Законы и Процессы
Гомеостатической Деятельности Мозга
«Законы Гомеостаза» как основа для нового направления в развитии «Интеллектуальной Революции ХХ1 века»
Константин Бравый,
Центр Науки и Технологий, Ашдод, Израиль
1. Введение:
Интерес к исследованию процессов управления и связи в сложных системах возник под воздействием идей великого американского ученого Норберта Винера и его «Кибернетики» [1]. В русле Кибернетики стали бурно развиваться общая теория систем [2,3] и теория оптимизации и исследования операций [4,5,6], которые уже к началу 80-х годов позволили определить объект исследования, предмет исследования и специфические методы исследования Кибернетики. Важные научные результаты к этому времени были получены в области биокибернетики [7,8] и экономической кибернетики [9]. В то же время Кибернетика, как известно, до сих пор не приобрела облик сложившейся науки. Это объясняется тем, что Кибернетика не имеет своих строгих законов управления, подобных законам термодинамики, которые действуют в области энергетики, или законам природы, которые действуют в области физики элементарных частиц.
В 1988 году автор опубликовал статью о закономерностях управления поведением целенаправленных систем [10]. В этой статье автор предложил математическое описание процессов управления поведением сложных технических и организационно-технических систем. После 1988 года автор продолжил свои научные исследования в области Кибернетики и Теории Систем и сосредоточил свое внимание на исследовании законов и процессов бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности биологических систем.
В предлагаемой статье обсуждается феномен гомеостатической деятельности мозга как основополагающий принцип действия универсальных законов управления процессами жизнедеятельности сложных технических, организационно- технических и биологических систем. Предложено описание процесса обеспечения жизнеспособности сложных систем. Сформулированы законы обеспечения жизнеспособности биологических систем («Законы Гомеостаза»). Отмечается, что открытие Законов Гомеостаза является основой для нового направления в развитии системных исследований. Обсуждается состояние и перспективы развития Разумных Управляющих Систем (РУС), которые функционируют на основе формализации процесса бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма. Показано преимущество РУС по сравнению с Экспертными Системами, которые функционируют на основе формализации сознательной деятельности экспертов в различных сферах. Показано, что благодаря открытию Законов Гомеостаза человечество сегодня находится на третьем завершающем этапе «Интеллектуальной революции ХХ1 века», которая открывает новую эпоху в развитии мирового сообщества.
2. Феномен бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма
2.1 Сознание. Подсознание. Сверхсознание.
Очевидно, что говорить о бессознательной деятельности мозга не имеет смысла без четкого определения известных терминов «сознание», «подсознание» и «сверхсознание». Автор считает, что определение этих терминов наиболее строго представлено в работе академика П.В. Симонова [11].
По мнению академика, «сознание» – это такое знание, которое может быть передано другим членам сообщества.
К Подсознанию, по мнению академика П.В. Симонова, прежде всего, относятся
хорошо автоматизированные и потому переставшие осознаваться навыки. В сферу подсознания входят глубоко усвоенные субъектом социальные нормы, регулирующая функция которых переживается как «голос совести», «зов сердца» или «веление долга». К подсознанию академик Симонов относит также те проявления интуиции, которые не связаны с порождением новой информации, а предполагают лишь использование ранее накопленного опыта. Более того, по П.В. Симонову даже «Сверх-Я» Зигмунда Фрейда, безусловно, отличное от биологических влечений, целиком принадлежит сфере подсознания и не может рассматриваться как аналог сверхсознания.
Деятельность Сверхсознания (творческой интуиции), по мнению Симонова, обнаруживается в виде первоначальных этапов творчества, которые не контролируются сознанием ни при каких условиях.
Сверхсознание не относится к чисто случайному рекомбинированию хранящихся в памяти следов. Сверхсознание производит первичный отбор возникающих рекомбинаций и предъявляет сознанию только те из них, которым присуща известная вероятность их соответствия реальной действительности.
Сверхсознание (интуиция) всегда «работает» на удовлетворение потребности, устойчиво доминирующей в иерархии мотивов данного субъекта.
Материал для своей деятельности Сверхсознание черпает и в осознанном опыте и в резервах Подсознания. Тем не менее, в Сверхсознании содержится нечто именно «сверх», то есть нечто большее, чем сфера собственного сознания. Это «Сверх» - принципиально новая информация, не вытекающая из ранее полученных знаний.
Поскольку Сверхсознание питается материалом, накопленным Сознанием и частично зафиксированным в Подсознании, оно не может породить гипотезу совершенно «свободную» от этого опыта. Именно поэтому Человечество берется за решение только тех задач, к которым оно относительно подготовлено.
И, наконец, если Подсознание защищает сознание от излишней работы и психологических перегрузок, то неосознаваемость творческой интуиции есть защита от преждевременного вмешательства сознания и от давления ранее накопленного опыта.
2.2 Две стороны одного мозга
Этот раздел подготовлен на основе ряда работ профессора Вадима Ротенберга, который занимается исследованием «правополушарной» и «левополушарной» деятельности мозга [12, 13 ].
