Системная теория жизни. Кибернетика живого

Евгений Кузин

Автор, доктор наук, профессор в области кибернетики Е. С. Кузин, в своей книге рассказывает о такой проблеме, как исследование Жизни, ее принципов и законов. Автор попытался показать принципиальную, качественную разницу между понятиями «живое» и «неживое». Книга содержит бесценную информацию о системном подходе к Мирозданию как единой и целостной системе, а организацию компонентов, составляющих Мироздание, как системную организацию.

Введение от автора

Уникальность и сверхсложность объекта исследования — жизни — «мучительной и древней загадки», как сказал про такое исследование Гейне, очередной шаг в процессе разгадывания которой попытался сделать автор. Шаг — один из многих, которые делали до него, и будут продолжать и после появления этой работы, сделали необходимым предварить данную работу обширным «Введением от автора». Во «Введении» автор был вынужден описать свой творческий путь, чтобы было понятно, как и почему он пришел к этой работе и, главное, почему осмелился как перед самим собой, так и перед читателями, говорить о такой проблеме как исследование Жизни. Основную роль в таком решении сыграло то, что в выдвигаемых в работе положениях автор опирался на результаты своего опыта, опыта возглавляемого им коллектива и ряда коллективов-соразработчиков, подкрепленные тесным взаимодействием в работе с рядом известных специалистов, общение с которыми оказало сильное влияние на содержание этих положений. Тем более что круг научных областей, охватываемых тематикой работ, был очень широк (он и не мог быть другим). И для того, чтобы сложились условия для такого взаимодействия, должны были сложиться исключительные обстоятельства. И они сложились (а могли и не сложиться, и тогда бы не было настоящей работы). Как и почему это произошло автор, и попытался объяснить во «Введении от автора», иначе для читателя было бы просто непонятно, на основе чего сложилась настоящая работа.

«Живое» и «неживое»… Главный вопрос заключается в том, чтобы понять принципиальную, качественную, разницу между этими двумя понятиями и разобраться, что представляет собой живое. Эта мысль занимала автора долгие годы его профессиональной деятельности, встав перед ним (далеко не в том обличии, в котором она представляется ему сейчас) еще в середине 60-х годов прошлого столетия. Живое занимает очень незначительную часть Вселенной, но именно эта часть представляет для нас величайший интерес: первое и главное — что такое — «живое» и чем оно отличается от «неживого», а далее понять, как оно организовано, в каком направлении развивается, куда будет развиваться в дальнейшем и какое место в этом развитии занимает «человек». Представляет ту самую «мучительную загадку», о которой говорил Гейне. Мы — человечество — стремимся разобраться в «живом», потому что мы сами составляем часть этого живого, и мы хотим разобраться «в себе и для себя». В занятой ею части пространства Вселенной жизнь существует как нечто уникальное, с одной стороны, вынужденное подчиняться законам Вселенной, с другой — живущее по своим собственным законам.

Здание, которое жизнь воздвигла во Вселенной, названо в работе Мирозданием и именно исследованию принципов и законов, по которым построено это здание, посвящена данная работа. Мироздание состоит из множества отдельных квартир — Миров — со своим укладом жизни, обстановкой и со своими «своеобразными» обитателями. Мы (человечество) являемся обитателями лишь одной из таких квартир — Земного мира, причем снимаем в ней только одну комнату (а может быть — койку?) — и не более того, хотя и мним о себе значительно больше. Фундаментом для исследования «здания Мироздания» является понимание самой сути жизни — разницы между живым и неживым и их взаимосвязей друг с другом, поскольку живое существует в неживом.

Автору вдвойне «повезло» в его отношениях с проблемой живого/неживого. Во-первых, в разные периоды времени его профессиональной деятельности ему приходилось погружаться в исследование то одного, то другого (то неживого, то живого), то одновременно и того, и другого и сопоставлять их друг с другом. Во-вторых, ему очень повезло потому, что в определенные периоды своей профессиональной деятельности жизнь свела его с двумя мыслителями — академиком Петром Кузьмичом Анохиным и заведующим кафедрой прикладной и структурной лингвистики МГУ, доктором филологических наук, известным лингвистом Владимиром Андреевичем Звегинцевым, автором фундаментальных трудов по лингвистике. Автор сознательно использует слово «мыслители», поскольку отличительной чертой этих ученых было глубокое и, главное нестандартное, мышление — способность видения проблемы не со «стереотипной» стороны, как ее видело и продолжает видеть подавляющее большинство специалистов, а с другой — позволяющей открывать в ней новые, совершенно неожиданные стороны.

