Страница:
Правда, на начальных этапах иногда имеет смысл подвергнуть проверке целое, а потом уже заниматься частями. Например, перед экспериментальным воспроизведением заболевания посредством чистой бактериальной культуры можно попытаться воспроизвести передачу его с помощью зараженной ткани. Прежде чем выполнить биологические тесты с отдельными гормональными фракциями, взятыми из какой-либо железы, быть может, имеет смысл испытать всю необработанную массу железы и посмотреть, не обладает ли она активностью, заслуживающей более детального изучения. Если у цельного необработанного материала обнаруживается такая активность, то для идентификации его следует разделить на составные части.
ПРИНЦИП АНАЛОГИИ
Разработка экспериментов существенно зависит от нахождения аналогий между вновь наблюдаемыми фактами и предыдущим опытом. Процесс планирования экспериментов обычно включает четыре этапа.
1. Мы наблюдаем факт или формулируем идею. Мы замечаем, например, что если крысе вводить яичный белок, то это влечет за собой анафилактоидную реакцию, сопровождаемую внезапным опуханием губ.
2. Мы спрашиваем себя: "Не напоминает ли это что-нибудь?" -- и стараемся припомнить какую-либо известную нам реакцию животного или человека, имеющую нечто общее с анафилоктоидной реакцией, с тем чтобы связать последнюю с предыдущим опытом. Нам приходит в голову, что анафилактоидная реакция, с одной стороны, напоминает некоторые виды внезапного опухания лица, встречающиеся человека (отек Квинке, крапивница), а с другой стороны, такое опухание имеет нечто общее с анафилаксией. Такое сопоставление нового с чем-то уже известным из прошлого опыта помогает выявить как сходство, так и различие между реакциями. Мы отмечаем, что опухание лица у человека в отличие от анафилактоидного опухания у крысы не вызывается инъекциями яичного белка и что анафилаксия (опять-таки в отличие от анафилактоидной реакции) требует предварительной сенсибилизации к вызывающему ее веществу.
3. Мы приходим к выводу, согласно которому все, что нам известно, может оказаться справедливым и в данном случае. Далее если известно, что имеются вещества, которые либо вызывают, либо предотвращают анафилаксию, то следует проверить, будут ли они действовать так же и в случае анафилактоидной реакции.
4. Мы подозреваем, что полученная информация может найти более широкое применение и в других случаях. В частности, анафилактоидная реакция вполне может быть использована в качестве экспериментальной модели заболевания. Поэтому имеется определенный шанс, что выявленные на модели сведения о возникновении или предотвращении этого заболевания найдут применение в ее клинических аналогах, обладающих такими же характеристиками.
ЭКСПЕРИМЕНТ В "ПРОБИРКЕ"
Мы уже упоминали о тех преимуществах, которые можно ожидать, если предварительно попробовать провести каждый эксперимент в пробирке. Мы понимаем данный термин не только в буквальном, как, например, в химии, но и в фигуральном смысле -- ведь, как правило, нецелесообразно сразу начинать широкомасштабный эксперимент на животных или пациентах, не изучив сначала вопрос о практической применимости разработанной нами процедуры на небольших выборках. Пренебрежение этим правилом (а оно бывает порождено чрезмерными энтузиазмом или уверенностью в себе) уже не раз приводило к таким потерям времени, материальных средств, а иногда и к смертельным случаям, что никогда не будет лишним напомнить о нем еще раз.
Один из вариантов этого правила применяется в экспериментах "обзорного", по словам Бевериджа типа: подлежащий изучению раствор изготовляется в широкой гамме концентраций (например, в ста различных вариантах), и каждая концентрация испытывается на малом числе животных (скажем, на двух). После такой грубой проверки берется небольшое количество вариантов концентрации (например, пять), близких к вероятному окончательному значению, и они испытываются на большой выборке животных. Таким образом, можно прийти к точному результату, использовав в эксперименте минимальное число животных.
Но прежде чем приступать к эксперименту в "пробирке", следует тщательно построить его в уме, С тем чтобы оценить его потенциальную ценность. Перед тем как начинать какой-либо эксперимент, задайте себе два вопроса.
