【文章內容簡介】 尋找鑒別目標差的信息機構和信息傳遞機構與效應器之間的關聯(lián)。也許對于一個想模仿生命系統(tǒng)維持內穩(wěn)態(tài)神秘能力的工程師和數(shù)學家，這已經(jīng)夠了。但為了洞察調節(jié)能力和內穩(wěn)態(tài)的起源，僅僅有負反饋是不能令人滿意的。人們自然要問，內穩(wěn)態(tài)的目標值是怎樣確定的？人可以為調節(jié)器設計且標，但卻不能把目標強加給自然界。有機體不是工程師創(chuàng)造出來的，人設計維系 穩(wěn)態(tài)的負反饋調節(jié)器不能代表有機體自身內穩(wěn)態(tài)起源。 富有戲劇性的是，數(shù)學家和工程師碰到困難時，再往前走又不得不依靠有數(shù)學和哲學頭腦的生物學家了。艾什比出現(xiàn)在歷史的舞臺上。 1－ 4 目的性、大腦和學習機制 自古以來，人們就把 “ 目的性 ” 看作生命組織和無生命系統(tǒng)的重要差別。近代科學興起后，科學家常常陷于這樣的苦惱：科學精神早已拋棄了 “ 目的論 ” ，它強調可以對自然現(xiàn)象進行因果解釋，而不需要亞里士多德式的把趨向目的作為事物發(fā)展的原因，但是生命系統(tǒng)確實是 “ 有目的 ” 的，它很難用無目的的 “ 因果 ” 過程來解釋。那么這是否意 味著我們在研究生命系統(tǒng)時要放棄科學對自然的因果解釋而回到古老的目的論呢？反饋機制的發(fā)現(xiàn)使科學家在黑暗中看到了一線光明。在反饋機制中每個組成部分都是純因果性的，無論是目標差的測量，還是效應器工作原理，都不存在 “ 目的性 ” 。但一旦這些部分組成閉路，居然可以構成達到目的的運動。因此維納發(fā)現(xiàn)反饋調節(jié)原理后，馬上感到它對解釋自然界目的性的起源有重大意義。 1943 年維納在控制論奠基性文獻《行為、目的和目的論》中指出：一切有目的的行為都可以看作需要負反饋的行為。 “ 目的論等于由反饋來控制的目的 ” 。維納的立論精辟而深刻，今天控 制論學者已熟知，任何組織達到目的的行為中，一定存在著不同程度的反饋控制。 但是，目的性行為包含著兩個問題，第一，目的是怎樣產(chǎn)生的？第二，怎樣達到預定的目的。反饋只回答了第二個問題，而沒有解決第一個問題。在坎農那里，調節(jié)的目的是內穩(wěn)態(tài)所維系的恒值，它們的物理意義是明確的，這就是保持生命必須的條件，內穩(wěn)態(tài)對生命的意義潛含著目的的起源，但是用負反饋來把握調節(jié)過程后，達到目的過程的機制清楚了，目的的起源問題反而更難以捉摸了。似乎可以說，維納發(fā)現(xiàn)負反饋是因為他沒有局限于坎農，而把數(shù)學、工程等領域和生理學成果結合起來 ；但維納沒有進一步探討目的的起源也正好在于他過份忽略了坎農。而只有把維納的成果和坎農的成就結合起來，控制論發(fā)展才能翻開新的一頁。艾什比正是這樣做的。 艾什比發(fā)現(xiàn)，坎農所講的內穩(wěn)態(tài)，和數(shù)學家早就知道的微分方程穩(wěn)定性很類似。人們早就熟知，假定有兩個變量的變化規(guī)律遵循如下方程： dx/dt=P（ x， y） dy/dt=Q（ x， y） 當 dx/dt＝ 0， dy/dt＝ 0 時，意味著這兩個變量不再變化。我們稱不變的狀態(tài) xo、yo 為平衡點，顯然，平衡點的數(shù)目可以由 P（ X， y）＝ 0， Q（ X， y）＝ 0的解確定。微分方程穩(wěn)定性理論 告訴人們，對有的平衡點，它是穩(wěn)定的，即當兩個變量受到微小干擾，使 Xo 變?yōu)?Xo+△ X， yo 變?yōu)?yo＋ △ y，微分方程（ 1， 1）將決定了這些干擾可以自動糾正，系統(tǒng)將重新回到平衡點 x0、 y0；而對于有些平衡點，它是不穩(wěn)定的，微小干擾一旦使系統(tǒng)離開平衡點，偏離會越來越大。那么自然可以設想，坎農所講的內穩(wěn)態(tài)，是不是正好意味著它是那些微分方程穩(wěn)定的平衡點呢？