей.

Вопрос о том, видит ли животное сновидения, остается без ответа, так как единственным безусловным свидетельством сновидепия является рассказ видевшего сон. Но поведение животных во сне иногда очень напоминает поведение человека, видящего сон. Некоторые охотники даже утверждают, что могут определить по поведению спящей собаки, снится ли ей охота на зайца или охота па уток. Во всяком случае, можно утверждать, что состояния быстрого и медленного сна у животных сходны с этими состояниями у человека.

Это побудило ученых более детально исследовать, к чему приводит длительное лишение животного быстрого сна. Очень остроумно были проведены такие исследования в лаборатории французского физиолога Жуве. Кошку помещали на небольшую, окруженную водой площадку-островок, на которой можно было стоять или сидеть, но невозможно было поместиться лежа. В состоянии бодрствования и медленного сна кошка удерживалась на площадке. Но как только наступала фаза быстрого сна с характерным для него полным расслаблением мышц, кошка теряла равновесие, падала в воду и просыпалась. Общая продолжительность сна сокращалась в этих опытах лишь на 10—20%, поскольку медленный сон кошек не ограничивали, быстрый же сон был невозможен. Опыты с лишением кошек быстрого сна длились от 10 часов до 17 суток. В первое время после помещения па островок кошки проявляли беспокойство, но уже через 12 часов восстанавливался медленный сон. После опыта кошки как бы компенсировали недостаток быстрого сна: если опыт продолжался более трех суток, то быстрый сон у кошки составлял 60% всего времени ее сна. После опыта спящая кошка не реагировала на звук — не пробуждалась от него.

Исследования показали, что с помощью различных веществ можно заметно уменьшать или удлинять периоды быстрого сна. Соотношение фаз быстрого и медленного сна изменяется при повреждении определенных мозговых структур у подопытных животных, а также у людей с некоторыми заболеваниями мозга.

Подопытных кошек лишали быстрого сна, разрушив у них определенные участки мозга. Поведение зтих животных изменялось очень своеобразно. Они могли стоять, самостоятельно питаться, но время от времени взгляд их становился пристальным, они застывали с поднятой головой и расширенными зрачками, протягивали лапу, как бы пытаясь дотянуться до какого-то предмета, которого на самом деле не было. Такое поведение кошки очень напоминает поведение больного человека, переживающего зрительные галлюцинации.

Все эти факты привели к новому пониманию природы сна. До недавнего времени сон рассматривали как разлитое по коре мозга торможение, как пассивный процесс. Сон со сновидениями представлялся состоянием неглубокого торможения. Теперь же стало ясно, что сон — активный процесс. Во время сна мозг продолжает работать, но не так, как в состоянии бодрствования.

Оказалось, что в мозге есть структуры, раздражение которых ведет к засыпанию животного. Многие нервные клетки в мозге (как показали электрофизиологические исследования) во сне не только не заторможены, но находятся в состоянии повышенной активности. Сон со сновидениями — активное состояние мозга, необходимое для нормальной работы организма.

Пришлось пересмотреть^ и точку зрения на сон со сновидениями, который считали неглубоким сном. Чтобы разбудить спящее животное в период быстрого сна, необходим более громкий звук, чем в период медленного сна. Казалось бы, отсюда следует, что быстрый сон более глубокий. Вместе с тем электрические колебания в мозге во время быстрого сна соответствуют его активному состоянию. Выходит, это парадоксальный сон, по одним признакам самый глубокий, по другим — граничащий с активным состоянием.

Существенное различие между быстрым и медленным сном выявили исследования здоровых людей, которым на различных стадиях ночного сна давали два разных (по высоте) звуковых сигнала. Если испытуемым перед засыпанием предлагали реагировать только на один из этих сигналов, то они не различали звуки ни в стадии медленного сна, ни в стадии быстрого. Если же после одного из сигналов испытуемые несколько раз получали болевое раздражение, то данный звук начинал вызывать активацию коры мозга в стадии быстрого сна (как и в состоянии бодрствования). В стадии же медленного сна испытуемые не различали оба звука (подкрепленный и не подкрепленный болевым раздражением). На основании этих опытов можно полагать, что в стадии быстрого сиа мозг особенно чувствителен к сигналам, сообщающим о возможной опасности.