1. Действительно ли план этого эксперимента представляется осуществимым с точки зрения накопленного опыта?
2. Если даже предположить, что эксперимент пройдет точно в соответствии с планом, даст ли он убедительный ответ на предыдущий вопрос?
ДИАГРАММЫ ХОДА РАБОТЫ
Экспериментальное исследование, вдохновляемое осознанием аналогий между явлениями, развивается далее довольно стандартным образом, и это можно изобразить в виде диаграмм хода работы. Исходной точкой этих диаграмм, как правило, является идея или наблюдение какого-то факта, которые затем анализируются путем разбиения на составные части, поддающиеся распознанию. Нередко обнаруживается, что законы, справедливые для целого, справедливы и в отношении его частей (дедукция). Наконец, мы доходим до синтеза, т. е. до построения обобщений или, иначе говоря, мы констатируем, что приобретенные нами знания об отдельных явлениях справедливы и в отношении целого класса явлений (индукция). Таким образом мы приходим к познанию общих законов, с помощью которых предсказываем непредвиденные взаимосвязи.
Методы координации знаний
КАТАЛОГИЗАЦИЯ НАУЧНЫХ ДАННЫХ
Одной из самых важных и неотложных задач современной медицины является создание каталога накопленных ею знаний. Если количество медицинских публикаций будет расти в такой же пропорции, как сегодня, то быть в курсе современных достижений даже в ограниченной области исследования вскоре станет невозможным. Между тем полноценное использование открытий и разработка новых экспериментов в соответствии с законами логики должны опираться на знание всех доступных фактов. Настало время, когда сложившуюся ситуацию следует воспринимать как серьезнейшую научную проблему нашего столетия, в противном случае, по словам Ванневара Буша36, "...наука может увязнуть в своем собственном продукте, наподобие колонии бактерий, погрязшей в своих выделениях".
Я впервые столкнулся с этой проблемой в бытность свою студентом-медиком, когда осознал, что невозможно вести приличный конспект лекции и одновременно слушать ее. Единственный способ, который помог мне справиться с этой задачей,-- это замена сложных научных терминов или длинных описаний процедур простыми и наглядными символами. В течение последующих тридцати лет этот набор символов развился в специальную систему стенографии по медицине, которая оказала мне неоценимую помощь во время научных конгрессов и при аннотировании литературы по стрессу, кальцифилаксии и эндокринологии (основные области исследований нашего института), а также при последующей обработке литературы техническим персоналом, не имеющим медицинской подготовки. Именно эта система легла в основу детального предметного каталога на 500 000 оттисков и книг, составляющих нашу библиотеку. Я убежден, что разработанная нами система каталогизации медицинской литературы может быть с успехом использована с соответствующими модификациями и в других областях знания.
Практически каждый врач, так же как и каждый ученый, ведет в том или ином виде личный каталог, в котором он фиксирует интересующие его публикации. В большинстве случаев вся такая библиография состоит из кратких резюме, напечатанных на карточках, оттисков (приблизительно разбитых по основным темам) и авторского каталога. Что касается последнего, то он почти всегда достаточно удовлетворителен, а вот разбиение по темам обычно производится не особенно четко, так что для нахождения нужной статьи владельцу приходится полагаться в основном на свою памятъ. В таких личных каталогах, как правило, отсутствует набор зафиксированных правил, а система классификации имеет тенденцию изменяться в соответствии с интересами владельца. Лишь очень немногие из виденных мною частных каталогов признавались владельцами -- даже самыми невзыскательными -отвечающими их требованиям.
Для создания действительно удовлетворительной системы каталогизации, полностью адаптированной к потребностям всех разделов медицины, необходимы совместные творческие усилия множества оригинально мыслящих специалистов. Библиограф, систематизирующий публикации в своей области знания для дальнейшего планирования экспериментов; физиолог, в экспериментах с животными доказывающий, что некое вещество оказывает на организм желаемый эффект; химик, искусственно синтезирующий это вещество, и, наконец, ученый-клиницист, разрабатывающий способы применения этого вещества для лечения больных,-- все эти люди занимаются исследовательской работой, в равной степени оригинальной и полезной для медицины, хотя их методы совершенно различны.
