Слова, вынесенные в заголовок, являются частью одного из тезисов доклада о хронотопе, сделанного А.А.Ухтомским в 1925 г.: “Камень преткновения: “время психологии” и “время физики”. Хронос и часы. Именно физиологии предстоит спаять их воедино.” ( Ленинград, цит. по Аршавский, 1991). А.А.Ухтомский был первым, кто после появления теории относительности, отчетливо осознал необходимость в новых подходах к оценке физиологического времени. Принципиальной особенностью такого времени является его зависимость от геометрии и функционального состояния физиологической подсистемы, для которой оно введено. Сейчас уже наступило время, когда развитие и решение проблем физиологического времени должны внести принципиальные изменения в существующие представления о характере временной организации физиологических процессов. Речь идет о возможности использования концепции собственного времени применительно как к теоретическим построениям, так и анализу экспериментальных данных, получаемых в ходе физиологических исследований и экспериментов.

Понятие времени является настолько фундаментальным для анализа и описания систем, что в парадигме современного естествознания вопрос "что есть время?" воспринимается как вненаучный, а в лучшем случае, как наивный. В самом деле, время включено в динамику, в изучение движения, время является предметом особого рассмотрения специальной теории относительности. И тем не менее, следует отметить , что в динамическом описании, будь-то классическое или квантовое, время учитывается лишь весьма ограниченным образом - уравнения механики инвариантны относительно обращения времени. Это дало основание еще Даламберу и Лагранжу задолго до А.Эйнштейна и Г.Минковского отмечать, что время входит в динамику лишь как геометрический параметр и называть динамику четырехмерной геометрией.

Как бы то ни было, концепция времени, введенная в современную науку И.Ньютоном, стала настолько общепринятой, что о времени, как таковом, забыли, и именно это дало основание И.Пригожину, назвать его "забытым измерением" (Пригожин, 1985).

Итак, с одной стороны время - понятие, лежащее в основе научных представлений о мире, а с другой стороны, время - конкретное понятие, с которым мы все время сталкиваемся, изучая, моделируя и прогнозируя динамические процессы различной природы. Например, анализ суммарной электрической активности мозга животных и человека - электроэнцефалограммы (ЭЭГ) - осуществляется по реализациям конечной длины от одного или нескольких отведений. Исходным материалом для него служат ряды данных, полученные квантованием с заданным шагом исходного непрерывного процесса. Отсчеты берутся через равные промежутки времени, выражаемые в долях секунды. И практически все существующие методы анализа ЭЭГ и вытекающие из этого анализа содержательные интерпретации ориентированы на такой исходный материал. Например, оценки спектрального состава позволяют обнаруживать наиболее выраженные ритмические составляющие с частотами 0.5-3, 4-7, 8-13, 15-35 кол/с. Но что значит единица измерения для этих ритмов? Поначалу такой вопрос кажется странным. В самом деле, разве эта единица (секунда) не связана с общепризнанным эталоном измерения времени? Но тогда возникает следующий вопрос: что такое сам этот эталон и откуда он взялся?

Эталон времени нужен только тогда, когда хотят сравнить поведение систем с различными характерными временами. Один из наиболее наглядных примеров этого - исследования, связанные с пребыванием людей в пещерах и лишение их в этих случаях астрономических и социальных задатчиков времени. В таких ситуациях они начинают жить в своем времени и, продолжайся это достаточно долго, могли бы, в принципе, создать свою собственную историческую хронологию. Потребность в некоем эталоне в этом случае отсутствует. Она возникает только тогда, когда несколько подсистем объединяются в единую систему и вынуждены взаимодействовать.

Время было введено для того, чтобы следить за одновременностью событий, принадлежащим двум или более пространственно разделенным цепочкам событий. Однако неудобство указывать на наступление некоторого события путем ссылки на другое событие, а этого второго - ссылкой на третье и т.д., привело к введению стандартной последовательности событий путем привязки к угловому смещению выбранного небесного тела. Так появилось в обиходе астрономическое время, повсеместность которого была подкреплена появлением разного рода часов.