Все эти факты натолкнули некоторых исследователей на мысль, что сон — не однородный процесс. Больше того, считают, что надо различать не два состояния организма — сон и бодрствование, а три: бодрствование, медленный сон (т. е. обычный) и быстрый (парадоксальный) сон. Состояния, похожие на быстрый сон, могут возникать не только на фоне обычного сна, но и на фоне бодрствования («грезы наяву»).

Чередование сна и бодрствования — необходимое условие нормальной психической деятельности человека. Немудрено, что с целью сломить волю человека инквизиторы разных времен лишали человека сна.

Часто досадуют, что треть жизни человек проводит во сне, что это время «пропадает» для созидательной деятельности. Но если «красть» время у сна, это не приведет к увеличению общей продуктивности человека. Каждый знает, как плохо идет работа после бессонной ночи. А. длительное лишение сна мажет повести и к более печальным последствиям — к нарушениям психической деятельности.

Итак, вопрос о природе сна и сновидений очень сложен. Существующие точки зрения противоречивы: каждая объясняет какую-либо группу фактов, но ни одна не объясняет всего многообразия. Сам факт существования различных взглядов — признак того, что проблема еще недостаточно ясна.

Весьма вероятно, что дальнейшее изучение природы сна и сновидений приведет к созданию концепции, в рамках которой наряду с тем, что было уже давно установлено работами павловской физиологической школы, найдется объяснение и тем данным, которые обнаружены в последнее время с применением современных методов электрофизиологии.

Во всяком случае, уже сейчас ясно, что сон — не пассивный отдых мозга, а его деятельность — иная, чем в состоянии бодрствования, но совершенно необходимая для нормального протекания психических процессов, для здоровья человека. Сон — деятельность мозга по переработке информации при блокированных в значительной степени «внешних входах» — анализаторах. В этих условиях преобладающее значение имеют «внутренние входы», через которые поступает информация, хранимая в мозгу — память о прошлом, прогнозы и планы на будущее. Это находит отражение в содержании сновидений.

 

ЧЕЛОВЕК «ДОСТРАИВАЕТ» ОРГАНЫ ЧУВСТВ

 

О том, как хорошо видят орлы, знают все. Глаз орла — сложный прибор, позволяющий ему видеть довольно мелкие детали на большом расстоянии. А какое зрение у червей? У земляного червя по всей поверхности тела разбросаны светочувствительные клетки. Он чувствует свет всем телом, как мы чувствуем тепло. Земляной червь чувствует, какой участок его тела освещен, но направления, откуда пришел свет, он различить не может.

Казалось бы, ясно, что орган зрения у орла лучше, чем у червя. Но что значит «лучше»? Стало бы лучше червю, если бы у него вместо светочувствительных клеток был орлиный глаз? Помогло бы это ему лучше реагировать на изменения в окружающей среде? Может быть, наоборот, бесполезная информация о далеких предметах, которую приносит зоркий глаз, запутала бы червя, помешала бы ему реагировать на действительно важные для него раздражения?

Органы чувств приносят организму информацию об изменениях в окружающей среде. Тем самым они помогают организму осуществить полезные ему действия, помогают сохранить свое существование в новой ситуации. Но чтобы выполнить эту задачу, органы чувств должны быть приспособлены к той среде, в которой живет данный организм, и к возможностям его ответных реакций. Так, например, гидре, которая ведет сидяче-прикрепленный образ жизни (по внешнему виду она больше напоминает растение, чем животное), не имеет органов перемещения тела в пространстве и может проявлять активность только в радиусе действия своих щупалец, не нужны органы чувств, доставляющие информацию об изменениях среды на значительном расстоянии от животного. Такие органы чувств были бы бесполезны гидре, так как пе способствовали бы выработке целесообразного поведения. Что толку от глаза, если «видит око, да зубнеймет».

Совсем другое дело — орел. Он способен очень быстро преодолеть большое расстояние. Лишь несколько мгновений отделяют орла, парящего под облаками, от добычи на земле. Если бы глаз орла не различал маленького цыпленка на большом расстоянии, ему не нужен бы был аппарат столь точного и стремительного перемещения в пространстве — крылья. Организму бесполезны органы, которые не дают выигрыша в борьбе за существование, в борьбе за сохранение жизни организма и вида, в возможности удовлетворения потребностей организма в изменяющихся условиях. Могучая сила бесполезна ослепленному Полифему.