И если в решении «проблемы жизни» роль П. К. Анохина — крупнейшего российского физиолога, вполне понятна (хотя кто-то соглашается с его взглядами, а кто-то нет), то роль В. А. Звегинцева — видного российского лингвиста 60-х — 90-х годов прошлого столетия, в контексте понимания и изучения живого на первый взгляд не очень понятна. Но именно Звегинцев в своих глубоких теоретических работах по-настоящему открыл для автора существование еще одной проблемы — проблемы языка — тесно связанной с первой и, как оказалось, важнейшей в исследовании Мироздания, хотя ему это стало ясно только после многих лет исследований. Эту проблему невозможно обойти, поскольку мы мыслим на языке, общаемся на языке и воспринимаем мир через призму языка. В конце концов, оказалось, что исследования в области языка — это важнейшая составляющая исследований жизни, такая же, как исследования в тех направлениях науки, которые мы привыкли напрямую соотносить с жизнью: физиологии, психологии, общественными отношениями между людьми и т. п.

Своими фундаментальными работами в области лингвистики Владимир Андреевич буквально перевернул взгляды автора на суть понятия «язык» и определяющее прогрессивно/регрессивное влияние языка на исследование проблемы живого/неживого. Этого влияния невозможно избежать при размышлениях над основной темой работы, и особенно при донесении этих размышлений до читателя. Более того, именно законы языка определяют наше, человеческое, видение жизни и, конечно, мышление. Трудно переоценить (но очень легко недооценить) силу и глубину слов известного лингвиста В. Гумбольдта: «Тем же самым актом, посредством которого он из себя создает язык, человек отдает себя в его власть». И нигде эта власть не проявляется так сильно, как при исследовании проблемы жизни, вследствие ее глубины и многоаспектности. И, самое главное, вследствие того, что человек, мысля и общаясь на языке, сам является частью жизни, которую он исследует, а не смотрит на нее со стороны, как это требуют как законы исследования языка «вообще», так и законы для «незатуманенности» и объективности взгляда, требующих отстранённости исследователя от объекта исследования.

Для автора все началось с изучения «неживого»: автор получил классическое инженерное образование, закончив в 1954 году МВТУ им. Баумана — по сути техническую академию того времени, готовившую, как говорилось во всех проспектах, инженеров широкого профиля. «Технические университеты» продолжились и далее, поскольку после окончания кафедры математических машин, созданной в МВТУ в последние годы его студенческой жизни, автор начал свою практическую деятельность в Специальном Конструкторском Бюро, ведущим разработки первой отечественной вычислительной машины промышленного назначения, и принял участие (конечно, минимальное!) в завершении ее разработок.

Таким образом, на самой ранней стадии своей профессиональной деятельности он соприкоснулся с первыми (но такими важными для дальнейшего!) попытками человека распространения свойств «живого» (т.е. мышления) на «неживое». Естественно, что это были самые примитивные свойства — решение очень простых и понятных (понятных — сегодня!) по содержанию — вычислительных — задач, наиболее легко поддающихся формализации. Однако именно это подготовило его в дальнейшем к постановке уже далеко не тривиальных вопросов, таких, как «Что такое мышление?», «Может ли машина мыслить?», «Чем «мыслящее искусственное» отличается от «мыслящего естественного»? и, в конце концов, «чем вообще так называемый «робот» отличается (или может быть, не отличается??) от человека?». И только через много-много лет исследований он понял главное: мышление является не только свойством живого, что понятно, но оно является свойством всего живого, а также условием жизни и признаком живого. Жизнь без мышления невозможна. Но тогда эти вопросы не очень интересовали автора: он видел перед собой только интереснейшие технические задачи и принимал посильное участие в их решении.

