Личная безопасность. Технология защиты для всех.

Н.А. БЕРНШТЕЙН

(5.10.1896—16.01.1966)

Название:

У истоков физиологии активности. Николай Александрович Бернштейн и развитие отечественных биокибернетических исследований

Авторы: В. Е. Демидов

Осмысление путей кибернетического моделирования психики и поведения живых существ, и особенно человека, сталкивает научную мысль с рядом проблем, из которых главной, пожалуй, является проблема познания и модельного представления феномена активности организмов, обладающих психикой. В литературе по кибернетике, информатике, искусственному интеллекту справедливо отмечается, что такие фундаментальные стороны активности психического, как прогнозирование будущего, целеполагание и — в случае человека — сознательное стремление к достижению поставленных целей, наиболее трудны для передачи на языке точных наук. Отсюда — то значение, которое приобретает концепция «физиологии (и психологии) активности», неотделимая от имени Н. А. Бернштейна, идеи и результаты которого по праву считаются биокибернетическими по своей направленности — и это несмотря на то, что выдвинуты и обоснованы они были в середине 30-х годов, т. е. тогда, когда о кибернетике и информатике еще не было речи.

<...>

Николай Александрович Бернштейн скончался 16 января 1966 г., не дожив несколько месяцев до своего семидесятилетия. И, как это обычно бывает с исследователями, опередившими время, каждое следующее десятилетие, прошедшее с этой скорбной даты, открывает перед наукой все новые грани его творчества, поворачивает в совершенно неожиданную плоскость найденные им закономерности, помогает находить простые и ясные пути решения многих актуальных проблем исследования человеческой деятельности.

В некрологе, напечатанном в «Вопросах философии» спустя два месяца после кончины Николая Александровича, было точно определено то главное, что сделало его труды непреходящей ценностью для науки: «Его творчество отмечено удивительным единством и глубиной научного мировоззрения, редким бесстрашием и последовательностью <...>. Работы Н. А. Бернштейна составили эпоху в физиологии движений и надолго определили пути развития этой области науки <...>. Он сумел перейти к широким обобщениям, имеющим значительную ценность для нейрофизиологии и философии. Его научные взгляды одно время рассматривались как „еретические“, хотя дальнейшее развитие науки подтвердило их правоту. Его физиология активности исключает понимание деятельности как простого уравновешивания организма с внешней средой и рассматривает деятельность как биологически активный процесс, а на уровне человека — как процесс, преображающий среду»*.

Дирекция Центрального научно-исследовательского института физической культуры, представляя 5 мая 1945 г. Николая Александровича к званию члена-корреспондента Академии медицинских наук СССР, так охарактеризовала его вклад в развитие знаний о живом организме:

«Профессор Н. А. Бернштейн по праву считается создателем нового, советского периода в истории учения о движениях человеческого тела. Ни по совершенству техники исследования, ни по точности анализа механической стороны движения, ни по глубине проникновения в его физиологическую сущность в мировой литературе не встречалось и не встречается работ, стоящих на уровне исследований профессора Н. А. Бернштейна <...>.

Превосходный математик, профессор Бернштейн нашел новые пути анализа записей движения во времени и пространстве. Высоко эрудированный физиолог, профессор Бернштейн углубляется в интимные процессы движения и успешно ищет взаимосвязь между иннервационной стороной и внешним выражением движения <...>.

В последние годы профессор Бернштейн работает над дальнейшим углублением изучения иннервационной и пространственно-временнуй структуры движения, предпринимая точнейшую синхронную регистрацию биотоков нервно-двигательных приборов (нервно-мышечных систем.—В. Д.) и хроноциклограмм движений <...>»*.

Но самое, пожалуй, для нас главное — это то, что Н. А. Бернштейн первым, за десять лет до того, как аналогичная идея была высказана «отцом кибернетики» Н. Винером, дал строгую формулу — дифференциальное уравнение — нервно-мышечной обратной связи в живом организме*, а в нематематизированной форме опубликовал эту мысль за девятнадцать лет до Винера *— к сожалению, в издании, оставшемся совершенно неизвестным в научных кругах зарубежных стран. Это уравнение привело Николая Александровича к еще одной, поистине революционной идее,— что в мозгу живых существ, действующих целенаправленно, должны быть непременно сформированы две жизненно необходимых модели: модель реальности, в которой находится существо, и модель «потребного будущего», ради достижения которого совершается то или иное действие*.