Поверхностная каталогизация медицинской литературы по основным темам или по заглавиям представляется совершенно неприемлемой. Что же касается более детальной каталогизации, то для нее нужно создать элементарный международный код. Основная проблема не в том, какие технические средства мы хотим применять для обеспечения доступа к информации (обычные каталожные карточки, перфокарты или ЭВМ), а в том, какая система кодификации, какой "язык" наиболее приемлемы для этих целей.
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ НАУЧНЫХ ДАННЫХ
В предыдущем параграфе мы уже видели, что даже простая каталогизация научных данных является сложной задачей, требующей высокой специализации. Но самым трудным этапом процесса координации знаний является систематизация научных данных, которые на первый взгляд представляются абсолютно не связанными друг с другом. В следующей главе (с. 254) мы обсудим огромную важность классификации как первого шага при построении структуры новой области знания. Здесь же ограничимся рассмотрением чисто технических аспектов этой проблемы.
Что вы станете делать, к примеру, если наблюдаете десять новых фактов, которые с большей или меньшей очевидностью выглядят связанными друг с другом? Хотя это может показаться невероятным, но мы подчас не вполне осознаем, из каких именно "фактов" состоит наше наблюдение, или, более точно, в каких терминах его можно описать. Похоже, я сталкиваюсь с этой проблемой на протяжении всей своей жизни, и проще всего пояснить ее на одном-двух примерах, которые попортили мне особенно много крови.
Концепция стресса
Для начала рассмотрим составные элементы концепции стресса. В разное время и разными учеными были сделаны в числе прочих следующие наблюдения:
1) удаление у крыс гипофиза вызывает деградацию коры надпочечников;
2) у людей, получивших сильные ожоги кожи, как правило, развивается язва желудка и двенадцатиперстной кишки;
3) у детей при заражении их дифтерией тимус (лимфатический орган, расположенный в грудной клетке, функция которого тогда была неизвестна) сморщивается;
4) животные и люди, у которых разрушены гипофиз или надпочечники, становятся необычайно чувствительными к холоду и -- что довольно странно -- к жаре;
5) и вот, наконец, я обнаруживаю, что у крыс интоксикация неочищенным тканевым экстрактом приводит к увеличению коры надпочечников и одновременно вызывает атрофию зобной железы и возникновение язвы желудка.
Все эти наблюдения легко могут быть описаны простыми словами -- и только что я это сделал. Но такое описание нельзя считать приемлемым, ибо оно не намечает ни связи между этими фактами, ни направления дальнейших исследований. Эти и многие другие явным образом не связанные между собой факты становятся понятными и нужными только после того, как они подверглись систематизации посредством объединяющей их концепции
А теперь систематизируем вышеприведенную информацию с помощью следующих формулировок: 1) инфекция, холод, жара и многие другие факторы, вызывающие потребность в адаптации, действуют в качестве неспецифических стрессоров; 2) вызывая стресс, все эти факторы обусловливают выделение гипофизом адренокортикотропного гормона (АКТГ), который, в свою очередь, стимулирует выделение корой надпочечников соединений, подобных кортизону; 3) эти кортикоиды увеличивают неспецифическую сопротивляемость организма, но в то же время вызывают уменьшение тимуса и создают предрасположенность к язве желудка.
Разумеется, утверждение, согласно которому заражение дифтерией вызывает уменьшение тимуса, нельзя признать ложным, однако его неполнота вводит в заблуждение. Но оно не является "абсолютно истинным" в описанном выше смысле (с. 128). Точно так же не является ложным утверждение, что нажатие кнопки "вызов лифта" обусловливает прибытие лифта на ваш этаж, но из него вы ничего не сможете узнать о принципе действия данного механизма, если только вам не удастся систематизировать составные элементы вашего наблюдения в совершенно различных терминах (электричество, земное притяжение и т. д.). По словам Бриджменаа, вам нужно надлежащим образом выраженное и полное "операциональное определение" данного механизма [4].