С момента появления на Земле Homo sapiens им были обнаружены некоторые перманентности, связанные с регулярными сменами времен года, дня и ночи, фаз Луны. По мере развития цивилизации было обнаружено, что указанные явления связаны с вращением Земли вокруг Солнца, вращением ее вокруг собственной оси и вращением Луны вокруг Земли. В конечном счете, были введены такие астрономические единицы времени как год, сутки, месяц и их производные - часы, минуты и т.д. Астрономическое время, наряду с пространственными координатами, получило статус независимой переменной, и с ее использованием были разработаны соответствующие законы механики. И никаких (или почти никаких) вопросов не возникало, пока речь шла о движении физических тел, об использовании эталонов времени при создании и эксплуатации всякого рода машин и механизмов, об описании процессов в неживой природе и т.д.

Но когда речь заходит о процессах, протекающих в живых организмах, в частности, о поведении животных и человека, возникают большие сомнения относительно того, что астрономические единицы пригодны в качестве единиц измерения. Прежде всего, речь идет о результатах, полученных в обширных психологических исследованиях, где однозначно показано, что в зависимости от функционального состояния испытуемого, его субъективное время течет по-разному. Таким образом, складывается впечатление, что для индивидуума время не является независимой переменной, а может зависеть от его состояния, т.е. выступать в роли и зависимой переменной.

Аналогичная ситуация имеет место не только на психологическом, но и на физиологическом уровне. При передаче и преобразованиях сигналов в синаптических реле возможны разные изменения шкалы времени, связанные как с усилением адаптации, так и с приданием большей крутизны скорости нарастания входных сигналов. Есть достаточно много фактов (Сомьен, 1975), показывающих, что синапсы, к которым приходит информация от афферентов первого порядка, обладают способностью трансформировать время, а это, в свою очередь, приводит к подчеркиванию или извлечению некоторых новых свойств входных данных. Таким образом, можно считать, что время в физиологических системах как "контекстно" зависимо, так и определяется функциональным состоянием.

Время (длительность) является одним из четырех измерений мира стимулов, действующих на живые организмы (три других - качество, интенсивность, протяженность), и на нынешнем этапе исследований нет никаких доводов "за", чтобы считать время одинаковым для всех сенсорных модальностей и связывать его с каким-то одним из органов чувств.

Сигналы из внешней среды, воспринимаемые посредством этих модальностей, например, искусственные измеряются в реальном астрономическом времени. В реальном времени должен быть и ответ живой системы. Но для этого должны существовать "часы" и какой-то способ, посредством которого длительность (“дление” по А.Бергсону) минувшего события откладывается в памяти в закодированной форме (для ответа на вопрос "это длилось дольше, чем то?). Вызываемые из памяти события должны иметь возможность быть "проигранными" в соответствующей временной последовательности и с ощущением того, что они длятся столько же, что и первоначально.

Любые часы состоят из автоколебательного устройства и счетного механизма. Высказывались суждения о наличии осцилляторов в мозгу, якобы объясняющих чувство времени. Но относительно счетчиков нет никаких, даже спекулятивных рассуждений, а тем более фактов. Смена суток и времен года имеет, вероятно, отношение к чувству времени, но объяснить способность к оценке кратковременных периодов с ее помощью нельзя. Никому еще не удалось показать, что в живых системах существуют механизмы, позволяющие измерять по абсолютной величине, а не сравнивать временные промежутки с точностью 0.01-1.0 мс. А это значит, что теории, предполагающие существование механизмов анализа сложных ритмов, базирующихся на измерении сверхмалых промежутков времени в физической шкале, остаются не больше, чем спекуляциями. Например, для того, чтобы различить периоды тонов в 9 и 10 тысяч Гц, следующих друг за другом, мозг должен измерить временные интервалы, отличающиеся на 0.1 мс. Нет никаких сведений о наличии нервных механизмов, которые могли бы с такой точностью измерять последовательные события (временные интервалы).