Свое профессионально-техническое образование он продолжил в аспирантуре при кафедре математических машин МВТУ им. Баумана, окончив которую, он ряд лет вел преподавательскую деятельность сначала в МВТУ, потом на факультете электронно-счетной техники Московского лесотехнического института (МЛТИ) — скрывавшего под своим «нейтральным» названием учебный филиал ведущих космических фирм Советского Союза, располагавшихся в городе Калининграде (впоследствии переименованным в город Королев). Здесь ему вплотную пришлось столкнуться с новой областью использования вычислительной техники для целей обработки огромных объемов динамически меняющейся информации и управления техническими системами, что очень пригодилось в дальнейшем, поскольку информация, ежесекундно обрабатываемая «живым», многократно превышает даже эти огромные объемы, и было совсем непонятно, как это «делается». И все эти годы он решал чисто инженерные задачи — расширение возможностей вычислительных машин, увеличение объемов и видов обрабатываемой на них информации, повышение их производительности и т. п.

А далее произошел неожиданный для автора резкий поворот, определивший его дальнейшую профессиональную деятельность. Причиной этого поворота было обращение в Минрадиопром (тогда Государственный комитет по радио и электронике — ГКРЭ) академика Анохина с предложением создать в Минрадиопроме на базе института нормальной физиологии (ИНФ) им. Сеченова, возглавляемого Анохиным, отдел бионики, ориентируемый на адаптацию и внедрение в вычислительную технику результатов исследований живого, проводимых в ИНФ в русле созданной Анохиным теории функциональных систем (ТФС). Несмотря на модный в то время бионический «ярлык», это были первые работы в области физиологической кибернетики, поскольку ТФС выражала новые, по сути революционные, взгляды на организацию процессов обработки информации и управления в живых организмах. И именно дальнейшее исследования и реализация этих взглядов в технических системах была целью предполагаемого проекта.

Предложение Анохина было принято: в Минрадиопроме на базе ИНФ был создан отдел, включающий две лаборатории — физиологическую лабораторию под научным руководством Анохина, в которую вошли высококвалифицированные «специалисты по живому» — физиологи, доктора и кандидаты наук, и кибернетическую лабораторию, бóльшую часть которой составили выпускники МВТУ, МЛТИ, МГУ, МЭИ и т. д. Начальником созданного отдела был назначен автор, что и определило его дальнейшую профессиональную деятельность (и судьбу тоже), с одной стороны, сводящую воедино «неживое» и «живое», с другой — дающую возможность противопоставлять одно другому.

Следующий значительный период профессиональной деятельности автора был связан практически только с «живым». В результате проведения совместных исследований теория функциональных систем стала идеологической основой ви́дения будущего. И это будущее определило принципиальные отличия от всех других трактовки Анохиным понятия «Система» (напомним, предлагаемая вниманию читателю работа названа СИСТЕМНОЙ теорией жизни). Впервые под системой понималась ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ, направленная на достижение определенного результата. И такое понимание автор сохранил (и развил) и к моменту начала написания настоящей работы.

Сотрудники кибернетической лаборатории изучали физиологию, ходили (включая автора) на лекции по физиологии в 1-ом Мединституте и даже принимали участие в физиологических экспериментах. Главным для них было ощутить и понять, так что же такое это чудо — живое! Фронт исследования «живого» постоянно расширялся — к работе были привлечены психологи и биологи МГУ — факультет психологии и проблемная биологическая лаборатория проф. Крушинского. Особенно много важного для понимания проблемы дали совместные работы по исследованию мыслительной деятельности человека при решении творческих задач, проводимые отделом в течение ряда лет с факультетом психологии МГУ. Со стороны МГУ эти работы возглавлял доктор психологических наук О. К. Тихомиров, отличавшийся оригинальным и творческим мышлением. Одновременно автор знакомился с исследованиями в области психологии и активно участвовал в психологических конгрессах и семинарах. Но, совершенно естественно, параллельно с исследованием проблемы «живое/неживое», во многом определяемом территориальным расположением отдела (в НИИ нормальной физиологии им. Сеченова), все больший интерес возникал не только к живому, но к разумному живому, что в свою очередь во многом диктовалось профессиональными интересами автора и сотрудников-кибернетиков. Но все возникающие у исследователей мысли и идеи, и правильные, и неправильные, требовали экспериментальной проверки.