Итак, в процессе эволюции жизни на Земле для каждого вида установилось соответствие, «равновесие» между органами чувств и органами действия — движения, вол-действия на среду, перемещения собственного тела в пространстве. Если в результате изменчивости появлялся орган чувств с большими возможностями, то он закреплялся отбором лишь в том случае, если одновременно появлялись и новые возможности действия, для которых необходима информация, доставляемая новым органом чувств. И паоборот, возможности более быстрого перемещения в пространстве закреплялись лишь в том случае, если у животного возпикали более совершенные органы чувств.

Органы чувств должны информировать организм об изменениях на таком расстоянии, которое может быть преодолено им за время, в течение которого состояние среды, определяющее поведение организма, не претерпевает существенных (для этого организма) изменений. Существенными же нужно считать такие, которые потребовали бы изменения стратегии поведения, направленной на изменение окружающей обстановки сообразно с потребностями организма.

Возможности органов действия могут быть использованы для осуществления целесообразного поведения только при наличии соответствующих возможностей органов чувств; и наоборот — развитые органы чувств полезны лишь при соответствующем развитии органов действия. Именно поэтому в процессе эволюционного развития живых организмов у них сформировались органы чувств, соответствующие среде их обитания — точнее, тем факторам среды, которые используются данным организмом в его активной деятельности. Совокупность этих факторов можно назвать актуальной средой обитания данного организма (или вида). Актуальная среда обитания гидры, грубо говоря, определяется длиной ее щупалец. Гидра не может воздействовать на удалепные объекты и не имеет органов чувств для получения информации.

Специализированные органы чувств высокоразвитых животных — результат эволюции простых и недифференцированных органов чувств низших жиеотных. Этот процесс шел параллельно увеличению возможностей органов действия (прежде всего локомоторного аппарата, т. е. аппарата перемещения в пространстве) и формированию сложной центральной нервной системы. На основании информации, полученной чериз органы чувств, нервная система посылает команды органам действия. У гидры, например, по поверхности тела разбросаны эпителиально-мышечные клетки, способные возбуждаться различными внешними воздействиями. Они являются одновременно и неспециализированными органами чувств, и рабочими органами. У более высокоорганизованных животных скопления светочувствительных клеток па поверхности тела расположены преимущественно у головного конца, обращенного вперед при движении животного, на котором расположено ротовое отверстие.

При дальнейшем развитии органического мира совершенствовался и специализировался двигательный и локомоторный аппарат. Чувствительные клетки оказались уже не на поверхности тела, а внутри сложных образований, устроенных так, что к этим клеткам получил доступ лишь определенный вид энергии. Благодаря этому в естественных условиях жизни организмов чувствительные окончания зрительных нервов раздражаются только светом, слуховых нервов — звуком, вестибулярных нервов — силами земного притяжения и инерции. И только в особых, необычных условиях можно «подобраться» к этим окончаниям и возбудить их чем-либо иным: электрическим током в условиях лабораторного эксперимента или каким-либо внутренним раздражителем в условиях болезни. Но это необычные условия, не они определяют ход эволюционного развития.

Так в процессе эволюции создалось соответствие между возможностями органов чувств и потребностями данного вида животных в информации об окружающей его среде, т. е. соответствие между органами чувств организма и его моторным и локомоторным аппаратом. Это соответствие мы можем наблюдать на любом уровне организации живых организмов — от самых примитивных до обезьян. Если в результате изменчивости соответствие нарушалось, то в дальнейшем (на более высоком уровне организации) изменчивость и естественный отбор восстанавливали его.

Вершиной прогресса, осуществляемого естественной эволюцией, явился человек. И вот это дитя биологического прогресса самим фактом своего появления на Земле нарушило то соответствие, которое поддерживалось природой в медленном ходе эволюции. Предок человека стал человеком тогда, когда он вооружился орудием труда. Палка, которой можно достать высоко висящий на дереве плод; камень, которым можно убить убегающую мышь или приближающуюся змею,— все это как бы удлинило руку человека. Палка и камень в виде рычага усилили руку. Праща, копье, бумеранг, лук со стрелой... Рука человека становилась все сильнее и длиннее. Человек стал «достраивать» не только руку, но и другие рабочие органы, данные ему природой. Смастерив примитивный плот, он «достроил» свои ноги, научившись «ходить» по воде.