Фармакология стероидных гормонов
Уже давно известно, что для соединений с одной и той же основной химической структурой, "стероидным ядром", характерны действия, которые имитируют поведение коры надпочечников и мужских или женских половых желез. Однако наши исследования показали, что одни стероиды стимулируют деятельность почек, а другие могут даже вызвать их анестезию. Казалось бы, стероид может оказывать и то и другое действие, причем и сам по себе, и в любом сочетании. Кроме того, создается впечатление, что между этими воздействиями и теми сравнительно незначительными изменениями в стероидном ядре, которые их вызывали, нет взаимосвязи. Но систематическое изучение этого вопроса внесло некоторый порядок в создавшийся хаос. Теперь мы знаем, что одни химические структуры совместимы с определенным фармакологическим свойством, а другие -- несовместимы. Мы узнали также кое-что о правилах, которым подчиняются взаимодействия между тем или иным фармакологическим эффектом одной и той же молекулы гормона. Выявленные закономерности известны теперь как "фармакохимические" и "фармакофармакологические" отношения. Они выражают соответственно влияние химической структуры на фармакологическую активность и одной фармакологической активности данного соединения на другую.
* 8. КАК МЫСЛИТЬ?
Казалось бы, странно, почему глава "Как мыслить?" идет после главы "Как работать?". Дело в том, что в фундаментальных исследованиях -- и я попытаюсь это доказать -- осмысление по большей части следует за случайным наблюдением или же ему предшествуют те или иные эксперименты, в основе которых лежат главным образом интуиция и весьма поверхностные (и зачастую ошибочные) рассуждения. Истинное открытие очень редко произрастает из логических построений, и это особенно характерно для естественных наук. Логика становится нужной в дальнейшей работе при подтверждении и оценке наблюдаемых явлений. Как говорится, "сначала стреляй, а потом уж задавай вопросы".
Логика и научный метод
Научное исследование само по себе -- не наука, это все еще искусство или мастерство.
У. Джордж
Авторы наиболее значительных научных достижений менее всего были знакомы с трудами Бэкона, в то время как, его читатели и ценители -- включая самого Бэкона -- не особенно преуспели в открытиях.
Ж. де Местр
Под научным методом мы понимаем ряд таких процедур, которые используются в процессе приобретения знаний и которые основываются на следующем:
распознавании и четком формулировании проблемы;
сборе данных посредством наблюдения и, насколько это возможно, эксперимента;
формулировании гипотез посредством логических рассуждений;
проверке этих гипотез.
Со времен Дж. Буля [3] логики и философы проделали грандиозную работу по изучению законов мышления (Коэн и Нагель, Вулф). Для систематизации методов построения теорий и разработки основ универсальной науки исключительно рациональным путем были приложены титанические усилия [Вуджер, 38]. И тем не менее, как ни парадоксально, практическое значение формальной логики, законов мышления и научной методологии очень ограниченно как в повседневной жизни, так и в науке.
Насколько часто мне удавалось с успехом применить законы формальной логики к решению повседневных проблем, с которыми я сталкиваюсь и как человек, и как ученый? Если подумать, меня большему научила практика, а не логика. В том числе ходить и говорить. Желая уберечь ребенка от опасности споткнуться, мы не объясняем ему, какие мышцы надлежит приводить в движение, в какой последовательности и с каким усилием. Мы не учим родной язык, осознанно применяя грамматические правила. Самый лучший способ научить ребенка ходить -- это, взяв его за руку, потянуть за собой. Если же он будет слышать вашу речь достаточно долго, он заговорит. Безусловно, знание физиологии движения или правил грамматики может пригодиться, однако на практике такими знаниями весьма редко пользуются осознанно, по крайней мере до тех пор, пока все идет нормально. Нечего и говорить, что хирургу, который должен восстановить поврежденную конечность, необходимы обширные знания о том, каким образом взаимодействуют при ходьбе мышцы и кости, а если какая-то фраза звучит сомнительно или двусмысленно, следует заглянуть в учебник грамматики.
