Системогенез Петра Анохина

Петра Анохина можно ставить в один ряд с выдающимися отечественными естествоиспытателями-универсалами. Фото РИА Новости

Ученый говорит на языке своего времени. В 1930-х было популярно рассматривать нейрон как радиопередатчик, действующий, однако, на частоте, недоступной для существующих пеленгаторов. Радиосхема как интегральная структура привлекала многие умы в качестве универсальной модели почти всего – от общества до организма. Наконец, радиосхемы вошли в биологический эксперимент – с середины 1920-х Гербер Спенсер Гассер и Джозеф Эрлангер применяли катодную трубку для измерения электрических сигналов в нервных волокнах.

Обратная афферентация

А в 30-е годы возникла теория функциональных систем Петра Кузьмича Анохина. Возникла в русле прочих концепций единого – от ноосферы Владимира Вернадского до пневматосферы Флоренского и «живого космоса» Эдуарда Циолковского. Но в отличие от «технарей» Флоренского и Циолковского Анохин был медиком и к системным обобщениям пришел из лабораторной практики.

Окончив в Петрограде Институт медицинских знаний, Анохин работает у Владимира Михайловича Бехтерева, а потом переходит лаборантом в Военно-медицинскую академию к Ивану Петровичу Павлову, где становится заодно и хорошим хирургом. В 1932 году с подачи Павлова он назначается заведующим кафедрой на медицинском факультете университета в Нижнем Новгороде. Здесь он продолжает опыты с лабораторными животными, прежде всего, как и его учитель, с собаками.

Оперируя в Нижнем, Анохин заметил, что при сшивании центральных и периферических концов различных по своим функциям нервов, сбои в поведении животных обнаруживались лишь в первое время после операции; в дальнейшем функции восстанавливались по мере «переучивания» соответствующего нервного центра. Анохин предполагает, что нервная система осуществляет свою интегративную деятельность не только по структурному (анатомическому), но и по функциональному принципу. Причем элементы функциональной системы по Анохину совершенно не обязаны соседствовать в организме.

Тогда же он формулирует понятие «обратной афферентации» (нам сейчас ближе словосочетание «обратная связь», введенное Норбертом Винером для кибернетических систем примерно в то же время). Обратная афферентация по Анохину – это информация о результатах действия, совершенного периферийным органом по команде «центра», поступающая в этот самый «центр» как «отчет».

Любопытен синхронизм нейрофизиологической теории Анохина и кибернетических построений Винера. У Винера был заложен алгоритм программирования, определена структура компьютера и функции его блоков. Анохин тоже описывал своего рода биокомпьютер, только в виде модели живого организма.

Интересно также, что незадолго до то того, как Анохин перебрался в Нижний, здесь в 1928 году побывал Павел Александрович Флоренский. Он был увлечен тогда аналоговыми вычислителями, действующими на основе параллелей между решениями систем уравнений и физическими процессами, протекающими в механической, гидравлической или электрической цепи.

Я помню университетскую лабораторную работу на подобной аналоговой вычислительной системе с кучей заполненных водой резиновых трубочек, которые ты пережимаешь бельевыми прищепками, добавляя и убавляя таким образом слагаемые в уравнения. Так что аналоговые вычислители дожили до 1980-х – правда, уже как учебные.

Но в 1930-х было их звездное время, и в Московском политехническом музее целый зал посвящен удивительным агрегатам из повторяющихся цепочек сопротивлений и емкостей, загадочных проволочек или трубочек. Кстати, трубочками (своеобразным цитоскелетом) внутри нервов активно занимался Анохин. Не исключено, что он обратил внимание и на аналогии Флоренского (работы которого публиковались в те же 1930-е), – кругозор Анохина, по воспоминаниям его учеников, был фантастически широк.

Предвкушение и проектирование среды

Сформулировав концепцию функциональных систем, основанную на «обратной афференции», Анохин усилил парадигму великого физиолога Алексея Александровича Ухтомского, утверждавшего, что мозг является органом «предвкушения и проектирования среды». Эта парадигма противостояла теориям эпигонов Павлова, стоящих на традиционной позиции «рефлексов».