艾什比的思想十分重要，它把控制論的研究推到了一個新的高度，他在《大腦設計》和《控制論導論》這兩本奠基性著作中用這種方法剖析了控制論中的種種反饋調節(jié)，發(fā)現(xiàn)了 “內穩(wěn)態(tài) ”和 生物適應行為以及微分方程穩(wěn)定性之間深刻的一致性。 原來，控制論上，反饋調節(jié)從行為模式上講僅僅是對微分方程平衡點附近變量 X、 y行為的一種概括而已。維納發(fā)現(xiàn)，反饋調節(jié)有幾種類型，一種是穩(wěn)定的，它有效地達到某一個目的并在目標受到干擾時自動維持原有目標。第二種是正反饋，系統(tǒng)在正反饋作用下對目標值（平衡態(tài)）的偏離將越來越大。第三種是系統(tǒng)圍繞目標作周期性振蕩。維納深入地探討了生命系統(tǒng)和機械系統(tǒng)固負反饋差錯或不準確而導致振蕩的條件。十分有趣的是，微分方程所規(guī)定的曲線在平衡點附近的行為剛好也有類似情況。眾所周知，假定 Xo、 yo 是微分方程（ 1）的一個平衡點，那么在這個點附近，微分方程所表達的場可以近似地看作線性的。即有 根據(jù) a、 b、 c、 d 的值，平衡點（ Xoyo）附近的場必然處于如下 6 種情況之一。 （ 1）（ 2）兩種情況代表負反饋。（ 3）（ 4）（ 5）代表正反饋。（ 6）代表 X、 y 圍繞平衡點 Xoyo作等幅振蕩 ,它正好對應著反饋調節(jié)中常見的各種類型的周期性振蕩。 艾什比對控制論的發(fā)展表面上似乎平淡無奇，他所做的似乎僅僅是發(fā)現(xiàn)了微分方程穩(wěn)定性和反饋調節(jié)之間的聯(lián)系而已，但這一步卻十分重要，因為在維納那里，作為普遍調節(jié)方式的反饋的目標值是要預先確定的，現(xiàn)在目標值總可以從方程 P（ x、 y）＝ 0 Q（ X、 y）＝ o 解出來。也就是說，艾什比發(fā)現(xiàn)，只要兩個變量存在著交互作用，即存在著 如圖 1． 2所示的耦合， 那么這個耦合就決定了它可能存在平衡點，從交互作用的方式就可以推出平衡點的數(shù)目，以及從平衡點的穩(wěn)定性，可以判別反饋是正的還是負的。這樣一來，艾什比揭示了包括目的本身在內的內穩(wěn)機制的起源。舉一個例子比較好理解。假定X、 y 兩個變量分別表示生態(tài)組織中兩種生物的種群大?。〝?shù)量）。我們知道，生態(tài)平衡的維系是一個負反 饋。使 X、 y 的數(shù)目偏離生態(tài)平衡態(tài) Xo、 yo 時，會出現(xiàn)一個負反饋調節(jié)，使 X， y 向 Xo、 yo，逼近，如果從負反饋的角度來看生態(tài)平衡，我們只有預先確定了平衡值后才能分析整個系統(tǒng)，但平衡態(tài)是怎么出現(xiàn)的呢？我們并不十分清楚，但從艾什比的觀察角度，函數(shù) P（ X、 y）和 Q（ X、 y） ,實際上代表兩個種群之間的相互作用，它只是用數(shù)學語言把握了兩個生態(tài)物種群的各種關系而已，比如一個以另一個為食物，一個對另一個進行調節(jié)，或提供保護等等，而正是這種關系決定了平衡的存在，當系統(tǒng)偏離平衡時，也是這種關系維持著反饋調節(jié)。這種數(shù)量關系我們是 可以通過對兩種種群實際關系的把握來確定的。因此，如果系統(tǒng)各個部分存在著藕合，代表這種耦合的交互作用具有一個穩(wěn)定平衡態(tài)，那么我們可以預言，先論系統(tǒng)一開始處于什么狀態(tài)，這種交互作用都會引導系統(tǒng)達到穩(wěn)定平衡。也就是說包括目的性在內的調節(jié)功能起源于交互作用。 “ 目的性 ” 起源于交互作用，也就是說起源于事物之間的互相關系，這個答案多少有點出人意料。對于心靈中經(jīng)常自發(fā)產(chǎn)生這樣那樣目的的人類來說，這種解釋似乎更難接受。