Ощущение времени (для людей) включает в себя осознание не только длительности во времени, но также разницы между прошлым, настоящим и будущим. Психическое настоящее резко отличается от математически определяемого точечного момента, отделяющего прошлое от будущего и связанного с непрерывной переменной времени. Традиционное же представление о времени состоит в его изоморфизме прямой линии. Настоящее существует при таком представлении в единственной точке, отделяющей прошлое от будущего. Настоящее возникает ниоткуда и исчезает в никуда. На самом же деле психическое настоящее может достигать 5 с, и если бы оно не обладало длительностью, то мы бы не смогли улавливать, например, мелодию, ориентироваться в одновременности двух и более событий, воспринимаемых органами чувств последовательно.

Используемая сейчас конструкция времени - это абсолютное время Ньютона, время не поддающееся сенсуализации, не имеющее эмпирического эквивалента (т.е. абстрактная категория), для измерения которого существуют разнообразные часы. Кстати, концепция времени Ньютона питает, в некотором смысле, астрологию, так как широко распространенная бытовая система измерения времени с помощью часов привела к тому, что все отрасли науки, оставив в стороне свою специфику, "признали", что все в этом мире определеляется ритмами движения небесных тел или действием силы всемирного тяготения.

С другой стороны, общепризнанной является точка зрения на функционирование живых организмов, как на последовательность событий - функциональных квантов, таких как кванты элементарных физиологических процессов, кванты гомеостаза, кванты поведения. Любой из этих квантов, заканчиваясь определенным результатом и являясь функционально одним и тем же, может иметь разную длительность в обычно используемой шкале времени. Следовательно, естественные элементы физиологических и поведенческих процессов не эквивалентны общепринятым метрическим единицам времени, а задают разнородный поток событий, определяющих собственное время того или иного процесса. Для анализа таких элементов более адекватным, по нашему мнению, является подход, сформулированный еще Г.Лейбницем в рамках его философской концепции.

В отличии от И.Ньютона, чьи взгляды на природу и сущность времени представляют развитие на современной ему научной основе взглядов Демокрита и Эпикура, представления о времени Г.Лейбница восходят к Аристотелю и приводят к понятию времени, как порядку сменяющих друг друга явлений или состояний тел, отражающему их причинно-следственную связь (Кузнецов, 1979). При этом длительность явления рассматривалась им как часть единой цепи событий, определяемой внутренними и внешними взаимодействиями.

Исходя из имеющихся фактов и теоретических обобщений сформировалось представление, что для описания специфики и структуры биологических процессов необходимо ввести понятие биологического (физиологического) времени (Уитроу, 1984). Введение этого понятия необходимо еще и потому, что в современной теоретической биологии ( физиологии) одной из фундаментальных проблем, требующих своего разрешения, является проблема синтеза эволюционных и организационных (структурных) представлений об объектах исследования. При этом требуется углубленное представление о времени, так как сами по себе эволюционные и структурные процессы различаются по масштабам времени, причем речь идет не о физическом времени, а о внутреннем времени биологических объектов, связанных с ритмикой их функционирования и развития. Как показал И.Пригожин, понятие о внутреннем (собственном) времени вытекает из неустойчивости движения динамических систем вообще, и из неустойчивости процессов, протекающих в живых системах, в частности. Такое время, в принципе, можно измерить наручными часами или с помощью какого-либо динамического устройства, но оно в корне отличается от астрономического и имеет совершенно иной смысл, т.к. возникает из-за случайного поведения траекторий биологических процессов.

Итак, в отличии от классического, при новом подходе собственных времен, а следовательно, дополнительных координат может быть много, вплоть до числа всех других координат, Это означает с учетом множественности комбинаций времен, что может вводиться в рассмотрение не метрическое, но ранговое преобразование, т.е. в конечном счете, топологический подход. Введение множества индивидуальных времен сталкивается с пределами объяснительных возможностей здравого смысла, сформировавшегося под влиянием представлений об абсолютном, независимом времени. Вероятно, придется перейти от наглядных к более сложным непредставимым моделям и вообще использовать множество различных моделей. Следует также отметить, что традиционные методы анализа физиологических переменных малопригодны для интегральной оценки их временной структуры. Такая оценка не может ограничиваться каким-то одним ритмом или параметром. Она должна позволять проводить количественное описание всей совокупности ритмов (собственных времен) и связей между ними.