Открытие межполушарной функциональной асимметрии мозга было такой же революцией в физиологии и психологии, как открытие деления атомного ядра — в физике. Она началась, как известно, со смелой операции, в процессе которой Нобелевский лауреат Р. Сперри рассек все основные нервные связи, соединяющие полушария, у больного, страдающего эпилепсией. Разумеется, это было предпринято не в научных целях — предполагалось, что такое разъединение полушарий предотвратит распространение судорожной активности по всему мозгу и избавит пациента от больших судорожных припадков. Но выявленные после операции общие закономерности работы мозга и возникшие в связи с этим проблемы не только конкретно-научного, но и философского характера оттеснили на задний план те практические задачи и прикладные результаты, ради которых была поначалу предпринята операция.
Оказалось, что левое полушарие полностью сохраняет способность к речевому общению и к манипулированию другими условными, но строго формализованными знаками. Оно хорошо понимает обращенную к нему речь, как устную, так и письменную, и дает грамматически правильные ответы. Оно свободно оперирует цифрами и математическими формулами в пределах формальной логики и ранее усвоенных правил. Но оно, в отличие от правого полушария, не различает интонации речи и модуляции голоса, нечувствительно к музыке (хотя и может выделить в звуках определенный устойчивый ритм) и плохо справляется с распознаванием сложных образов, не поддающихся разложению на простые элементы.
Спецификой «правополушарного» мышления многие авторы считают готовность к целостному и одномоментному восприятию мира со всеми его составными элементами. С «левополушарным» мышлением связывается, напротив, способность к последовательному, ступенчатому познанию, которое носит соответственно аналитический, а не синтетический характер. При этом целостность и одномоментность восприятия приобретают существенное значение и отличают правое полушарие от левого только при восприятии сложных объектов. Только целостное восприятие мозаики или калейдоскопической картины, в которых каждый элемент связан со многими другими, и связан не единичными и строго определенными, а множественными и в силу этой множественности «размытыми» связями,— только такое восприятие приносит то новое качество, которое отличает стратегию правополушарного мышления от стратегии левополушарного. Целостное же восприятие цепи, сложенной из сходных звеньев, ничего не добавляет к ее анализу, даже если отдельные звенья несколько отличаются от остальных.
В природе вещей и природе человеческих отношений ничто не существует само по себе, все явления связаны друг с другом многочисленными, хотя зачастую и трудноуловимыми, связями. Но для активного взаимодействия с миром необходимо представлять все эти соотношения в виде упорядоченной и логически стройной системы. А для этого из всех бесчисленных связей между многогранными предметами и явлениями нужно целенаправленно отобрать только немногие — внутренне непротиворечивые, сущностно значимые для упорядоченного анализа. Благодаря этому создается относительно простая и «удобная в обращении» модель реальности. Такова стратегия левого полушария, которая сегодня широко применяется на практике.
Особенностью пространственно-образного мышления является одновременное «схватывание» всех имеющихся связей. Это обеспечивает восприятие мира во всей полноте его многообразия и сложности. Отдельные элементы реальности, «грани» образов взаимодействуют друг с другом сразу во многих смысловых плоскостях. При этом существенно, что некоторые такие связи с точки зрения обыденного здравого смысла могут быть взаимоисключающими. В таком контексте образ (или символизирующее его слово) приобретает многозначность. Естественным примером здесь является связь образов в сновидениях. Когда мы видим сновидение, мы часто не сомневаемся в его важности и значимости и обычно целиком вовлечены в переживания, которые, как нам кажется, связаны с сюжетом сновидения. Но вот мы проснулись и еще прекрасно помним его сюжет. Мы излагаем его знакомым со всеми подробностями и с удивлением обнаруживаем, что ни у слушателей, ни даже у нас самих сюжет этот не вызывает такой заинтересованности, какую мы испытывали, пока сновидение еще длилось. При пересказе исчезло нечто очень важное, что не определяется сюжетом, и примечательно, что мы еще какое-то время переживаем это «нечто», но не в состоянии выразить его в связном рассказе. Эта несводимость образного контекста к формально-логическому и является предпосылкой к выводу о том, что образное мышление может частично или полностью протекать на неосознаваемом уровне, ибо само сознание неразрывно связано с речью.
Таким образом, в последние годы становится все более очевидно, что существующий формально-логический подход, реализованный на базе «левополушарной» деятельности мозга, годен лишь для решения простых задач. Для решения сложных задач управления возникает острая потребность формализовать и эффективно использовать возможности образного мышления, которое реализуется на базе «правополушарной» деятельности мозга и позволяет значительно усилить интеллектуальные возможности Человека.
2.3 Определение понятия «Над-Сознание»
Отметим, что «гомеостатическая деятельность мозга» - это бессознательная деятельность мозга в области обеспечения жизнеспособности организма. Тогда,
опираясь на работы академика П.В. Симонова (см. п. 2.1), можно показать принципиальное отличие гомеостатической деятельности мозга от «Сознания», «Подсознания» и «Сверхсознания».