И именно этими «достройками» человек нарушил то соответствие между возможностями своих рабочих органов и органов чувств, которое поддерживал медленный эволюционный процесс. Человек начал быстро расширять свою актуальную среду обитания. И это требовало получения такой информации о событиях и явлениях, которая не нужна обезьяне. Чтобы поразить стрелой животное, находящееся на большом расстоянии, нужно видеть зорче, чем видит глаз, сформировавшийся в соответствии с возможностями «невооруженной» руки обезьяны. Для того чтобы передвигаться по водным просторам, необходимо иметь органы чувств для восприятия далеко расположенных ориентиров. А у предков человека таких органов не было — они не сформировались изменчивостью и отбором, так как не давали им преимуществ в борьбе за существование. По мере того как человек со стремительно возрастающей скоростью «достраивал» свои рабочие органы, все больше и больше нарастало несоответствие между этими улучшенными человеком рабочими органами и его естественными органами чувств. Ведь сколько-нибудь заметного изменения естественных органов не происходило — слишком ничтожно было время для этого.

Ограниченные возможности естественных органов чувств положили бы предел развитию приспособлений, механизмов и машин, являющихся «продолжением» рабочих органов. И человек стал «достраивать», улучшать свои органы чувств. Появились очки и зрительные трубы. Без биноклей и подзорных труб не могли бы развиться ни дальнобойная артиллерия, ни мореплавание. Без микроскопа не могла бы развиться современная медицина. Эти приборы усилили глаз. Но многие виды деятельности человека требовали такой информации об окружающей среде, для получения которой человек вообще не имел от природы никаких органов чувств.

Так, например, единственным ориентиром для мореплавателя в открытом море при закрытом облаками небе было магнитное поле Земли. Но у человека от природы вообще нет органа чувств для восприятия постоянного магнитного поля. И человеку пришлось создать новый «орган чувств». Он должен перекодировать информацию об интересующем нас явлении в систему сигналов, которую мы способны воспринимать каким-либо из наших органов чувств. Таким искусственным органом чувств явился для мореплавателя компас — прибор, дающий информацию о магнитном поле Земли в виде световых сигналов (положение стрелки на шкале), которые человек воспринимает глазом. «Достроив» свой глаз телевизионной системой со спутником связи, человек может видеть события, совершающиеся на противоположном конце земного шара. «Достроенный» глаз человека способен увидеть маленький камешек на поверхности Луны и поведение посаженных на Луну технических устройств. А это дает ему возможность управлять их работой. Рука человека не могла бы дотянуться до Луны, если бы глаз его не мог рассмотреть, что там делается. Такую «руку» и такой «глаз» сделал себе сам человек.

Современный человек живет окруженный «достройками» рабочих органов и органов чувств. Жизнь современного человека без этих «достроек» невозможно себе представить.

В течение нескольких тысячелетий человек совершенствовал свои рабочие органы, а потом и органы чувств. Но в течение всего этого периода, почти до наших дней, человек сохранял за своим естественным органом — мозгом — функцию промежуточного звена между усиленными органами чувств и усиленными рабочими органами. Как бы ни были усилены органы чувств, они посылали собранную ими информацию в мозг; как бы ни были усилены рабочие органы, Они выполняли сигналы-приказы, которые посылал управляющий ими мозг. Подобно тому как на определенной стадии развития естественные (не усиленные человеком) органы чувств оказались тормозом для дальнейшего развития техники (т. е. для усиления рабочих органов), в наше время слабым звеном оказался аппарат управления — мозг человека.

Нагрузка человека, который должен получать огромную информацию, необходимую для управления сложными производственными процессами, принимать на основании этой информации оптимальное решение и посылать соответствующие приказы исполнительным системам, огромна. Она изнурительна, а часто и непосильна. Скорости работы современных машин таковы, что человеческому мозгу не угнаться за ними. В системе «человек и машина» человек часто оказывается более медленным звеном.