В математике используются различные масштабные преобразования времени для эффективного решения динамических задач. Идея разделения времени на "быстрое " и медленное" эквивалентна декомпозиции системы на две сравнительно простые подсистемы. Для исходной системы мы можем не знать собственного времени, но для подсистем мы это можем, как правило, сделать. При этом известно, что собственные времена подсистем связаны между собой неким иерархическим соотношением и объединяя эти собственные времена, можно сконструировать собственное время всей системы в целом.

Однако для того, чтобы сделать понятие собственного времени конструктивным, т.е. пригодным для решения конкретных исследовательских задач необходимо ввести для него определение и соответствующую метрику.

Существует точка зрения (Гибсон, 1988, Левич, 1986), что следует говорить не о времени, как таковом, а об изменениях, событиях, последовательностях событий. Течение абсолютного времени лишено реальности для живых существ. Мы воспринимаем не время, а процессы, изменения, последовательности (имеется в виду не социальное время, отсчитываемое по часам). Естественные элементы поведения (события) не следует путать с метрическими единицами времени. Последние по сути своей условны и произвольны, а отдельно взятое событие представляет собой единое целое, а это совсем не то же самое, что единица измерения. Итак, реальностью, лежащей в основе такой абстракции как время, является последовательность упорядоченных событий, которая не поддается изменению. (В этом отличие временной упорядоченности от пространственной, для которой возможна перестановка составляющих ее элементов). На каждом уровне метрических длительностей существует определенная структура. При этом мелкие элементы встроены в более крупные, и это справедливо для всех без исключений событий, независимо от их природы.

Представление о последовательности событий, как исходном понятии для нового нетрадиционного понимания времени, дает надежду, что удастся установить соответствие между временем, описывающим механические движения, временем, связанным с процессами роста и развития живых систем и, наконец, эволюционным и историческим временем.

Оценку длительности следует отличать от ее измерения. Все измерительные средства основаны на оценке количества движения при условии, что это движение равномерное. Разнообразные ориентиры позволяют измерить точно любую длительность, независимо от того, переживается она или нет. Переживаемая длительность - это всегда длительность воспринимаемых изменений, которые, в свою очередь, зависят от характера ситуации, мотивации и биологического (в нашем случае функционального) состояния.

Исходя из всего вышесказанного, наиболее конструктивным и приспособленным для математического моделирования, по нашему мнению, может быть формулировка для определения понятия времени, комбинирующая формулировку Н.И.Лобачевского и идею Г. Александера (Вернадский, 1975) о том, что в качестве датчика времени следует использовать изменения свойств тела, а не его движение. При таком подходе определение понятия времени может звучать так: " Изменения свойств одного тела, принимаемое за известное для сравнения с другим, называется временем".

Следующий шаг, который надо сделать, это указать за изменениями каких признаков будет осуществляться контроль, и как преобразуются эти изменения в число, которое будет называться мерой времени. Формализация понятий, связанных со становлением и течением времени, должна позволить управлять масштабами собственных времен на разных уровнях иерархии физиологических систем, что в свою очередь, откроет новые подходы к решению ряда прикладных задач, связанных с управлением и коррекцией функционального состояния.

Для разных видов биоэлектрических сигналов, характеризующих течение колебательных физиологических процессов в качестве натуральной меры времени при решении разных задач мы используем единицу исчисления последовательностей локальных максимумов, локальных минимумов, тех и других вместе, переходов через ноль и т.д. Естественно, что при этом возникают большие и малые меры собственных времен и что одни из них вложены в другие, и все они непостоянны в астрономической шкале времени. В принципе, для любого циклического процесса в качестве натуральной меры времени может быть принята единица исчисления последовательности повторяющихся “одинаковых” состояний процесса. Вопрос в том, какие два состояния следует считать одинаковыми. При любом выборе надо считаться с возможностью того, “экспериментальный код” исследователя и “естественный код” процессов, протекающих в живом организме, могут принципиально различаться между собой.