И здесь следует сказать о важнейшем обстоятельстве, которое вряд ли придет в голову современному пользователю компьютером. Любые экспериментальные кибернетические исследования были в те годы (и еще пару-тройку десятилетий спустя) доступны значительно меньше, чем исследования живых объектов. Во-первых, потому, что современный компьютер обладает в миллионы раз большей производительностью, чем вычислительные машины (ЭВМ) того времени, во-вторых, потому (что не менее, а может быть более важно), что и теоретически, и практически не были доступны для интерактивного общения. Объем вычислительных ресурсов, который был доступен для экспериментатора — это несколько часов машинного времени на ЭВМ с производительностью 10—20 тысяч операций в секунду, выделяемого на отдел (!), насчитывающий пару десятков программистов, в специальных, создаваемых для этих целей, вычислительных центрах (ВЦ). В ВЦ осуществлялась обработка в отчужденном от программиста, так называемом пакетном режиме, а результаты обработки, знание которых было необходимо для внесения нужных изменений, экспериментатор в лучшем случае мог получить только на следующий день. При этом «жесткость» программного обеспечения предоставляла мало возможностей для таких изменений. В то же время, исследователь живого (физиолог) не был ограничен ни получением объектов эксперимента, ни числом экспериментов. И такое положение сохранялось многие годы: пожалуй, только в 80-х годах произошли более или менее серьезные сдвиги в доступности вычислительных ресурсов, так и в возможности интерактивного управления экспериментом. А мысли и «прорастающие» из них идеи получили возможность проверки не только в экспериментальных исследованиях, но и в опытно-конструкторских разработках (ОКР) только в конце прошлого столетия и начале XXI века. Это была то самая ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ОТ РЕЗУЛЬТАТА, без которой не может осуществляться ни исследование, ни разработка.

Тем не менее, несмотря на сказанное выше, исследования продолжались. Более того, фундаментальные идеи настоящей работы о принципиальной роли системы знаний в организации поведения живого и важности (необходимости!) организации поиска информации на основе анализа ее содержимого, а не путем указания адреса ячейки, пришли именно тогда в результате исследований живого. В 1973 г. автором были опубликованы две работы, в которых формулировались эти идеи. Одна из них «Система знаний как основной инструмент организации целенаправленного поведения» {1}, в которой, как представляется автору, вообще впервые был использован сам термин «система знаний», была написана в соавторстве с В. А. Полянцевым — заведующим физиологической лабораторией в составе отдела (впоследствии доктором медицинских наук, профессором, заведующим кафедрой физиологии 3-го Мединститута), вторая — «Смысловой поиск как метод автоматизации решения интеллектуальных задач различных классов» {2} была написана самим автором, поскольку выражала чисто кибернетические идеи.

Идеи, выдвигаемые в этих статьях, послужили основой для разработки фундаментальных положений настоящей работы о Мировой информационной системе (МИС) и моделецентрической организации знаний, содержащихся в МИС.

Тем не менее, фронт кибернетических исследований постепенно расширялся. Расширялся, сначала в сторону создания робототехнических систем, потом в сторону разработки человеко-машинных систем с организацией тесного взаимодействия вычислительных машин и человека с целью объединения их сильных сторон в единой системе. Это потребовало проведения исследовательских и опытно-конструкторских работ в направлении создания систем обработки изображений, систем машинной графики, систем общения машины и человека на естественном языке и систем понимания устной речи. Работы в данных направлениях продолжали вестись и после прекращения по организационным причинам по истечении десяти лет совместной работы физиологических исследований. Кибернетические же исследования продолжились в Научно-исследовательском центре электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ), подразделением которого с момента образования и в течение всех лет работы в ИНФ являлся отдел. Изменение основной направленности исследований и вызвало территориальное перебазирование отдела в помещения НИЦЭВТ и окончательное прекращение физиологических исследований.