<...>

В марте 1924 г. состоялась Всесоюзная конференция по научной организации труда — НОТ. <...>

Н. А. Бернштейн доложил на ней о результатах исследования рабочих движений: «Робкие попытки <...> Майбриджа, работы Джильберта, Фишера лишь наметили пути исследования. ЦИТ* пошел дальше, сумел дать законченную методику изучения движений. Он не только создал точные и усовершенствованные способы записи, он подошел к установлению основных законов, определяющих трудовые движения. Трудовое движение укладывается в формулу, что и показали работы ЦИТа. Такими путями подводится научная основа под практику рационализации трудовых движений»*. За словами «усовершенствованные способы записи» стояло вот что: 300 циклограмм с полным их математическим анализом за полтора года работы. Результат, которым не могла в то время похвалиться ни одна лаборатория НОТ в мире, а их насчитывалось немало.

И с этими циклограммами, со всей своей съемочной аппаратурой, с плакатами и диаграммами Гастев*, Бернштейн и еще пять человек выехали в мае того же 1924 г. на Международную конференцию по НОТ, созванную в Праге. Устроители рассчитывали поразить «этих отсталых совдепов» рассказами о системе Тэйлора, о способах учета рабочего времени и тому подобных организационных приемах,— а вышло, что вся конференция превратилась в слушание советских докладов!

В этих докладах новостью было все: и методика циклографирования, и способы расчетов, и результаты. Ведь как установили Бернштейн и его сотрудники, метод циклограмметрии позволяет иметь документальные данные о работающем органе, выделить механические и биомеханические законы, управляющие движением; «...живое движение в целом протекает крайне закономерно и поддается представлению его в виде совокупности математических уравнений. Из этого же факта следует, что всегда каждая деталь движения определяет целое, и изменения такой детали ведут к регулярному изменению всех других, хотя бы и отделенных от нее в пространстве или во времени. <...> анализ позволил часть этих взаимных влияний отнести за счет механических причин; остальная часть идет за счет синтетических двигательных нервомеханизмов»*. Докладчик отметил важное обстоятельство: любое движение человека «портретно», т. е. строго индивидуально для каждой личности,— ходьба, бег, приемы труда (через несколько лет «портретность» получит благодаря исследованиям Бернштейна объяснение: это результат отражения в мозгу человека «моторного поля», в котором действуют его конечности <...>). Не стал скрывать Николай Александрович и возникших трудностей, указывая, что «динамика движений отличается большим механическим своеобразием, в силу чего элементарный расчет и суставно-мышечных возможностей и теоретическое конструирование нормалей на их основе ведут к полному противоречию с действительностью»*, и только натурный эксперимент позволяет вырабатывать какие-то рекомендации.

<...>

Идеи, касающиеся построения движений человека, удалось наиболее полно реализовать Николаю Александровичу в то время <...>, когда он работал сначала консультантом, а потом заведующим лабораторией физиологии и патологии движений Московского научно-исследовательского института протезирования Министерства социального обеспечения СССР. Он пришел туда сразу же, как только вернулся из эвакуации в Москву — в ноябре 1943 г. Нет нужды объяснять, насколько обострилась проблема протезирования в годы Великой Отечественной войны, и Бернштейн всеми силами старался облегчить судьбу людей, лишившихся конечностей. Он разработал такую конструкцию протеза правой руки, что вложенная в искусственную кисть ложка могла совершать движение, максимально приближенное к естественному во время еды. Он предложил новый принцип механизма коленного шарнира протеза ноги, и походка инвалида на таком протезе стала требовать значительно меньше усилий.

Но, как вспоминает Виктор Семенович Гурфинкель (после вынужденного ухода Н. А. Бернштейна продолживший его дело*), пожалуй, более существенным вкладом, чем эти конкретные разработки, было общее влияние Николая Александровича на научный уровень экспериментальных и конструкторских работ. Он содействовал росту этого уровня буквально на всех этапах разработки и создания протезов. Его лаборатория стала тем пунктом, в котором проверялись и выверялись все новые конструкторские идеи. Ибо методика циклографирования дала возможность объективно оценивать как достоинства, так и слабые места разработки. И по сию пору циклограмметрия остается важным и нужным методом, потому что только с ее помощью можно проверить удобство протеза — в сочетании с человеком, который им пользуется. Николай Александрович предложил критерии объективной оценки: восстановление ритмичности хождения, восстановление симметрии ходьбы, уменьшение энергозатрат при ходьбе — критерии, основанные на циклосъемке и цифровом выражении фаз движения.