Идея Анохина появилась закономерно – в это же время было предпринято еще несколько попыток по созданию синтетической теории деятельности мозга. Как писал сам Анохин, «в области физиологии нервной деятельности за последние годы выдвинут был также ряд точек зрения, которые направлены в сторону пересмотра господствующей до настоящего времени рефлекторной теории и замены ее более комплексными представлениями».

И далее: «В этой новой постановке проблемы воспринимающие периферические аппараты и рабочие ответные органы составляют вместе с центральной нервной системой динамическое единство, в котором только для отдельных случаев можно с определенностью говорить о доминировании того или другого».

Несмотря на очень общую формулировку, главное достижение Анохина именно в этом: в утверждении существования сложной динамики взаимодействия, когда и периферийные зоны, и «центры» способны подстраиваться, перестраиваться, замещать изначально не свойственные им функции, словом, проявлять сложную динамику.

«Вводя в систему нервной деятельности постоянную регулирующую и интегрирующую роль периферических аппаратов, эта новая точка зрения в значительной степени порывает с традиционным признанием прерогативы центральной нервной системы в деле регуляции нервной деятельности» – из работы 1935 года «Проблема центра и периферии в физиологии нервной деятельности».

В юности Петр Анохин, выходец из беднейшего городского сословия (его отец, путейский рабочий в Царицине, был неграмотен, но смог дать образование сыну), окунулся в гущу Гражданской войны, работал в большевистской газете, после случайной встречи с Луначарским получил рекомендацию на учебу в Петрограде. Уже позже в одном из текстов он утверждал, что интерес к проблеме изучения мозга был во многом связан «с участием в Гражданской войне и массой впечатлений, касающихся жизни, смерти, психической деятельности».

Может, это и слишком смелое допущение, но кажется, что неоднозначность взаимовлияний периферий и центров будущий физиолог почувствовал всеми своими нервными окончаниями как раз изнутри Гражданской войны с ее феноменальной пластичностью, переменчивостью и значительной автономностью всевозможных политических движений, социальных групп и военных структур.

В 1930-х было популярно рассматривать нейрон как радиопередатчик, действующий, однако, на частоте, недоступной для существующих пеленгаторов. Иллюстрация с сайта www.neuron-maxon.net

Результат многообразия соединений

Но вернемся от социального организма к организму как таковому. В книге 1935 года Анохин формулирует свое кредо: «Все многообразие деятельности центральной нервной системы есть результат многообразия соединений, взаимоисключений… отдельных нервных центров и их связей, без потери ими своей специфичности…»

Анохин цитирует Карла Спенсера Лешли, который писал о неспецифичных функциях специфичных нервных центров. Так, зрительный центр помимо зрительных задач выполняет и другие, которые становятся заметны лишь в специальных экспериментах. Например, навык, приобретенный уже давно ослепленной крысой, все-таки исчезает после удаления зрительного центра, хотя, казалось бы, зрение уже и так не востребовано.

Подобные наблюдения Лешли и других усиливали концепцию Анохина, который утверждает сложную, сейчас бы сказали «сетевую», динамику комплекса периферия–центр. В утверждении сетевого характера деятельности мозга и была новизна подхода Петра Кузьмича Анохина. Со свойственной ему полемичностью и напором он пишет: «Вместо того чтобы немедленно взяться за исправление фундамента, давшего катастрофическую трещину, нейрофизиологи продолжают бесконечно украшать верхние этажи этого несовершенного здания».

В многочисленных опытах на аксолотлях и морских свинках – вначале в Нижнем Новгороде, а потом и в Москве – лабораторией Анохина была показана высокая степень пластичности нервной системы, возможность компенсации функций, даже несмотря на значительные изменения головного мозга в результате операций.

Тогдашняя сотрудница Анохина Екатерина Голубева писала, что «было начато подробное изучение головного мозга оперированных в эмбриональном состоянии и доживших до взрослого организма животных». К сожалению, эти опыты были прерваны финской войной, хотя сейчас очевидно, что группа Анохина действовала на очень перспективном направлении.