但這個結論有深邃的洞察力：對于處于整體中的每一個部分，如社會中的人，生命組織中的細胞，目的似乎是處在規(guī)定 的。而各個部分所屬的整體，正是各個部分相互作用的一種方式。 艾什比沒有敢涉及人類意識中那些高級的目的性。他只把自己的視野局限于那些作為本能的 “ 目的性 ” 的起源，即諸如生物體的內穩(wěn)態(tài)、海膽產(chǎn)卵，飛蛾趨光或螞蟻回巢這類比較簡單的目的性行為，他發(fā)現(xiàn)，只要把坎農的思想貫徹到底，就能說明這類目的性的起源?？厕r已經(jīng)指出，當生命內穩(wěn)態(tài)破壞，調節(jié)功能不能保持有關變量處于維持生命所必須的適當值時，有機體便會死亡。因而，只要引進進化論 “ 適者生存 ” 的觀點，問題就解決了。一開始各個子系統(tǒng)之間可能出現(xiàn)各種類型的交互作用，但是那些不能 形成內穩(wěn)態(tài)的交互作用（相應于平衡點附近微分方程不穩(wěn)定的場）將被自然選擇淘汰，這樣目的性被無目的的交互作用創(chuàng)造了出來。我們在第三章將指出，這種思想方法只要稍加擴展，就可以構成解釋組織系統(tǒng)起源乃至進化的主要思路。 生物行為的目的性起源也是類似的，不同的只是，在這里穩(wěn)態(tài)不局限于生物體內。我們要考慮生物體和環(huán)境的交互作用。艾什比指出，凡是那些有利于生物生存的行為，把它和環(huán)境結合起來看，本質上都是一種穩(wěn)態(tài)調節(jié)機制，和體內內穩(wěn)態(tài)一樣 ,它的平衡點就是那些適合生物生存的外部條件。比如生物在外界溫度太高時會尋找陰涼處，從目 的性角度看，避開火焰尋找溫度適合的條件是一種目的性。但從生物和環(huán)境的交互作用來看，這也是某種使生物體外條件（比如體外溫度 )保持在適當平穩(wěn)值的相互作用。它同樣是自然選擇的結果。表面上看，這似乎是用進化論來說明目的性。但艾什比的出發(fā)點和進化論是不盡相同的。艾什比發(fā)現(xiàn)各種目的性行為都是相互作用中維持穩(wěn)定的一種機制。那么，窺視那種更高層次的目的性行為，比如揭開大腦學習能力的秘密，也就不難了。艾什比發(fā)現(xiàn)了目的性行為和學習機制之間的重要聯(lián)系。他認為只要設想生物體內具備這樣的機制：一且它發(fā)現(xiàn)它的行為模式（對外來刺激的反應 ）不能保持維持生存必須條件的穩(wěn)態(tài)，就馬上會改變自己的反應模式，改變后的反應模式如仍不能保持穩(wěn)態(tài)，那么再選擇新的模式一直到出現(xiàn)那些能保持穩(wěn)態(tài)的反應模式為止。如果一個人造系統(tǒng)比如一只電龜有這樣的能力，那么一個生物學家會認為這是生物在用試錯法學習。但實際上它只是一種更高層次的穩(wěn)態(tài)機制而已。艾什比將其稱為超穩(wěn)定。并用它解釋了斯金納的鴿子和巴甫洛夫的條件反射。艾什比的哲學理想是動人的：那些高級的目的性，甚至人類的目的行為，能不能用各種層次的交互作用和對穩(wěn)態(tài)的尋找來解釋呢？我認為，這值得深思。世界上沒有無緣無故的目的， 特別是那些社會化的目的。人類具有意識，意識無非是人對自然關系與社會關系的功能反映，我認為，人類的一大類目的是從行為的預期中產(chǎn)生的，是從各種社會需要和可能中出現(xiàn)的，在某種程度上，它也許正是各個子系統(tǒng)交互作用的記憶模式或能動的反映。 總之，艾什比的方法之所以比維納的反饋分析更為普遍，更為有效，關鍵在于他對反饋調節(jié)機制的本質作了更高更深刻的概括。維納發(fā)現(xiàn)反饋調節(jié)必須有目標差，有信息傳遞，需要構成一個回路，從而根據(jù)機制的觀點統(tǒng)一了調節(jié)行為。艾什比則把這些分析提高到更普遍的方法論高度，他把信息傳遞，效應器作用都看作 是事物之間互相作用的方式。只要兩種事物存在著耦合即交互作用，就必然包含看信息傳送的回路，因而交互作用造就了內穩(wěn)態(tài)和維系它的負反饋調節(jié)。