Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии - [35]
Когда при деформации ландшафта исчезают верхние долины, мы можем наблюдать еще два важных феномена, предсказанных нами при рассмотрении подобных ландшафтов в пятой главе. Речь идет о критических флуктуациях и критическом замедлении. То есть, вблизи критической точки перехода от параллельного движения к симметричному можно ожидать сильных флуктуаций относительной фазы. Уточним: при больших количествах повторений эксперимента вдали от точки перехода постоянно наблюдается одна и та же фаза; вблизи же этой точки эксперимент каждый раз дает разные результаты. На рис. 10.6 даны результаты, полученные Келсо: график дает наглядное представление о том, насколько сильны флуктуации. Для наблюдения критического замедления, Келсо намеренно сбивал частоту движения пальцев и отмечал, сколько времени потребуется испытуемому для восстановления прежнего ритма движения; при этом скорость изменения частоты метронома, задающей ритм движения пальцев, варьировалась. Таким образом, и в экспериментах Келсо были обнаружены феномены, уже известные синергетике из исследований поведения разных других систем (например лазера); впоследствии результаты этих экспериментов были подтверждены рядом других ученых.
>Рис. 10.6. По вертикали отложена амплитуда колебаний относительной фазы, по горизонтали — частота движения пальцев
После этого было проведено еще несколько экспериментов, направленных на изучение паттернов движения; например, исследовалась корреляция между движением локтя и запястья. В высшей степени интересными оказались эксперименты по исследованию корреляции между движениями двух сидящих рядом людей, которые должны были качать ногой симметрично друг другу: при увеличении скорости ноги испытуемых начинали вдруг двигаться параллельно. Количественные измерения показывают, что переход совершается в полном согласии с уравнениями нашей теории (рис. 10.7).
>Рис. 10.7. Фазовый переход может произойти и при скоординированном движении ног двух испытуемых
Почему же, собственно, эти эксперименты представляют такой интерес для биологов? Да потому, что они имеют отношение к очень важному для биологии вопросу: каким образом осуществляется управление движением отдельных конечностей. Может быть, в мозге — как, например, в компьютере — имеется некая двигательная программа, которая в нужный момент просто переключается с одного типа управления на другой? Или все же перед нами — читатель об этом уже, наверное, догадывается — феномен самоорганизации? Все три обнаруженных эффекта — гистерезис, критические флуктуации и критическое замедление — совершенно не объяснимы при рассмотрении их в рамках «компьютерной» модели управления движением. Чего ради компьютер в нашей голове (пусть мы даже допустим его существование) будет изменять свою программу в зависимости от предыстории движения? Более того, компьютер, работающий на основе абсолютно детерминистских принципов, просто не в состоянии выдавать переменные результаты при одинаковых исходных данных! Результаты экспериментов значительно лучше согласуются с предположением о том, что здесь имеет место феномен самоорганизации — точно так же, как возникновение когерентного лазерного света является воплощением эффекта самоорганизации отдельных атомов лазера. В случае же биологического процесса речь может идти о самоорганизации нейронной сети, связанной с мышцами и клеточными тканями. Естественно, это уже совершенно новая точка зрения на происходящее, и именно ее следует выдвинуть на первый план.
Впрочем, и раньше существовали некоторые указания на то, насколько важны для движения конечностей эффекты самоорганизации. Несколько десятилетий назад, например, знаменитый физиолог Эрих фон Хольст провел следующий эксперимент. Он ампутировал многоножке все конечности за исключением шести, после чего животное это начало двигаться подобно насекомому; затем число конечностей было уменьшено до четырех, и многоножка передвигалась на них подобно любому четвероногому, например, лошади. Невозможно представить, что крошечный мозг многоножки способен содержать «двигательные программы» для всех возможных комбинаций конечностей, оставшихся после ампутаций; мы в состоянии объяснить этот феномен, только предположив возможность самоорганизации. Похожие результаты были получены русским физиологом М. Л. Шиком в ходе экспериментов с так называемыми децеребрированными кошками. Несмотря на то, что у этих кошек был удален мозжечок, они оставались в состоянии бежать по движущейся дорожке. При электрическом раздражении спинного мозга кошка двигалась шагом или переходила на галоп — «аллюр» зависел от силы раздражения. Совершенно очевидно, что постоянное раздражение выступает в данном случае в роли контрольного параметра, который побуждает нервную систему животного к самоорганизации, в результате чего возникает определенный паттерн движения. Похоже, синергетика открывает совершенно новые перспективы для исследования управления двигательными функциями.
Глава 11 НЕИЗБЕЖНОСТЬ КОНФЛИКТОВ
При рассмотрении примеров из физики нам снова и снова бросается в глаза одно удивительное обстоятельство. Создавая новое упорядоченное состояние, Природа предоставляет системе богатый набор возможностей. Например, ячейки, возникающие в нагреваемой снизу жидкости, имеют возможность вращаться как справа налево, так и слева направо. Мы уже знаем, что такое поведение вполне понятно, если использовать для его объяснения простую механическую модель.