Дальнейшее развитие техники требовало «достройки» естественной системы управления — человеческого мозга, как много веков назад оно потребовало «достройки» органов чувств. Из этой потребности и родилась наука об управлении — кибернетика. Человек создал машины, способные запоминать и сохранять в «памяти» огромный объем сведений. Он создал машины, способные получать и перерабатывать огромную информацию, принимать решения, отдавать приказы исполнительным устройствам — и при этом не утомляться. Он создает машины, способные обучаться, устанавливать диагноз болезни, играть в шахматы... То, что еще недавно казалось посильным только человеческому мозгу, теперь доступно машинам, которые создал человек, которыми он «достроил» и усилил свой мозг.

Итак, совершенствование человеком своих рабочих органов потребовало совершенствования органов чувств, а затем и мозга — органа управления и психической деятельности. Все это удивительно похоже на продолжение того процесса поддержания равновесия, который медленно осуществлялся в ходе естественной эволюции. Но это продолжение осуществляется человеком другими средствами и другими — значительно более быстрыми — темпами.

 

 

СПОСОБНОСТЬ ЗАГЛЯДЫВАТЬ В БУДУЩЕЕ

(ВЕРОЯТНОСТНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ)

 

Сохранить себя, сохранить свой вид — вот то главное, чему, по воззрениям эволюционной биологии, должна удовлетворять организация живого существа. А угрозу несет множество воздействий окружающей среды: и колебания температуры, и химические изменения, и нападение хищников, и многое, многое другое.

Какими же путями могут живые организмы защищать себя от всевозможных опасностей?

Один путь — спрятаться от сложного мира, несущего столько неожиданностей и опасностей. Найти возможно более безопасный уголок, где среда, непосредственно окружающая организм, мало изменчива. Второй путь — совершенствовать свои реакции на изменения среды.

Есть организмы, эволюция которых пошла по первому пути. Это паразиты, поселившиеся внутри других орга-низов. Организм хозяина создает постоянную внутреннюю среду, а для паразита эта среда является внешней. Строение тела паразитов сравнительно простое. Им не нужны ни сложные органы чувств, ни большое разнообразие реакций, так как среда их обитания достаточно постоянна.

Однако эволюция большинства живых существ шла по второму пути. Они жили в изменчивой среде, где выживают те организмы, которые могут достаточно тонко улавливать ее изменения и соответственно реагировать на них. Эволюция этих организмов шла в основном по пути усложнения их организации, улучшения и все большей диф-ференцированности реакций на изменения среды. Однако чем сложнее оргацизм, тем больше времени нужно для осуществления реакции. В этом заключается опасность — реакция может произойти слишком поздно.

Таким образом, усложнение организма несет в себе две противоположные тенденции: полезное улучшение реакций и вредное замедление их. Казалось бы, замедление может даже положить предел улучшению реакций: самая лучшая реакция бесполезна, если она завершится слишком поздно, когда организм уже поражен. Однако в ходе эволюции у живых организмов выработалась способность, благодаря которой они успевают реагировать своевременно: организм начинает подготовку к реакции заранее, раньше, чем возникла та ситуация, ответом на которую должна служить реакция.

Первым физиологом, который стал изучать опережающие реакции, был И. П. Павлов. Основной факт, на котором Павлов сосредоточил свое внимание, состоит в следующем.

Раздражитель А (например, укол лапы или поступление пищи в рот) вызывает у животного определенную ракцию а (это может быть отдергивание лапы или выделение слюны). Раздражитель В (например, звонок или зажигание лампочки) не вызывает реакции а (отдергивания лапы или слюноотделения). Однако если раздражитель В достаточно много раз (п) предшествовал раздражителю А, то организм начинает отвечать на один стимул В (не дожидаясь наступления А) реакцией а, которая адекватна именно в ситуации А: животное отдергивает лапу, не дожидаясь, когда его уколют, или выделяет слюну, не дожидаясь, когда в рот попадет пища. Коротко изменение реакций можно записать так:

Такие реакции Павлов назвал условными рефлексами, так как они возникают лишь при определенных условиях — если раздражитель (или ситуация) А закономерно следует за раздражителем (или ситуацией) В. В этом случае принято говорить, что безусловным раздражителем А подкрепляют условный раздражитель В. Таким образом, раздражитель В становится сигналом, по которому организм как бы опережает события, т. е. реагирует, не дожидаясь ситуации А.