其次，艾什比發(fā)現(xiàn)了調節(jié)功能的層次。只要子系統(tǒng)的耦合有著幾個層次，那么不同層次之間反饋的關系就會形成比目的性更高級更復雜的行為。比如 “ 試錯法 ” 學習機制實際上包含了兩個層次的反饋。趨于一個確定目的，只是低層次反饋；而根據(jù)反應模式是否能形成穩(wěn)定的場來決定要不要改變反應模式，這是更高層次的反饋。兩者的結合組成學習機制。在艾什比的工作中，我們已經(jīng)隱隱感到了一種整體方法的輪廓。 自艾什 比開創(chuàng)性的工作以后，關于有機體種種復雜行為機制的起源至少在原則上搞清楚了。只要系統(tǒng)各個部分之間的相互作用足夠復雜（比如表達它們的微分方程是非線性的，而且子系統(tǒng)層次很多），不僅內穩(wěn)態(tài)、目的性、學習機制可以由系統(tǒng)各部分的耦合產(chǎn)生，而且更復雜的行為也是可能的，我們甚至可以在原則上設計一個具有高級功能的大腦（雖然在技術細節(jié)上做不到）。五十年代后各式各樣具有復雜功能的計算機的出現(xiàn)，可以看作對這種哲學思想的證明。 然而，科學永遠渴望著那些未開墾的處女地。五十年代后，組織理論研究的重心開始轉移。人們不僅要了解 “ 可能的 ” 機制，而且試圖真正搞清楚支配真實有機體組織的行為機制。在分子遺傳學，生態(tài)學迅速發(fā)展的背景下，耗散結構理論興起。為了探討生命和有序怎樣從處于熱力學平衡狀態(tài)中均勻無序中起源，要解決的問題必然涉及熱力學和真實系統(tǒng)中的能量和物質流。這些探討勢必在數(shù)學表達上越來越復雜，但解決的問題卻日益實際和具體。大體上說來，由于有關組織形成的重大方法論問題已由控制論、系統(tǒng)論所解決，耗散結構理論只需要直接引用就行了，剩下的是考慮生命和有序怎樣和無機界中有關的自然定律互相銜接。普里高津發(fā)現(xiàn)，化學反應要形成耗散結構需要四個條件，第一是遠 離熱力學平衡態(tài)；第二是系統(tǒng)和外界有物質或能量交換；第三是系統(tǒng)各部分存在反饋耦合；第四是非線性。我們可以看到，后面兩點正是艾什比早就指出的。而第一、二點作為耗散結構的新發(fā)現(xiàn)，它所談的恰恰就是組織系統(tǒng)和能量與熱力學的關系。 研究重點的轉移在研究組織系統(tǒng)所用的數(shù)學工具上也反映出來。圣?？诵趵锱謇镉幸痪涿裕?“ 任何景物不通過一種文化、一種文明、一種職業(yè)來觀察是毫無意義的。 ” 數(shù)學也是這樣。數(shù)學是人心靈對各種可能存在的關系和結構的探討， “ 但數(shù)學和現(xiàn)實世界的關系，它究竟代表什么 ” 卻隨著不同時代具有不同哲學觀的研究興趣的 轉移而變化。我們前面談到，艾什比把微分方程的平衡態(tài)和內穩(wěn)態(tài)聯(lián)系起來而獲得研究組織系統(tǒng)的重大突破。過去物理學家研究微分方程時，對其平衡態(tài)或者說那些作為特解的奇異點并不太感興趣，因為他們認為微分方程的非零解才更實在地代表著系統(tǒng)的真實運動。而現(xiàn)在，科學家以一種新的目光來看待這些奇異點。奇異點附近的拓樸結構研究找到了自己的應用，人們從普通平衡點的穩(wěn)定性研究開始，逐漸深入到組織的結構穩(wěn)定性。因而七十年代起托姆把微分拓撲學的成果 —— 突變理論用來研究組織系統(tǒng)也就不值得驚奇了。 著名的數(shù)學家和哲學家韋爾曾這樣講過： “ 從上 世紀末到本世紀初的轉折關頭起，物理學的發(fā)展就好象沖向一個方向的洪流，而數(shù)學則好象尼羅河三角洲，它的水流分散到所有方向。 ” 這段話用來形容本世紀三十年代到五十年代初步形成的關于組織理論的哲學思想和它的物化成果—— 計算機，也是十分貼切的。今天，計算機科學象本世紀初的物理學那樣形成了巨大的洪流。而有關組織理論的哲學思想?yún)s流向自然科學和社會科學各個方向，所到之處都孕育了令人眼花繚亂的精