Далее направление исследований вполне логично перешло в область построения систем искусственного интеллекта (ИИ). Отдел (впоследствии отделение из нескольких отделов) стал головным отделом Министерства радиопромышленности по данной проблеме и возглавил координацию этих работ в системе Минрадиопрома. Исследования сконцентрировались в направлении создания интеллектуальных систем, ориентированных на решение высокосложных задач обработки информации и управления, что в свою очередь потребовало продолжения исследований проблем мышления, разработки компьютерных языков представления знаний и, что в дальнейшем оказалось особенно важным, создания компьютерных баз знаний (БЗ). Подчеркнем, не баз данных, имеющих жестко ориентированную структуру и ограниченные методы доступа, а систем хранения информации, имеющих принципиально другую организацию и обладающих значительно более широкими возможностями. В конце 90-х годов начались разработки информационных технологий решения информационно-сложных задач. В начале 2000-х годов полученные результаты позволили провести ряд опытно-конструкторских разработок в данной области. В процессе работы по созданию баз знаний, решались практические (хотя еще далеко не самые сложные) задачи обработки информации, которые, совершенно понятно, строились на базе естественного языка (пользователь-то человек!), автор непосредственно ощутил сложность и «своенравность» такого объекта исследования, как язык, и постепенно (очень постепенно!) начал понимать значение «языка» и роль, которую он играет как в самой жизни, так и в ее исследовании.

Одновременно продолжалась и преподавательская деятельность автора в ряде ведущих московских вузов. Особенно много дала работа по совместительству на кафедре «Информационные технологии в управлении» Российской академии государственной службы при президенте РФ (РАГС), длившаяся последние двадцать лет. Контингент слушателей курсов, читаемых этой кафедрой, состоял из руководителей отделов и служб, ежедневно решающих не только управленческие (теоретические и практические) задачи по использованию существующих компьютерных систем в управленческой деятельности, но и по разработке новых компьютерных структур.

И чем дальше, тем больше, к автору приходила уверенность, что попытки «механицистического» и «формалистического» (основанного на методах математической логики, формальных грамматиках и т.п.) решения задач, выхолащивающего содержательную суть реализации «живого» в «неживом», не могут дать ничего принципиально нового для понимания, что такое «жизнь». Это понимание находилось в какой-то совершенно другой плоскости, и эту плоскость надо было найти и осмыслить.

Также, по мнению автора, мало что могло дать для исследования жизни широкое увлечение в этих целях физикой, потому что физика — это наука об устройстве Вселенной, важнейшая и очень уважаемая автором наука, но по своей сути не выделяющая живое в неживом, т.е. не рассматривающая их раздельно друг от друга и, тем более, в сравнении друг с другом. Ей это БЕЗРАЗЛИЧНО и потому она неспособна избирательно формулировать и описывать законы живого, отделяя его от неживого. Это не ее задача. Языком физики, ориентированным на решение «своих» задач, невозможно выразить то, что следует сказать о жизни, он не приспособлен для этого. В конце концов, пришло и понимание того, чем «живое» принципиально, качественно, отличается от «неживого», что и привело к написанию настоящей работы.

Пройденный автором инженерно-технический и научный путь привел его в лагерь, по образному выражению академика А. Н. Колмогорова, приведенному в эпиграфе к «Введению», тех «крайне отчаянных кибернетиков, которые не видят принципиальных ограничений в кибернетическом подходе к проблеме жизни», к которым принадлежал и сам Колмогоров, и, в конце концов, привел его к попытке создания научного труда, названного им «Системная теория жизни» с подзаголовком «Кибернетика живого».

При этом, естественно, направленность предшествующего теоретического и практического опыта автора повлияла на стиль изложения, а также на глубину и детальность рассмотрения одних, наиболее близких автору, аспектов работы (всего того, что связано с информацией, языком, мышлением, управлением), и в то же время дала ему возможность (что очень важно!) при рассмотрении других, более удаленных от автора по тематике аспектов, «раскрепощенного отхода» от устоявшихся в соответствующих областях стереотипов. Отхода, очень трудного и психологически почти невозможного для узких специалистов с уже сформировавшимся в определенном направлении «устойчивым» мышлением и вытекающими из него сформировавшимися стереотипами (от этого, увы, уберечься невозможно). И, может быть, самое главное: весь прошедший опыт в процессе его постоянного обобщения и осмысления привел автора к внутренней необходимости заняться рассмотрением философских аспектов проблемы, поскольку исследование Жизни (в том числе высокоинтеллектуальной жизни) — неотъемлемая часть философии.

И, самое главное, что автор определил для себя главное, универсальный инструмент исследований и разработок, используя который можно было с общих позиций исследовать живое и создавать неживое, в том числе воплощающее функции живого. Это понятия СИСТЕМЫ и СИСТЕМНОГО ПОДХОДА. После понимания и прочувствования этого многое и в исследованиях, и в разработках, приобрело новый смысл.