<...> До прихода Николая Александровича конструкторы руководствовались всевозможными эмпирическими правилами — он же поставил дело на строго научную основу.

<...> Он заглядывал далеко вперед, и его конструкция механизированных протезов для людей, лишившихся обеих ног, только сейчас начинает приобретать черты реальности, а ведь предложил Николай Александрович ее в 1948 г., когда это была поистине необыкновенно передовая идея.

<...>

С конца 50?х годов одна за другой появляются статьи Н. А. Бернштейна, посвященные проблемным вопросам физиологии движений, высшей нервной деятельности, биокибернетики,— философские обобщения достижений этих дисциплин и анализ неудач. Одним из этих вопросов было отражение внешнего мира в сознании человека — вопрос, особенно обострившийся в связи с появлением чрезвычайно сложных человеко-машинных комплексов в промышленности, на транспорте, в военном деле, при исследовании космического пространства. А обострился он потому, что показал свою явную несостоятельность принцип, вполне серьезно провозглашенный за рубежом в конце 40?х годов в книге «Надежность наземного радиоэлектронного оборудования» сторонниками тогдашней технической психофизиологии: «...человек может наилучшим образом выполнять свои функции в системе „оператор — машина“, если он действует подобно простому „усилителю“, выполняя лишь строго установленную последовательность операций»*.

В противовес этой мысли Н. А. Бернштейн подчеркивает, что проблема физиологии активности «это проблема антиэнтропического преодоления среды, проблема поиска и предваряющего планирования своих действий, а тем самым — общая проблема о п т и м и з а ц и и (подчеркнуто мною.— В. Д.) организмом условий для своего роста и закономерного развития»*. Он выдвигает один из основополагающих постулатов современной теории человеко-машинных систем: «...ответ организма на побуждение, пришедшее к нему из окружающей среды, всегда, как правило, содержит в себе нечто большее, нежели само это побуждение»*. Этой особенностью человек (как, впрочем, и любое достаточно высокоорганизованное существо) принципиально отличается от рефлекторно действующего робота. В побуждающем сигнале или воздействии (физическом, химическом и т. д.) отображена лишь с и т у а ц и я , в которой существо очутилось, но задача деятельности не содержится: задача всегда формируется в результате с т о л к н о в е н и я между побудителем и личным опытом особи, т. е. ситуацией и «внутренним содержанием» человека или высокоорганизованного животного. Поэтому одна и та же ситуация и один и тот же сигнал вызовут у 20 индивидуумов в общем случае 20 различных двигательных реакций. Раздражение — это всего лишь нажим на спусковой крючок, а «выстрел» — все дальнейшее — есть активное оформление двигательной задачи, активное решение ее.

Для биокибернетики этот тезис имеет особенно важное значение, поскольку указывает пути решения задачи конструирования и введения в действие любого робота с заданной степенью человекоподобия. В предельном случае абсолютной адекватности реакций робота и человека робот должен быть полностью похож на человека (вплоть до хрупкости, незащищенности, способа воспроизведения себе подобных и т. д.) — иными словами, быть человеком и жить в обществе людей: таков ответ на мечты фантастов. В статье «Новые линии развития в физиологии и их соотношение с кибернетикой» Николай Александрович подробно разбирает принцип физиологии активности и вытекающие из него последствия*. Ведь любое движение — это процесс активного воздействия на окружающий мир, решение или попытка решения некоторой задачи действия, т. е. достижение того, чего еще нет, но должно стать. Однако живое существо поставлено в такие обстоятельства, что вынуждено играть с внешним миром в особую игру, в которой нет объявленных правил, а ходы противника точно неизвестны. Вот почему в процессе эволюции у живых существ выработался вероятностный подход к представлению потребного будущего и определению путей его достижения. Этим такие существа кардинально отличаются от любой машины, действующей по принципу «стимул — реакция», какой бы сверхсложной она ни была.