Очевидно, что история развития мирового сообщества непосредственно связана с накоплением опыта и знаний, которые в совокупности определяют содержание сознательной деятельности Человека. Тогда, во-первых, можно считать, что гомеостатическая деятельность мозга – это такая деятельность, которая осуществляется вне зависимости от опыта и знаний, приобретенных Человеком. Другими словами, содержание и качество гомеостатической деятельности мозга современного человека не отличается от содержания и качества этого процесса у первобытного человека, обезьяны и других сложных биологических систем.
Во-вторых, гомеостатическая деятельность мозга не опирается на механизмы Подсознания, тесно связанные с навыками или социальными нормами, которые хорошо автоматизированы и потому перестали осознаваться Человеком.
В-третьих, гомеостатическая деятельность мозга в отличие от Сверхсознания не питается материалом, накопленным Сознанием и частично зафиксированным в Подсознании. Это позволяет утверждать, что гомеостатическая деятельность мозга – это особый вид деятельности мозга, которая принципиально отличается от «Сознания», «Подсознания» и «Сверхсознания».
Уникальность гомеостатической деятельности мозга заключается в том, что она осуществляется по законам поддержания внутренней среды в организме биологических систем. Тогда, если считать, что процесс поддержания внутренней среды в организме биологических систем – это процесс обеспечения жизнеспособности организма, то гомеостатическая деятельность мозга – это особый вид деятельности мозга, которая осуществляется по законам природы в области обеспечения жизнеспособности биологических систем.
С другой стороны, опираясь на работы профессора В. Ротенберга, (см. п. 2.2), автор пришел к заключению о том, что гомеостатическая деятельность мозга осуществляется по правилам правополушарной деятельности. Это заключение автора основано на том, что гомеостатическая деятельность мозга не нуждается в выявлении логических связей для построения модели реальности, так как она сама объективная реальность, которая осуществляется по законам природы в области обеспечения жизнеспособности биологических систем.
Заключение автора о правилах гомеостатической деятельности мозга позволяет выдвинуть гипотезу о том, что это правополушарная деятельность мозга. Доказательством справедливости предложенной гипотезы является, например, то, что человек, потерявший Сознание, которое в основном связано с левополушарной деятельностью мозга, продолжает жить в то время как прекращение деятельности мозга является основным признаком смерти человека. Это позволяет сделать вывод о том, что признаком смерти человека является прекращение деятельности мозга в области поддержания внутренней среды в организме биологических систем. Отсюда с большой долей уверенности можно утверждать, что гомеостатическая деятельность мозга - это особый вид правополушарной деятельности, которая осуществляется по законам природы в области обеспечении жизнеспособности организма.
Феномен гомеостатической деятельности мозга состоит в том, что формализация этого вида бессознательной деятельности мозга является основой для управления процессами жизнедеятельности сложных технических и организационно-технических систем по законам обеспечения жизнеспособности биологических систем. Это новое направление в развитии «Сознания» получило условное наименование «Над- Сознание».
3. Процессы обеспечения жизнеспособности сложных систем
3.1 Свойство жизнеспособности сложных систем
Будем изучать такие сложные системы, которые включают орган управления, средства управления и объект управления. Объект управления представляет собой функциональную подсистему сложной системы. Примером объекта управления в простейшем случае может быть энергетическая, авиационная или другая техническая система. Орган управления процессами жизнедеятельности объекта управления, по мнению автора, предназначен для анализа фактического состояния объекта управления и формирования управляющих воздействий, необходимых для компенсации случайных факторов, воздействующих на поведение объекта управления. Примером органа управления могут быть менеджеры, которые определяют порядок обслуживания и эксплуатации оборудования промышленных предприятий. Примером средств управления может быть эксплуатационный персонал, который выполняет операции, необходимые для обеспечения постоянной готовности и эффективного применения оборудования в пределах его жизненного цикла. Комплекс случайных факторов, воздействующих на поведение объекта управления в общем случае включает систему эндогенных случайных факторов, определяющих техническое состояние объекта управления, и систему экзогенных случайных факторов, определяющих влияние внешней среды на выполнение объектом своих функций. Тогда, жизнеспособность – это специфическое свойство организационно-технической системы, которое характеризуется способностью органа управления и средств управления обеспечивать жизнедеятельность объекта управления в реальных условиях его существования в пределах его жизненного цикла.
3.2 Èíôîðìàöèîííàÿ ìîäåëü ïðîöåññà îáåñïå÷åíèÿ æèçíåñïîñîáíîñòè ñëîæíûõ ñèñòåì
Жизнь сложной системы, по мнению автора, – это процесс ее выживания, самосохранения и устойчивого функционирования во внешнем мире. Условия существования объекта управления определяются внутренним состоянием объекта и влиянием внешней среды на выполнение объектом своих функций. Современные технические системы, как правило, характеризуются высокими показателями надежности и устойчивости функционирования (робастности) по отношению к случайным факторам, определяющим условия выполнения системой своих функций. В то же время, с одной стороны, у сложной технической системы всегда существуют скрытые дефекты, которые еще не привели к явным нарушениям функций технической системы. С другой стороны, для эффективного применения сложной технической системы, как правило, появляется необходимость в переключении диапазонов компенсации случайных факторов, определяющих условия выполнения системой своих функций. Все это приводит к тому, что сложные системы, как правило, включают орган управления, необходимый для компенсации всех возможных случайных факторов, которые могут воздействовать на поведение объекта управления, и средства управления, необходимые для реализации методов управления, формируемых органом управления. Другими словами, задачи выживания, самосохранения и устойчивого функционирования сложной технической системы в реальных условиях ее существования реализуются в рамках организационно- технической системы.