У меня создается впечатление, что все это в равной степени относится и к науке. Обучать новичка в той мере, в какой это вообще возможно, лучше всего взяв его за руку и предоставив ему возможность идти с вами бок о бок. На этом пути открывается как практическая сторона жизни биолога, так и его философия, не говоря о том, что, наблюдая жизнь своих учителей, вы учитесь сами. Но если бы мы на каждом шагу сверялись с правилами логики, подтверждая достоверность своих рассуждений, то далеко бы не ушли. И даже ставя самый простой биологический эксперимент, мы бы чувствовали себя столь же неуверенно, как если бы при ходьбе сознательно контролировали логическую последовательность сокращении каждого мускула, а при говорении -- каждый произносимый звук. Как я попытаюсь объяснить далее, то же касается применения математики и статистики к проблеме познания жизни. Логика составляет основу экспериментальных исследований точно так же, как грамматика составляет основу языка. Однако мы должны научиться пользоваться ими интуитивно, ибо, как правило, у нас нет времени для того, чтобы на каждом шагу осознанно применять законы логики.
Весьма соблазнительно привести логические доводы в пользу применения логики и математики к науке, но гораздо рискованней указывать их ограниченность. Однако давайте посмотрим фактам в лицо. Подавляющее большинство наиболее выдающихся врачей-экспериментаторов очень мало знакомы как с формальной логикой, так и с математикой. Формулирование биологических законов на языке математики, планирование экспериментов (в том смысле, как это понимает статистик), характерная для профессионального логика неопровержимость доказательств и осознанное применение научной методологии в том смысле, как это понимает философ,-- все это сыграло не большую роль в самых значительных открытиях за всю историю медицины, чем знание акустики -- в сочинении величайших музыкальных произведений.
И если интуитивные попытки проникнуть в тайны Природы забываются, то факты сознательного применения логики в научных открытиях не только фиксируются как наиболее простые пути к достижению успеха, но и попадают на страницы книг и учебников. Именно по ним и учатся наши студенты. Неудивительно, что этот путь они принимают за единственно возможный. Хорошей иллюстрацией сказанному служит описание Гельмгольцем своих открытий в области математики: "Я сравниваю себя с путником, поднимающимся в гору. Не зная дороги, он медленно карабкается вверх и нередко вынужден поворачивать назад, поскольку идти дальше нет сил. Потом -- то ли по зрелому размышлению, то ли потому, что просто повезло,-- он обнаруживает тропинку и продвигается по ней чуть дальше, пока наконец не достигнет вершины. И тут, к стыду своему, он обнаруживает, что сюда ведет прекрасная прямая дорога, по которой, сумей он вовремя и правильно сориентироваться, можно было бы подняться без труда. В своих работах я, вполне естественно, ничего не говорю читателю о собственных ошибках, а лишь описываю тот уже проложенный путь, следуя которым он может с легкостью достичь тех же высот" [цит. по: Кенигсберг, 14]. Троттер [35] также подчеркивает тот факт, что открытий, обязанных своим появлением логике, а не опыту, крайне мало. Аналогичные взгляды высказывались Пуанкаре, Планком, Эйнштейном.
Что касается меня, то я считаю, что логика для Природы то же, что экскурсовод для зоопарка. Ему в точности известно, где находится африканский лев, где -- индийский слон, а где -австралийский кенгуру, раз уж их отловили, привезли в зоопарк и выставили для обозрения. Охотнику же, который выслеживал этих животных в местах естественного обитания, такие знания не нужны. Точно так же логика -- это не ключ к тайнам упорядоченности Природы, а своеобразный "каталог картинной галереи" в мозгу человека, где хранятся его впечатления о природных явлениях.
Считается, что глубоко изучать логику и математику необходимо каждому человеку независимо от рода его деятельности, ибо это учит человека думать. Я в этом сомневаюсь. На мой взгляд, логика и математика способны даже блокировать свободный поток того полуинтуитивного мышления, который является основой основ научных исследований в области медицины. Безусловно, изучение формальной логики или математики учит, но учит тому, как думать о формальной логике или о математике. Я же ратую за то, чтобы то время, которое уделяется изучению математики и логики как наиболее эффективным способам подготовки к гистологическим и хирургическим исследованиям, посвящать работе в гистологической лаборатории или хирургической клинике.