Анохин и его помощники много и нестандартно оперировали. В свое время советские газеты облетела фотография собаки с двумя головами, порожденной волей, фантазией и мастерством поволжского доктора Моро. Но монстры не только населяли виварий Анохина, монстры, увы, были и вне стен его лаборатории.

Зоны активности

На совместном заседании президиумов Академии наук СССР и Академии медицинских наук СССР в 1950 году (кальке с печально известной сессии ВАСХНИЛ 1948 года) Анохин подвергся обструкции. Один из ретивых докладчиков заявил: «…когда ученик Павлова Анохин под маской верности своему учителю систематически и неотступно стремится ревизовать его учение с гнилых позиций лженаучных идеалистических «теорий» реакционных буржуазных ученых, то это по меньшей мере возмутительно».

Анохин был отстранен от работы в институте физиологии в Москве и отправлен в провинцию, в Рязань. Долгие годы ушли на возращение позиций – научных и карьерных. Но времена все-таки менялись. На философском семинаре нейрофизиологов в 1962 году Анохин убедительно отстоял свою теорию, вернулся в Москву, получил кафедру.

По воспоминаниям одного из учеников Анохина, Геннадия Крюкова, в начале 1960-х на «территории» кафедры в Москве была организована лаборатория бионики. Одна из ее задач – разработка самых мощных для своего времени вычислительных систем с использованием принципов и механизмов организации мозговой деятельности в рамках теории функциональных систем.

Таким образом, уже тогда начали разрабатываться модели принципиально новых электронных устройств, которые сейчас принято называть нейрокомпьютерами. Интересно, что работы с нейрокомпьютерными интерфейсами с успехом продолжились в Нижнем Новгороде уже в 2010-х годах – в Нижегородском нейроцентре, объединившем исследователей из Государственного университета, Медицинской академии и академического Института прикладной физики.

А в конце 1960-х Анохин дополнил теорию функциональных систем принципом системогенеза. Он писал: «Одной из основных закономерностей жизни организма является непрерывное развитие, поэтапное включение и смена его функциональных систем, обеспечивающее ему адекватное приспособление на различных этапах постнатальной жизни».

Здесь уже была предпринята попытка соединить нейрофизиологию с генетикой (Анохин активно общался с генетиком Николаем Петровичем Дубининым) и даже скорее эпигенетикой. Сейчас мы знаем механизмы «пробуждения» тех или иных прежде «спящих» участков генома с помощью, например, метилирования ДНК. Тогда это было неизвестно, но интуиция направляла Анохина и его коллег в правильном направлении.

Тогда же Анохин увлекся кибернетикой и подружился с Акселем Ивановичем Бергом, одним из видных радиоэлектронщиков страны. Берг активно продвигал радиолокацию во время войны, а после, уже в начале 1960-х, координировал исследования в области кибернетики и искусственного интеллекта.

Анохин интуитивно чувствовал перспективные зоны активности в науке и во многом предвидел появление синергетики и теорий самоорганизации в живой природе. Его ментальное зрение, как у двуликого Януса, было направлено сразу и в прошлое, и в будущее. Из обращения в прошлое – к концепции гетерохронии (неравномерного развития органов и систем в организме), которую использовал еще Бехтерев (опираясь на своего немецкого учителя Пауля Флегсига), Анохин вывел свой системогенез.

А заглядывая через головы первых кибернетиков и синергетиков, он понял важность синтетического подхода к исследованиям мозга. Того подхода, что не только включает новейшие методики электрофизиологии или микроскопии, но и опирается на смелые обобщения нейронаук с учетом генетики, информатики и эволюционной теории.

Именно поэтому Анохина можно ставить в один ряд с выдающимися отечественными естествоиспытателями-универсалами – Вернадским, Флоренским, Бехтеревым, Ухтомским. И именно поэтому имя Петра Кузьмича так часто упоминается современными исследователями, которые могут повторить вслед за 20-летним Анохиным, что ощущают «недостатки положительных знаний в естествознании, особенно в проблеме изучения мозга».

Нижний Новгород