Сложная биологическая система, подобно организационно- технической системе, включает мозг с разветвленной нервной системой и организм, выполняющий физиологические функции биологической системы. Процесс жизнедеятельности организма сложной биологической системы в реальных условиях ее существования реализуется на основе бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма. Тогда информационную модель жизни сложных систем, которые включают объект управления, средства управления и орган управления, в общем случае можно представить следующим образом. Орган управления запрашивает информацию о состоянии объекта управления. Объект управления по запросу органа управления выдает информацию о текущем значении определяющих параметров, характеризующих процесс функционирования объекта. Орган управления обрабатывает эту информацию и вырабатывает управляющие воздействия, необходимые для обеспечения жизнеспособности объекта управления с учетом его фактического состояния на любой момент времени в пределах его жизненного цикла.
3.3 Ïðîöåññ îáåñïå÷åíèÿ æèçíåñïîñîáíîñòè ñëîæíûõ òåõíè÷åñêèõ ñèñòåì
Любую сложную техническую систему автор рассматривает как живой организм, который объективно стремится к выживанию, самосохранению и устойчивому функционированию во внешнем мире. Будем считать, что выживание – это процесс предотвращения аварий и разрушений технической системы. Тогда очевидно, что выживание технической системы обеспечивает дежурный персонал промышленных предприятий. Процесс функционирования технической системы характеризуется множеством параметров, которые могут находиться в пределах допусков, если система исправна, или вне пределов своих допусков, если система неисправна. Тогда самосохранение - это процесс технического обслуживания и ремонта, необходимый для сохранения исправности технической системы в пределах ее жизненного цикла. Очевидно, что сохранение исправности технической системы обеспечивает инженерно- технический персонал. Устойчивое функционирование технической системы в процессе ее применения обеспечивает операционный персонал, например, летчики самолетов гражданской авиации. И, наконец, устойчивое функционирование технической системы на мировом рынке обеспечивают менеджеры промышленных предприятий. Таким образом, процесс обеспечения жизнеспособности сложной технической системы включает все фазы жизни этой системы.
Примем, что на поведение реальной технической системы всегда действуют факторы, которые предусмотрены в технологическом процессе выполнения ею своих функций, и «случайные факторы», которые не предусмотрены в технологическом процессе. Тогда процесс обеспечения жизнеспособности сложных технических систем можно рассматривать как процесс эффективного использования функциональных возможностей технической системы на основе своевременной компенсации случайных факторов, характеризующих внутреннее состояние технической системы и влияние внешней среды на выполнение системой своих функций.
3.4 Ïîêàçàòåëè æèçíåñïîñîáíîñòè ñëîæíûõ ñèñòåì
Качество сложной технической системы, как объекта управления, определяется кибернетическими свойствами наблюдаемости, управляемости и устойчивости функционирования технической системы в реальных условиях ее существования. Качество органа управления, по мнению автора, определяется его компенсаторными способностями по отношению к случайным факторам, воздействующим на поведение объекта управления.
Жизнеспособность организационно-технической системы характеризуется способностью органа управления и средств управления обеспечивать выживание, самосохранение и устойчивое функционирование объекта управления в пределах его жизненного цикла. При этом кибернетические свойства технической системы характеризуются показателями, достигнутыми на стадии создания объекта управления. Компенсаторные способности органа управления определяются показателями, достигнутыми на стадии создания органа управления. Тогда очевидно, что показатели жизнеспособности организационно- технической системы определяются априорными показателями качества объекта управления, априорными показателями качества органа управления и апостериорными показателями качества средств управления в области обслуживания и эксплуатации технической системы.
Априорные показатели качества объекта управления – это показатели наблюдаемости, управляемости и устойчивости функционирования объекта управления в реальных условиях его существования. Наиболее полно свойства наблюдаемости, управляемости и устойчивости функционирования сложных динамических систем представлены в работах академика А.А. Воронова [14]. С учетом научных результатов А.А. Воронова примем, что устойчивость – это свойство, которое характеризует способность объекта управления сохранять свои функциональные характеристики в реальных условиях его существования. Наблюдаемость – это свойство, которое характеризует способность объекта управления выдавать достоверную информацию о своем состоянии. Управляемость – это свойство, которое характеризует способность объекта управления за фиксированный промежуток времени переходить из одного фиксированного состояния в другое фиксированное состояние.
На основе работы автора [10] можно определить, что компенсаторные способности органа управления характеризуются его способностью запрашивать достоверную информацию о состоянии объекта управления, продолжительностью формирования управляющих воздействий, необходимых для компенсации случайных факторов, определяющих условия существования объекта управления, и периодичностью поступления задач управления, возникающих в процессе обеспечения жизнеспособности организационно-технических систем. И, наконец, показатели качества средств управления определяются продолжительностью реализации управляющих воздействий, формируемых органом управления для компенсации случайных факторов, определяющих условия существования объекта управления.