Формальная и полуинтуитивная логика
По-моему, у ученого-медика есть только две серьезные причины для изучения основ логики, но причины весьма достойные: это красота, органично присущая законам мышления, а также контроль и корректировка нашей по преимуществу инстинктивной "лабораторной логики" во всех тех случаях, когда она уводит нас в сторону. Именно в силу этих причин мне хочется сейчас обсудить несколько проблем, связанных с применением логики (точнее, полуинтуитивной логики) в экспериментальной медицине. Я попытаюсь проиллюстрировать некоторые ключевые схемы мыслительной деятельности с помощью аналогии, ибо нам, биологам, приходится скорее иметь дело с целостными комплексами живой материи, нежели с ее отдельными ингредиентами в чистой и гомогенной форме. Полагаю, что именно целостный взгляд на вещи служит нам основным ориентиром в лабораторной практике.
Та полуинтуитивная логика, которой пользуется каждый ученый-экспериментатор в своей повседневной работе,-- это специфическая смесь жесткой формальной логики и психологии. Она формальна в том смысле, что абстрагирует формы мышления от их содержания, с тем чтобы установить абстрактные критерии непротиворечивости. А так как эти абстракции могут быть представлены символами, то логика может быть также названа символической. Но в то же время эта логика честно и откровенно признает, что ее понятийные элементы, ее абстракции в отличие от математики или теоретической физики являются в силу необходимости вариабельными и относительными.
Следовательно, строгие законы мышления к ней применять нельзя. В размышлениях о Природе нам следует также отвести существенную роль интуиции. Вот почему в нашей системе мышления психология должна быть интегрирована с логикой.
Ниже перечислены наиболее важные проблемы,. с которыми предстоит иметь дело этой полуформальной логике.
1. Формулирование понятийных элементов.
2. Классификация понятийных элементов в соответствии с их:
а) характеристиками (признаками),
б) причиной (этиологией).
Формулирование новых вопросов относительно:
а) эволюции характеристик во времени (те типы понятийных элементов, которые им предшествуют, и те типы, в которые они, по всей вероятности, перейдут);
б) опосредования причинно-следственных связей (антецеденты, которые предшествовали непосредственной причине, и консеквенты, которые, по всей вероятности, явятся результатом ее действия).
Вспышка интуиции, "озарение". Хотя она и подготовлена предшествующими операциями, но тем не менее не может быть выведена из них путем применения формальной логики.
Все это можно представить на диаграмме следующим образом:
(1) Сформулированный понятийный элемент (например, артрит)
(2а) Отнесенный к определенному классу в соответствии со своими характеристиками (например, гнойный)
(26) Отнесенный к определенному классу в соответствии с вызывающей его причиной (например, микробный)
(3а) Эволюция характеристик (например, промежуточные стадии между нормальным суставом и су стало м, пораженным артритом; возможность развития заболевания о будущем)
(3б) Опосредование причинно-следственных связей (например, каким образом микробы проникли в сустав; какова вероятность того, что артрит вызовет поражение во всем организме).
ПРИНЦИП АНАЛОГИИ
Разработка экспериментов существенно зависит от нахождения аналогий между вновь наблюдаемыми фактами и предыдущим опытом. Процесс планирования экспериментов обычно включает четыре этапа.
1. Мы наблюдаем факт или формулируем идею. Мы замечаем, например, что если крысе вводить яичный белок, то это влечет за собой анафилактоидную реакцию, сопровождаемую внезапным опуханием губ.
