Хаос. Создание новой науки - Джеймс Глик

Хаотическая гармония. Взаимодействие различных ритмов, таких как радиочастоты или планетарные орбиты, производит особую версию хаоса. На рисунках представлены компьютерные изображения некоторых «аттракторов», которые могут возникнуть при наложении друг на друга трех ритмов.

Для всех явлений регуляции важным свойством является устойчивость – способность системы противостоять малым возмущениям. Для биологических объектов не менее важна гибкость, то есть способность системы нормально функционировать в целом диапазоне частот. Синхронизация с одной-един-ственной частотой может воспрепятствовать адаптации системы к изменениям, так как живые организмы должны гибко реагировать на быстро меняющиеся и непредсказуемые обстоятельства. Ни один сердечный или дыхательный ритм не может быть сведен к точным периодичностям простейших физических моделей, причем это касается и более трудноуловимых ритмов остальных систем организма. Некоторые исследователи, в том числе Эри Голдбергер из Гарвардской медицинской школы, предположили, что здоровая динамика жизненных процессов задается физическими фрактальными структурами, такими как разветвляющиеся сети бронхов в легких и проводящих волокон в сердце, которые обеспечивают широкий диапазон ритмов. Размышляя об аргументах Роберта Шоу, Голдбергер заметил: «Фрактальные процессы, ассоциируемые с масштабируемыми широкими спектрами частот, „информационно насыщенны“. Напротив, периодические состояния отражают узкий спектр частот и определяются монотонными, повторяющимися последовательностями, лишенными всякой информативности»[385]. Лечение подобных расстройств, как предположили Голдбергер и другие физиологи, может зависеть от расширения спектрального резерва системы, ее способности функционировать при множестве различных частот, не замыкаясь на одной из них.

Хаотические потоки. Стержень, протянутый сквозь вязкую жидкость, формирует простую волнистую форму. Но если протянуть его несколько раз, то возникают более сложные формы.

Арнольд Мэнделл, психиатр из Сан-Диего и специалист по динамике, вставший на защиту Губермана и его гипотезы о движении глаз у больных шизофренией, пошел еще дальше по пути изучения роли хаоса в физиологии. «Возможно ли, чтобы математическая патология, то есть хаос, было здоровьем? А то, что математика считает нормой, – предсказуемость и дифференцируемость – являлось болезнью?»[386] Мэнделл занялся изучением хаоса еще в 1977 году, когда обнаружил «необычное поведение» определенных ферментов в мозгу, которое удавалось объяснить, лишь используя новые методы нелинейной математики. При его поддержке были проведены аналогичные исследования колеблющихся трехмерных зацеплений между молекулами белка. Он заявлял, что подобные молекулы биологам следует рассматривать не как статические, а как динамические системы, способные к фазовым переходам. Рьяный приверженец новой дисциплины (по собственному его признанию), Мэнделл интересовался главным образом самым хаотичным из органов – мозгом. «Достижение равновесия в биологии означает смерть, – повторял он. – Если вы спросите меня, является ли мозг равновесной системой, мне будет достаточно попросить вас не думать несколько минут о слонах – и вы тут же убедитесь, что мозг отнюдь не равновесная система»[387].

По мнению Мэнделла, открытия в области хаоса сулили перемены в клинических подходах к лечению психических расстройств. Если судить объективно, современная «психофармакология» – врачевание пилюлями всего и вся, от тревожного расстройства и бессонницы до шизофрении, – должна быть признана провалом. Если и есть излечившиеся, то их совсем мало. Можно снять наиболее острые проявления душевной болезни, но каким будет долгосрочный эффект от лечения, никто не знает. Мэнделл указывал коллегам на отрицательное побочное действие целого ряда наиболее часто назначаемых препаратов[388]. Производные фенотиазина, прописываемые больным шизофренией, лишь ухудшают общую клиническую картину; трициклические антидепрессанты «увеличивают частоту смены настроения, приводя к долгосрочному росту числа рецидивов психопатологических проявлений», и так далее. Как заявил Мэнделл, только применение лития – и то лишь в определенных случаях – дает неплохой эффект.

Мэнделл считал рассматриваемую проблему концептуальной. Традиционные методы лечения этого «самого нестабильного динамического механизма с бесконечной размерностью» были линейными и редукционистскими. «Основная парадигма такова: ген → пептид → фермент → нейротрансмиттер → рецептор → поведение животного → клинический синдром → лекарственный препарат → клиническая оценка его эффективности. И такой подход определяет почти всю исследовательскую работу и лечение в рамках психофармакологии. Более пятидесяти нейротрансмиттеров, тысячи типов клеток, сложная электромагнитная природа и сплошная нестабильность порождают автономную активность на всех уровнях, начиная от белков и заканчивая электроэнцефалограммой, – а мозг все еще считается простым химическим коммутатором, соединяющим одну точку с другой!»[389] Знакомые с нелинейной динамикой не могли воспринимать это иначе как наивность. Мэнделл убеждал коллег вникнуть в подвижную геометрию, присущую таким сложнейшим системам, как мозг.

Многие другие ученые начали применять математический формализм хаоса к изучению проблемы искусственного интеллекта. В частности, динамика систем, блуждающих между «бассейнами притяжения», привлекла тех, кто искал способ моделирования символов и воспоминаний[390]. Физик, представлявший идеи как некие зоны с расплывчатыми границами, обособленные, но отчасти совпадающие, притягивающие, словно магниты, но не препятствующие движению, естественно, обращался к понятию фазового пространства с «бассейнами притяжения». Подобные модели обладали подходящими элементами: точками стабильности среди зон неустойчивости, а также областями с изменчивыми границами[391]. Их фрактальная структура предполагала как раз ту особенность бесконечного возврата к самой себе, которая лежит в основе способности разума генерировать идеи, решения, эмоции и иные проявления сознательной деятельности. Что бы ни думали о хаосе специалисты, исследующие процесс познания, они не могли больше моделировать разум как статическую структуру. Двигаясь от нейронов по восходящей, они выявили целую иерархию уровней, которая обеспечивает взаимодействие микро– и макромасштабов, столь характерное для турбулентности в жидкостях и для других сложных динамических процессов.