Таким образом, мы определили показатели, характеризующие процесс обеспечения жизнеспособности сложных технических и организационно-технических систем и можем перейти к описанию закономерностей обеспечения жизнеспособности биологических систем.
4. Çàêîíû îáåñïå÷åíèÿ æèçíåñïîñîáíîñòè áèîëîãè÷åñêèõ ñèñòåì
На основе математического описания процесса обеспечения жизнеспособности сложных технических систем [10] автор установил неизвестную ранее закономерность, через которую проявляются законы поддержания внутренней среды в организме биологических систем («Законы Гомеостаза»).
«Основной Закон Гомеостаза». Теоретически установлена неизвестная ранее закономерность, заключающаяся в строгой математической зависимости жизнеспособности биологической системы (I) от кибернетических свойств организма этой системы (C), которые характеризуются наблюдаемостью (O), управляемостью (M) и устойчивостью функционирования (S) организма в реальных условиях его существования (Z), а также от компенсаторных способностей гомеостатического мозга (K) по отношению к эндогенным случайным факторам (Х), характеризующим состояние здоровья организма, и экзогенным случайным факторам (У), определяющим влияние внешней среды на выполнение физиологических функций организма.
I = F1 (C, K, Z ),
В = F2 ( O, M, S), K = F3 (K( Х ), K(У)), Z = ( Х, У )
Автор показал, что с увеличением показателей, характеризующих свойства наблюдаемости (O), управляемости (M) и устойчивости (S) организма, и компенсаторных способностей (K) гомеостатического мозга биологической системы по отношению к случайным факторам, определяющим состояние здоровья организма (X) и условия его существования (Y), показатель жизнеспособности этой системы возрастает. И, наконец, автор предложил простые оптимизационные модели, которые характеризуют функциональные зависимости между вышеуказанными показателями, характеризующими качество процесса обеспечения жизнеспособности сложных биологических систем, и показателями, характеризующими качество операций, составляющих процесс обеспечения жизнеспособности конкретной биологической системы:
· Зависимость наблюдаемости организма ( O ) от полноты информации ( П ), которую организм выдает гомеостатическому мозгу о состоянии своего здоровья, O = f1 ( П );
· Зависимость управляемости организма ( M ) от инерционности ( И ) организма по отношению к управляющим воздействиям гомеостатического мозга, M = f2 (1 - И );
· Зависимость устойчивости функционирования организма ( S ) от способности биологической системы продолжать выполнение своих функций ( Г ) при возникновении явных нарушений состояния здоровья организма, S = f3 ( Г );
· Зависимость компенсаторных способностей гомеостатического мозга (K) от полноты информации ( З ), которую гомеостатический мозг запрашивает о состоянии здоровья организма, продолжительности ( Ш ) формирования управляющих воздействий, необходимых для компенсации случайных факторов, воздействующих на поведение организма, и периодичности ( Т ) возникновения задач компенсации этих факторов, С = f4 ( З, Ш, Т ).
На основе математического описания этих зависимостей, автор сформулировал 4 частных закона гомеостаза, которые определяют условия реализации максимальных функциональных возможностей биологической системы и устанавливают неизвестные ранее устойчивые связи между свойствами функциональных элементов гомеостатической системы управления таких как: гомеостатический мозг, подсистема внутреннего медицинского обслуживания организма и подсистема управления процессами функционирования организма.
Автор показал, что математическое описание закономерностей, через которые проявляются Законы Гомеостаза, является основой для формализации алгоритмов управления процессами обеспечения жизнеспособности сложных технических и организационно- технических систем.
5. Ïàðàäèãìà æèçíåñïîñîáíîñòè
Парадигма, как известно, – это теория (модель, система взглядов или тип постановки проблемы), принятая в качестве образца решения другой исследовательской задачи, которая на первый взгляд с этой теорией или системой взглядов никак не связана. В этом смысле «парадигма жизнеспособности» – это утверждение о том, что процесс бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма - это образец для сознательной деятельности человека в области управления процессами жизнедеятельности производственных, социально-экономических и общественно- политических систем [15].
Достоверность этой «парадигмы жизнеспособности» определяется тем, что:
· Процесс обеспечения жизнеспособности сложных технических систем, организационно- технических систем и биологических систем – это процесс обработки информации о состоянии многопараметрических объектов и формирования рекомендации для обеспечения жизнедеятельности этих объектов в пределах их жизненного цикла;
· Операции, которые реализуются в процессе бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма, совпадают с операциями обслуживания и эксплуатации сложных технических систем.
· Управление процессами жизнедеятельности производственных, социально- экономических и общественно- политических систем - это процесс обеспечения жизнеспособности организационно- технических систем.
Процесс бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма осуществляется в рамках гомеостатической системы управления, которая обладает преимуществами централизованной системы управления и децентрализованной системы управления и лишена недостатков всех ранее известных систем управления.