2. Мы спрашиваем себя: "Не напоминает ли это что-нибудь?" -- и стараемся припомнить какую-либо известную нам реакцию животного или человека, имеющую нечто общее с анафилоктоидной реакцией, с тем чтобы связать последнюю с предыдущим опытом. Нам приходит в голову, что анафилактоидная реакция, с одной стороны, напоминает некоторые виды внезапного опухания лица, встречающиеся человека (отек Квинке, крапивница), а с другой стороны, такое опухание имеет нечто общее с анафилаксией. Такое сопоставление нового с чем-то уже известным из прошлого опыта помогает выявить как сходство, так и различие между реакциями. Мы отмечаем, что опухание лица у человека в отличие от анафилактоидного опухания у крысы не вызывается инъекциями яичного белка и что анафилаксия (опять-таки в отличие от анафилактоидной реакции) требует предварительной сенсибилизации к вызывающему ее веществу.
3. Мы приходим к выводу, согласно которому все, что нам известно, может оказаться справедливым и в данном случае. Далее если известно, что имеются вещества, которые либо вызывают, либо предотвращают анафилаксию, то следует проверить, будут ли они действовать так же и в случае анафилактоидной реакции.
4. Мы подозреваем, что полученная информация может найти более широкое применение и в других случаях. В частности, анафилактоидная реакция вполне может быть использована в качестве экспериментальной модели заболевания. Поэтому имеется определенный шанс, что выявленные на модели сведения о возникновении или предотвращении этого заболевания найдут применение в ее клинических аналогах, обладающих такими же характеристиками.
ЭКСПЕРИМЕНТ В "ПРОБИРКЕ"
Мы уже упоминали о тех преимуществах, которые можно ожидать, если предварительно попробовать провести каждый эксперимент в пробирке. Мы понимаем данный термин не только в буквальном, как, например, в химии, но и в фигуральном смысле -- ведь, как правило, нецелесообразно сразу начинать широкомасштабный эксперимент на животных или пациентах, не изучив сначала вопрос о практической применимости разработанной нами процедуры на небольших выборках. Пренебрежение этим правилом (а оно бывает порождено чрезмерными энтузиазмом или уверенностью в себе) уже не раз приводило к таким потерям времени, материальных средств, а иногда и к смертельным случаям, что никогда не будет лишним напомнить о нем еще раз.
Один из вариантов этого правила применяется в экспериментах "обзорного", по словам Бевериджа типа: подлежащий изучению раствор изготовляется в широкой гамме концентраций (например, в ста различных вариантах), и каждая концентрация испытывается на малом числе животных (скажем, на двух). После такой грубой проверки берется небольшое количество вариантов концентрации (например, пять), близких к вероятному окончательному значению, и они испытываются на большой выборке животных. Таким образом, можно прийти к точному результату, использовав в эксперименте минимальное число животных.
Но прежде чем приступать к эксперименту в "пробирке", следует тщательно построить его в уме, С тем чтобы оценить его потенциальную ценность. Перед тем как начинать какой-либо эксперимент, задайте себе два вопроса.
1. Действительно ли план этого эксперимента представляется осуществимым с точки зрения накопленного опыта?
2. Если даже предположить, что эксперимент пройдет точно в соответствии с планом, даст ли он убедительный ответ на предыдущий вопрос?
ДИАГРАММЫ ХОДА РАБОТЫ
Экспериментальное исследование, вдохновляемое осознанием аналогий между явлениями, развивается далее довольно стандартным образом, и это можно изобразить в виде диаграмм хода работы. Исходной точкой этих диаграмм, как правило, является идея или наблюдение какого-то факта, которые затем анализируются путем разбиения на составные части, поддающиеся распознанию. Нередко обнаруживается, что законы, справедливые для целого, справедливы и в отношении его частей (дедукция). Наконец, мы доходим до синтеза, т. е. до построения обобщений или, иначе говоря, мы констатируем, что приобретенные нами знания об отдельных явлениях справедливы и в отношении целого класса явлений (индукция). Таким образом мы приходим к познанию общих законов, с помощью которых предсказываем непредвиденные взаимосвязи.