Для изучения условных рефлексов И. П. Павлов построил в Ленинграде «башню молчания» — специальное лабораторное здание, в котором подопытные животные были изолированы от случайных посторонних воздействий. Павлов стремился создать такую обстановку, в которой за условным раздражителем (В) всегда бы следовал безусловный раздражитель (А) и между ними не вклинивались случайные раздражения. «Башня молчания» давала возможность максимально приблизиться к таким условиям.

В реальной жизни живых существ на них действует множество самых разнообразных раздражителей. Но тем не менее условные рефлексы у них вырабатываются, хотя и не так быстро, как в «башне молчания». Представим себе, что на каждый организм даже в сходных ситуациях действовали различные раздражители. Но один из них встречается очень часто, а остальные редко. Например, после звона расставляемой на столе посуды чаще всего следует еда, а иногда — телефонный звонок или получение телеграммы. Условный рефлекс все же вырабатывается: при звоне расставляемой на столе посуды «текут слюнки». Таким образом, организм ведет себя так, будто он в состоянии предвидеть (прогнозировать), какие события наступят дальше. Откуда же может организм получить сведения о будущем? Ведь, строго говоря, предсказать, что будет, невозможно. Организм может только получать сведения о том, что происходит в данный момент, и сохранять в памяти сведения о том, что было в прошлом. Но оказывается, именно эти сохраняемые памятью сведения о событиях прошлого и помогают организму «заглядывать в будущее».

Память сохраняет не только следы бывших событий и их последовательности, но и следы того, как часто одно событие следовало за другим. Так, если после события А в прошлом наступали разные события В_х, В₂, В₃,... В_п, то в памяти сохраняются данные о том, как часто каждое из них встречалось после события А — Р_г, Р₂, Р_э,... Р_п. Это дает основание предполагать, с какой вероятностью наступит то или иное событие после А: появление события В_х прогнозируется с вероятностью Р_х, события 5₂ — с вероятностью Р_й и т. д.

Такое прогнозирование на основе вероятностной структуры прошлого индивидуального опыта мы назвали вероятностным прогнозированием предстоящих событий. Оно не является абсолютно достоверным, а лишь указывает, с какой степенью вероятности можно ожидать наступления того или иного события.

Какую же пользу приносит организму способность к вероятностному прогнозированию? Предположим, что вероятность наступления события В_х в случае, если имело место событие А, равна 0,9 (зто значит, что за достаточно длинный отрезок времени после события А в 90% случаев наступало событие Si). Следовательно, Рг, Рз,— Р_п очень малы, составляя в сумме 0,1. Организм получит определенное преимущество, если в случае наступления события А сразу же начнет преднастройку — подготовку к реакции на событие В\. В 90% случаев его реакция окажется выигрышной — более быстрой, чем если бы он начинал подготовку лишь после того, как узнал, какое именно событие на этот раз следует за А. Правда, организм проиграет во времени реакции в случае наступления какого-либо из маловероятных событий. Но проигрыш будет редким (10% случаев). Даже если проигрыш будет иногда очень большим и в некоторых случаях приведет к гибели отдельных организмов, биологический вид, действующий в соответствии с вероятностным прогнозом, получит преимущество в борьбе за существование: вид сохранится ценой гибели отдельных особей.

Рассмотрим крайнюю ситуацию, когда после А всегда наступает В_х. В этом случае Р_х = 1, а Р₂ = Р₃ =... = Р_п = 0. После А можно достоверно прогнозировать наступление В_х. Стало быть, организм может не просто готовиться к реакции, соответствующей ситуации В_х, а даже доводить эту реакцию до конца (не дожидаясь В_х). Именно к этим условиям и старались физиологи приблизить животное, вырабатывая условные рефлексы в «башне молчания», о которой говорилось выше.

А что если нет такого события В_х, вероятность возникновения которого после А значительно выше вероятности возникновения после А всех остальных событий?

Рассмотрим крайнюю ситуацию, когда события В_х, В_г,... В_п одинаково часто, но в случайном порядке встречались после события А, т. е. Pi = Pi =... = Р„ = 1/п. Тогда наступление события А не дает никаких оснований прогнозировать с большей вероятностью наступление какого-либо из событий В], Въ,...В_п. Подготовка к действиям, соответствующим одному из этих событий, чаще всего (в среднем