Практическое значение открытия «парадигмы жизнеспособности» сложных систем определяется тем, что появляется возможность использовать математическое описание процесса бессознательной деятельности мозга, который осуществляется по законам природы, для решения задач управления в различных сферах. На этой основе мы создали Оптимальные Параметрические Системы Управления (ОПСУ), которые позволяют минимизировать финансовые потери промышленных предприятий из-за запоздалых, неправильных или неоптимальных действий в области управления процессами жизнедеятельности сложных технических и организационно-технических систем. Экономический эффект от использования ОПСУ определяется тем, что эта система управления позволяет компенсировать любое отклонение реального процесса управления поведением сложной системы от идеального процесса управления, которое ведет к гуманитарным или финансовым потерям организационно-технических систем.
6. Îáëàñòè íàó÷íîãî èñïîëüçîâàíèÿ çàêîíîâ ãîìåîñòàòè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè ìîçãà
Автор показал, что Законы Гомеостаза позволяют предложить модели управления процессами жизнедеятельности производственных, социально-экономических и общественно- политических систем, которые, подобно биологическим системам, объективно стремятся к выживанию, самосохранению и устойчивому функционированию во внешнем мире.
Анализ процесса обеспечения жизнеспособности биологических систем позволил автору определить содержание теории обеспечения жизнеспособности сложных систем, которые объективно стремятся к выживанию, самосохранению и устойчивому функционированию во внешнем мире.
Объект исследования теории жизнеспособности – это сложные системы, которые включают орган управления, средства управления и объект управления, на поведение которого воздействуют эндогенные случайные факторы, определяющие внутреннее состояние объекта управления, и экзогенные случайные факторы, определяющие влияние внешней среды на выполнение объектом своих функций.
Предмет исследования теории жизнеспособности – это процесс обеспечения жизнеспособности сложных систем, которые являются объектом исследования этой теории.
Законы жизнеспособности – это объективные законы природы в области обработки информации о состоянии объекта управления и формирования управляющих воздействий для решения следующих задач управления:
· Обеспечения жизнеспособности сложных технических систем;
· Медицинского обслуживания биологических систем;
· Управления процессами жизнедеятельности сложных технических производственных, социально-экономических и общественно- политических систем.
Таким образом, открытие Законов Гомеостаза является основой для нового направления в развитии Кибернетики и Теории Систем, Management Theory, Computer Science, Industrial Sciences, Life Science, Medicine, Social Sciences, Political Sciences and Futurology.
7. Новые технические решения в области искусственного интеллекта
7.1 Разумные Управляющие Системы
Математическое описание закономерностей, через которые проявляются Законы Гомеостаза обеспечили возможность разработки Разумных Управляющих Систем (РУС), которые функционируют на основе формализации бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма [16,17,18].
РУС принципиально отличаются от хорошо известных Экспертных Систем, которые функционируют на основе формализации сознательной деятельности экспертов в различных сферах.
Основные преимущества Разумных Управляющих Систем (РУС) по сравнению с известными Экспертными Системами состоит в следующем:
· РУС распознают скрытые дефекты, которые еще не привели к нарушению функций сложных технических систем, а СИИ распознают только явные отказы сложных систем;
· РУС своевременно распознают все возможные состояния сложных технических систем, например, аварийное, пред- аварийное, состояние неправильного функционирования, состояние неработоспособности и состояние износа, которые порождаются аварийными, пред- аварийными, явными, скрытыми и износовыми отказами;
· РУС формируют рекомендации для оптимального управления процессами жизнедеятельности сложных технических систем с учетом их фактического технического состояния.
Разумных Управляющих Систем имеют значительные преимущества по сравнению с естественным мозгом современного человека:
· РУС работают в более широком диапазоне случайных факторов, воздействующих на поведение биологических систем, по сравнению с естественным мозгом человека (этим объясняется потребность в системах внешнего медицинского обслуживания человека);
· РУС обеспечивают жизнеспособность реальных физических объектов различной природы (энергетических, авиационных, биологических и других);
· РУС обеспечивают выбор наиболее эффективных решений для управления процессами функционирования и развития социально-экономических и общественно-политических систем.
Таким образом, РУС – это необходимое дополнение естественного мозга человека для обеспечения его рациональной деятельности в современном пост- индустриальном мире. Экономический эффект от использования Разумных Управляющих Систем заключается в том, что РУС позволяют значительно сократить гуманитарные и финансовые потери промышленных предприятий, возникающие из-за запоздалых, неправильных или неоптимальных действий в различных отраслях современной индустрии.
7.2 Состояние развития Разумных Управляющих Систем
В бывшем Советском Союзе технология обеспечения жизнеспособности сложных технических систем была использована для оптимизации процессов диагностики, обслуживания и эксплуатации зенитных ракетных комплексов различных типов, бортовой системы предупреждения столкновений самолетов «Эшелон», системы посадки самолетов «Курс – МП-70» и системы навигации и посадки космического корабля «Буран».