Николай Александрович отмечает, что в «классический» период развития науки любой живой организм трактовался как уравновешивающаяся (или самоорганизующаяся) система. На современном этапе такой организм описывается по-иному: как 1) система, умеющая сохранять тождественность себе самой, несмотря на прохождение через нее энергии и вещества, а также изменение состава (смена одних атомов другими, пусть того же самого элемента) и 2) система, непрерывно направленно меняющаяся, несмотря на вариации внешней среды, и становящаяся особью, одинаковой с другими подобными особями по всем существенным признакам. Для такой системы генетический код есть модель будущего (развитие организма от рождения до смерти), в которой запрограммирована и антиэнтропийная направленность развития — стремление, несмотря ни на что, упорядочивать свою структуру, противодействовать деструктурирующим внешним воздействиям*.

<...>

Сейчас диву даешься, читая некоторые статьи, появлявшиеся в 60?е годы за подписями противников столь «странных» взглядов и содержащие такие, например, высказывания: «...теоретические положения (Н. А. Бернштейна, его сторонников и других авторов, причисленных к категории «странных».— В. Д.) носят чисто умозрительный характер, крайне искусственны и запутаны <...>, складывается впечатление, что при их составлении авторы взамен адекватных достоверных фактов решили использовать силу напыщенного слова и эффект экстраординарной терминологии, вроде „модель потребного будущего“ <...>, „аппарат сопоставления“ <...> и т. п. Словесные ухищрения и ультрамодная терминология призваны также придать взглядам этих авторов видимость оригинальности, новизны и прогрессивности»*. Эти защитники устарелых воззрений не понимали, что новая терминология есть результат глубоких преобразований, которые претерпевала в те десятилетия биология и провозвестниками которых с 20?х годов выступали Н. А. Бернштейн и другие отечественные ученые. Среди этих преобразований заметное место принадлежит математизации биологического знания, и взгляды Н. А. Бернштейна на трудности математизации представляют несомненный интерес и в наши дни.

<...>

<...> Николай Александрович с большим интересом отнесся к идее «хорошо организованных функций», выдвинутой И. М. Гельфандом и М. Л. Цетлиным в 1962 году*. Для этих функций характерно то, что все их аргументы разделяются на несущественные и существенные. Несущественные способны вызывать резкие изменения и скачки значений функции на небольших отрезках времени, однако не оказывают влияния на длительных интервалах: не изменяют экстремумов и иных характеристик функции. Существенные же аргументы сравнительно слабо (по сравнению с несущественными) влияют на небольших интервалах, в конечном же итоге вызывают мощные изменения как в протекании функциональной зависимости, так и в конечном результате.

Если попытаться интерпретировать поведение организма с помощью таких функций, выясняется следующее: по отношению к несущественным аргументам он ведет себя приспособительно, а к воздействию существенных оказывается «жестким», дабы сохранить свое бытие, продолжение рода и вида. Иными словами, в первом случае имеет место рефлекторная деятельность, а во втором — активное, целенаправленное воздействие организма на среду обитания. Те же две тактики организм использует и при управлении движениями: в одних случаях это рефлекторно-приспособительный акт, в других — программно-активный, вплоть до перестройки (кстати, приспособительной!) соответствующих алгоритмов*.

Учет соотношения между заданной (потребной) и сиюминутной (реальной) ситуациями — основа деятельности любого человека-оператора, который обязан мысленно представлять себе по показаниям приборов образ функционирования объекта и улавливать рассогласования (более того — тенденции к рассогласованиям!), ведущие к аварийному исходу. Результат работы оператора — мышечная деятельность во всех ее видах. Поэтому идеи Н. А. Бернштейна оказали — и продолжают оказывать — большое влияние на принципы организации работы людей, на конструирование рабочих мест, на методики подготовки и тренировки летчиков, космонавтов, моряков, шоферов, железнодорожных диспетчеров, дежурных инженеров энергосистем и т. д. Ни одно сколько-нибудь серьезное исследование по проблематике операторской деятельности не мыслится сегодня без обращения к научному наследию Н. А. Бернштейна. В частности, открытые Николаем Александровичем принципы работы скелетно-мышечного аппарата человека очень пригодились во время подготовки к космическим полетам.