С математической точки зрения, если существует взаимно-однозначное и взаимно-непрерывное соответствие между двумя временами, то использование любого из них является вполне равноправным. Если бы такое положение существовало для астрономического времени и интересующего нас времени конкретного физиологического процесса, то использование понятий, о которых шла речь выше, в лучшем случае дает возможность упростить описание за счет использования нелинейного соответствия (Левич, 1986).

Более отвечающим существу дела нам и позволяющим обнаружить такие закономерности, которые ускользают при описаниях с использованием астрономической шкалы, представляется использование такой модели времени, в которой, когда два или более события одинаковы в выбранном нами смысле, т.е. в состоянии процесса фактически отсутствуют изменения его собственное время останавливается, прекращает свой ход. (Усманов и др., 1983). Интересные перспективы использования такого представления о динамике собственного времени должны дать исследования процессов перехода ото сна к бодрствованию и наоборот, когда изменяется характер импульсной и суммарной биоэлектрической активности и , что весьма вероятно, изменяется физиологическое время на уровне коры и таламуса.

Подводя некоторый итог вышесказанному в части, касающейся “хроноса”, следует подчеркнуть, что исследование и моделирование физиологического времени, в конечном счете, должно быть направлено на становление новой, событийно-ориентированной биоритмологии. В рамках такого направления внимание будет уделяться как физиологической сущности исследуемых процессов, чтобы определить, что является событием, так и собственно ритмическим закономерностям, безотносительно к их типу, частотному диапазону, функциональному уровню и т.д.

Новые представления о времени как о реальном явлении, как некоей характеристики, значения которой зависят от состояния процесса и движения наблюдателя, были развиты в работах Х.Лоренца, А.Пуанкаре, Г.Минковского и А.Эйнштейна. На базе их релятивистских взглядов сформировались представления о собственных временах динамических систем. Но применительно к физиологии по-прежнему актуальными остаются слова В.И.Вернадского: “Как для эпохи Ньютона, так и для нашей время вновь явилось объектом научного исследования. Теория относительности не предвидела этого следствия, ибо для нее время как время исчезло”.

В самом деле, согласно реляционной концепции, время рассматривается как атрибут материи, не имеющий самостоятельного существования, а являющийся следствием свойств, присущих материальным системам, и результатом взаимодействий, возникающих между ними. Однако есть и другая точка зрения, согласно которой: "Геометрическое представление о времени является недопустимо упрощенным. Действительно, для выводов специальной теории относительности необходимо считать, что ось времени iCt мира Г.Минковского равноценна трем пространственным координатным осям. Пространство же может обладать не только геометрическими свойствами, но у него могут быть и физические свойства, которые мы называем силовыми полями. Поэтому совершенно естественно полагать, что и ось собственного времени iCt не всегда является пустой и что у времени могут быть физические свойства. Благодаря этим свойствам время может воздействовать на физические системы, на вещество и становиться активным участником мироздания" (Козырев, 1982). Такие представления очень тесно переплетаются с представлениями А.А.Ухтомского о хронотопе как целостности, определяющей становление и развитие физиологических систем.

В том же, что касается физиологических “часов”, следует искать гомеостатический механизм, поддерживающий постоянство их периода (естественно не в астрономических единицах) вне зависимости от условий окружающей среды. Вероятно, существует целая иерархическая система физиологических часов, синхронизованных между собой. Внешними стимулами, приуроченными к тем или иным событиям, возможно изменить или даже разрушить эту синхронизацию, существенно изменив при этом функциональное состояние живого организма. При этом, по нашему мнению, не следует искать высший уровень такой иерархии на уровне новой коры в связи с тем, что как показано в многочисленных исследованиях, в ней происходят процессы, предшествующие восприятию и распознаванию стимулов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