В Израиле под руководством автора завершена разработка Оптимальной Параметрической Системы для обеспечения готовности и безопасности самолетов. Разработаны компьютерные модели Умных Советующих Систем для оптимального обслуживания и эксплуатации сложного производственного оборудования в различных отраслях современной индустрии. Разработан функциональный механизм Умной Советующей Системы в области диагностики, обслуживания и эксплуатации энергетических паровых турбин. Экспериментальный образец Советующей Системы в области диагностики паровых турбин прошел испытания в процессе анализа причин поломки лопаток в проточной части турбины 228МВ. В процессе испытаний Советующая Система выявила поломку лопаток проточной части турбины на 2,5 часа раньше, чем это мог сделать персонал электростанции. Это объясняется тем, что Советующая Система распознала поломку лопаток по отклонению текущего значения параметров температуры пара за цилиндром и давления пара перед цилиндром относительно нормативного значения этих параметров, а дежурный персонал электростанции распознавал поломку лопаток по резкому увеличению вибрации турбины. Разработана Консультирующая Система для выявления скрытых дефектов паровых турбин («Ленакс – Turbine1,0»). Консультирующая Система типа «Ленакс» была установлена на рабочем месте инженера по экономичности тепловой электростанции. Опытная эксплуатации Консультирующей Системы показала возможность измерения финансовых потерь электростанции из-за скрытых дефектов паровой турбины без дополнительных приборов и расчетов, которые обычно используются при проведении тепловых испытаний паровых турбин.
7.3 Перспективы развития Разумных Управляющих Систем
Разработка и освоение Разумных Управляющих Систем позволили автору предложить концепцию «Разумных Индустриальных Систем». В соответствии с этой концепцией Разумные Индустриальные Системы включают саму индустриальную систему, систему измерения и отображения параметров, характеризующих процесс функционирования индустриальной системы, и Умную Советующую Систему в области диагностики, обслуживания и эксплуатации оборудования промышленных предприятий. Тогда становится ясно, что разумные индустриальные системы – это такие сложные системы, которые осуществляют самодиагностику и самостоятельно определяют кто, что, когда и как должен делать для успешного функционирования сложной системы в пределах ее жизненного цикла.
В информационном смысле Разумные Индустриальные Системы принципиально отличаются от естественных биологических систем только в том, что мозг искусственной системы – это Разумная Управляющая Система, которая обрабатывает информацию о параметрах, характеризующих процесс функционирования технической системы, и формирует управляющие воздействия, необходимые для компенсации случайных факторов, воздействующих на поведение этой системы.
Ожидаемая выгода от освоения Разумных Индустриальных Систем в различных отраслях современной индустрии заключается в том, что они позволяют значительно сократить огромные финансовые потери промышленных предприятий из-за запоздалых, неправильных или неоптимальных действий в области обслуживания и эксплуатации оборудования этих предприятий.
8. Интеллектуальная революция ХХ1 века
В рамках теории жизнеспособности показано, что мировое сообщество сегодня находится на третьем завершающем этапе развития Интеллектуальной революции ХХ1 века. Наиболее яркими признаками первого этапа Интеллектуальной революции, как известно, были «Интернет» и глобализация мировой экономики; второго этапа - Экспертные Системы и глобальные процессы развития высшего образования. Наиболее яркими признаками третьего этапа развития Интеллектуальной революции по результатам наших исследований будут Разумные Управляющие Системы и процессы глобальных преобразований в современной индустрии и в общественной сфере. Завершение «Интеллектуальной революции ХХ1 века» открывает новую эпоху в развитии мирового сообщества. Отличительным признаком новой эпохи по сравнению со всеми предыдущими этапами развития мирового сообщества является то, что Человек впервые получит возможность использовать огромный потенциал бессознательной деятельности мозга для решения задач управления в различных сферах. Ранее развитие мирового сообщества осуществлялось на основе опыта и знаний, которые передавались из поколения в поколение и определяли возможности выживания, самосохранения и устойчивого функционирования мирового сообщества на каждом этапе.
9. Заключение:
В статье обсуждаются научные и научно-практические результаты автора и его учеников в области обеспечения жизнеспособности сложных систем. Основными результатами исследований и разработок автора являются следующие:
· Показано принципиальное отличие гомеостатической деятельности мозга от деятельности «Сознания», «Подсознания» и «Сверх - Сознания».
· Установлено, что гомеостатическая деятельность мозга осуществляется по правилам правополушарной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности сложных биологических систем.
· Показано, что формализация процессов гомеостатической деятельности мозга открывает возможность управления поведением организационно-технических систем по законам обеспечения жизнеспособности биологических систем. Этот вид деятельности Человека в предлагаемой работе получил наименование «Над- Сознание».
· Отмечается, что «Над- Сознание» - это особый вид бессознательной деятельности Человека, которая должна осуществляться под контролем «Сознания».
· Предложено описание процесса обеспечения жизнеспособности сложных технических, организационно-технических и биологических систем.
· Сформулированы законы обеспечения жизнеспособности сложных биологических систем («Законы Гомеостаза»).
· Приведено доказательство того, что процесс бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма - это образец для сознательной деятельности человека в области управления процессами жизнедеятельности технических и организационно-технических систем.
· Отмечается, что открытие Законов Гомеостаза является основой для нового направления в развитии Кибернетики и Теории Систем, Computer Science, Industrial Sciences, Life Science and Medicine, Soul Science and Psychology, Social Sciences, Political Sciences and Futurology.