С наступлением «космической эры» у многих ученых возник вопрос: не потеряет ли человек в невесомости тех навыков, которые он приобрел во время тренировок на земле, в поле тяготения? Искать ответ довелось в числе других исследователей одному из ближайших учеников Николая Александровича — Левану Владимировичу Чхаидзе, защитившему докторскую диссертацию под его руководством. Чхаидзе предложил простой и надежный способ численной проверки координации мышечных движений*, который с успехом использовался и во время тренировок на центрифуге, и в кратковременной невесомости, возникавшей в кабине самолета при полете по параболической кривой Кеплера*. Эксперименты показали, что после изменения силы тяжести наступает кратковременное ухудшение координации, которое быстро сменяется восстановлением точной дозировки мышечных усилий. Тем самым было доказано, что нет оснований опасаться за надежность работы космонавтов в состоянии невесомости,— вывод же корабля-спутника на орбиту целесообразно производить в автоматическом режиме.

<...>

Все, знавшие Николая Александровича Бернштейна, отмечали его редкую демократичность, эрудицию, разностороннюю талантливость, фантастическую работоспособность, несгибаемую волю.

— О нем можно смело говорить, что это был человек, обогнавший свое время,— сказал В. С. Гурфинкель.— Но, к сожалению, мало кто из окружающих понимал это. Даже мы, его ученики, в полной мере осознали масштабность его работ только с годами. А он — он всячески выдвигал на передний план работы своих сотрудников, был в этом отношении чрезвычайно щепетильным, не проходил мимо даже маленького успеха. Иные таланты порой встают в позу мэтров, начинают всех поучать — эта малоприятная черта была глубоко чужда Николаю Александровичу. Он не получал удовольствия от разбора чужих неудач. Бывало, разносят при нем какой-нибудь слабый рассказ,— а он вдруг говорит: «Знаете, там есть одно неплохое место...» Ну, a ecли случалось выразить отношение к чьим-то промахам, он коротко сообщал о своем несогласии — и конец...*

Л. В. Чхаидзе:

— 1969 год, идет международный симпозиум в Ереване по вопросам управления, в том числе управления в живом организме. Наша делегация поставила на семинаре вопрос о теории управления движениями: какие есть в мире теории, кто и как ими пользуется? В зале американцы, французы, немцы, швейцарцы, даже перс один был. Поднимается американский физиолог и говорит: «Ну что за вопрос поставлен? Бернштейн же ваш соотечественник? Так вот, мы его теорией и пользуемся: наличие многоуровневых колец, которые управляют движением. Нет другой теории и быть не может». Так и не получилось дискуссии...*

И. М. Фейгенберг:

— Множеству людей было важно прийти к Николаю Александровичу, чтобы поделиться с ним своими мыслями, сомнениями. Вокруг него в конце 50?х годов собралась довольно большая группа молодежи — медики, геологи, математики, и всем было с ним интересно. Он умел жестоко критиковать, но эта критика никогда не была такой, после которой уходишь с чувством «Ну и дурак же я!»: его критика наталкивала на новые мысли, и он не то чтобы давал тебе эту мысль (которая пришла ему в голову!), а заставлял чувствовать себя так, как будто ты сам до нее додумался. Это, мне кажется, самая сложная задача педагога, и Николай Александрович таким мастерством владел в совершенстве...*

Б. С. Кулаев:

— Мне довелось присутствовать на выступлении Норберта Винера, которое, как помнится, состоялось в Коммунистической аудитории МГУ на Моховой, где сейчас факультет журналистики. Сложилось впечатление, что для него одной из важнейших причин поездки в нашу страну была возможность встречи с Николаем Александровичем. Он все время отмечал (а Николай Александрович в тот день переводил,— не явилась переводчица почему-то...), что «в то время, когда я занимался такими-то вопросами, мистер Бернштейн делал то-то», что познакомился с «замечательными работами мистера Бернштейна» слишком поздно. Винер вполне ясно дал понять, что считает Николая Александровича первооткрывателем...*

Л. Л. Шик:

— Вот Сеченов описывает Гельмгольца так, что в разговоре с ним каждый не то чтобы робел, а просто было всем ясно, что разговаривают с гением. Думаю, что у каждого, кто разговаривал с Николаем Александровичем, было подобное чувство: что он существо из какого-то иного измерения. У меня, во всяком случае, оно возникало всегда. Что это человек иного класса мышления. Что если существуют какие-то общепринятые представления о той комбинации врожденных свойств и тонкости интеллекта, образованности и целеустремленности и прочих свойств, отмечающих гения,— все это есть у него...*