· В рамках теории жизнеспособности разработаны Разумные Управляющие Системы (РУС), которые функционируют на основе формализации процесса бессознательной деятельности мозга в области обеспечения жизнеспособности организма. Технология функционирования РУС была использована для оптимизации процессов диагностики, обслуживания и эксплуатации зенитных ракетных комплексов различных типов, бортовой системы предупреждения столкновений самолетов «Эшелон» и системы навигации и посадки орбитального космического корабля «Буран».
· Разработаны Оптимальные Параметрические Системы Управления, которые обладают преимуществами централизованной системы управления и децентрализованной системы управления и лишены недостатков всех ранее известных систем управления.
· Разработана концепция Разумных Индустриальных Систем, которые самостоятельно определяют кто, что, когда и как должен делать для успешного функционирования индустриальной системы в пределах ее жизненного цикла.
· Завершена разработка технического проекта Оптимальные Параметрические Систем Управления (ОПСУ) в области авиации и эскизного проекта ОПСУ в области энергетики, космоса, производства минеральных удобрений и медицины. Показано, что развитие ОПСУ позволит значительно повысить производительность труда и нормы прибыли в различных отраслях реальной экономики.
· Показано, что благодаря открытию Законов Гомеостаза мировое сообщество сегодня находится на третьем завершающем этапе развития Интеллектуальной революции ХХ1 века.
· Отмечается, что завершение Интеллектуальной революции ХХ1 века открывает новую эпоху в развитии мирового сообщества. Отличительным признаком новой эпохи по сравнению со всеми предыдущими этапами развития мирового сообщества является то, что Человек впервые получит возможность использовать огромный потенциал бессознательной деятельности мозга для решения задач управления в различных сферах.
Использованная Литература:
1. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. – М., Наука, 1983.
2. Месарович М., Мако Д., Такахара Я. Теория Иерархических Многоуров- невых Систем. – М., Мир, 1973.
3. Месарович М., Такахара Я. Общая Теория Систем: Математические Основы. - М., Мир, 1978.
4. Моисеев Н.Н. Элементы теории оптимальных систем. - М., Наука, 1975
5. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. - М., Наука, 1971.
6. Саати Томас Л. Математические модели конфликтных ситуаций. – М., Советское радио, 1977.
7. Эшби У. Росс. Конструкция мозга. Происхождение адаптивного поведения. – М., Издательство иностранной литературы, 1962.
8. Анохин П.К. Философский смысл проблемы естественного и искусственного интеллекта. В кн.: Кибернетика Живого. Человек в разных аспектах. – М., Наука, 1985.
9. Нейман Дж., Моргенштерн О. Теория игр и экономическое поведение. – М., Наука, 1970.
10. Бравый К.Л. Закономерность поведения целенаправленных систем. – Деп. ЦНТИ "Информсвязь", 1988, N 10.
11. Симонов П.В. Мозг и Творчество. – Humans.ru, Опубликовано на сервере 05.06.2002
12. Ротенберг В. С. Слово и образ – проблема контекста. Вопросы Философии,
1980, 4: 152-155.
13. Ротенберг В.С. Две стороны одного мозга и творчество. – Центр Науки и Технологий, Сборник Трудов Всеизраильской научной конференции «Интеллект и Творчество», Израиль, 2001.
14. Воронов А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. – Главная редакция физико-математической литературы, М., Наука, 1979.
15. Бравый К. Парадигма жизнеспособности. – Международный Центр Научных Исследований и Практики Творчества, Сборник Трудов 4-ой ежегодной научной конференции, Израиль, 2001.
16. Бравый К. и другие. Новый тип советующих систем для диагностики паровых турбин. В «Сборнике Трудов» Ежегодной Американской Конференции по Энергетике, 1996.
17. Бравый К., Буравлев С. Умные Системы Советников – Новое Поколение Экспертных Систем. - "Научный Израиль – Технологические достижения", Том 2, 1999.
18. Бравый К., Буравлев С. Умные Советующие Системы для повышения безопасности полетов современных самолетов. - "Научный Израиль – Технологические достижения", Том 2, 2000.
Проф. Константин Бравый,
Главный Ученый «Центра Науки и Технологий» города Ашдод,
Член Президиума Союза Ученых и Союза Инженеров - Репатриантов Израиля,
Руководитель секции «Кибернетика, Теория Систем и Искусственный Интеллект» Ученого Совета Союза Ученых-Репатриантов Израиля,
Phone/Fax: 972-8-8540815, E-mail: turbokon@netvision.net.il
Над – Сознание» - это особый вид бессознательной деятельности Человека в области управления поведением организационно-технических систем. Поведение, как известно, - это совокупность действий сложной системы, формирующихся в реальных условиях ее существования.
Отличительным признаком «Над – Сознания» является то, что управление поведением организационно-технических систем осуществляется по законам обеспечения жизнеспособности биологических систем.
Отличительным признаком бессознательной деятельности Человека в области управления поведением сложных систем является то, что эта деятельность должна осуществляться под контролем «Сознания».
10.01.2006
(опубликована на сервере 10.01.2006)