Методы координации знаний
КАТАЛОГИЗАЦИЯ НАУЧНЫХ ДАННЫХ
Одной из самых важных и неотложных задач современной медицины является создание каталога накопленных ею знаний. Если количество медицинских публикаций будет расти в такой же пропорции, как сегодня, то быть в курсе современных достижений даже в ограниченной области исследования вскоре станет невозможным. Между тем полноценное использование открытий и разработка новых экспериментов в соответствии с законами логики должны опираться на знание всех доступных фактов. Настало время, когда сложившуюся ситуацию следует воспринимать как серьезнейшую научную проблему нашего столетия, в противном случае, по словам Ванневара Буша36, "...наука может увязнуть в своем собственном продукте, наподобие колонии бактерий, погрязшей в своих выделениях".
Я впервые столкнулся с этой проблемой в бытность свою студентом-медиком, когда осознал, что невозможно вести приличный конспект лекции и одновременно слушать ее. Единственный способ, который помог мне справиться с этой задачей,-- это замена сложных научных терминов или длинных описаний процедур простыми и наглядными символами. В течение последующих тридцати лет этот набор символов развился в специальную систему стенографии по медицине, которая оказала мне неоценимую помощь во время научных конгрессов и при аннотировании литературы по стрессу, кальцифилаксии и эндокринологии (основные области исследований нашего института), а также при последующей обработке литературы техническим персоналом, не имеющим медицинской подготовки. Именно эта система легла в основу детального предметного каталога на 500 000 оттисков и книг, составляющих нашу библиотеку. Я убежден, что разработанная нами система каталогизации медицинской литературы может быть с успехом использована с соответствующими модификациями и в других областях знания.
Практически каждый врач, так же как и каждый ученый, ведет в том или ином виде личный каталог, в котором он фиксирует интересующие его публикации. В большинстве случаев вся такая библиография состоит из кратких резюме, напечатанных на карточках, оттисков (приблизительно разбитых по основным темам) и авторского каталога. Что касается последнего, то он почти всегда достаточно удовлетворителен, а вот разбиение по темам обычно производится не особенно четко, так что для нахождения нужной статьи владельцу приходится полагаться в основном на свою памятъ. В таких личных каталогах, как правило, отсутствует набор зафиксированных правил, а система классификации имеет тенденцию изменяться в соответствии с интересами владельца. Лишь очень немногие из виденных мною частных каталогов признавались владельцами -- даже самыми невзыскательными -отвечающими их требованиям.
Для создания действительно удовлетворительной системы каталогизации, полностью адаптированной к потребностям всех разделов медицины, необходимы совместные творческие усилия множества оригинально мыслящих специалистов. Библиограф, систематизирующий публикации в своей области знания для дальнейшего планирования экспериментов; физиолог, в экспериментах с животными доказывающий, что некое вещество оказывает на организм желаемый эффект; химик, искусственно синтезирующий это вещество, и, наконец, ученый-клиницист, разрабатывающий способы применения этого вещества для лечения больных,-- все эти люди занимаются исследовательской работой, в равной степени оригинальной и полезной для медицины, хотя их методы совершенно различны.
Поверхностная каталогизация медицинской литературы по основным темам или по заглавиям представляется совершенно неприемлемой. Что же касается более детальной каталогизации, то для нее нужно создать элементарный международный код. Основная проблема не в том, какие технические средства мы хотим применять для обеспечения доступа к информации (обычные каталожные карточки, перфокарты или ЭВМ), а в том, какая система кодификации, какой "язык" наиболее приемлемы для этих целей.
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ НАУЧНЫХ ДАННЫХ
В предыдущем параграфе мы уже видели, что даже простая каталогизация научных данных является сложной задачей, требующей высокой специализации. Но самым трудным этапом процесса координации знаний является систематизация научных данных, которые на первый взгляд представляются абсолютно не связанными друг с другом. В следующей главе (с. 254) мы обсудим огромную важность классификации как первого шага при построении структуры новой области знания. Здесь же ограничимся рассмотрением чисто технических аспектов этой проблемы.
Что вы станете делать, к примеру, если наблюдаете десять новых фактов, которые с большей или меньшей очевидностью выглядят связанными друг с другом? Хотя это может показаться невероятным, но мы подчас не вполне осознаем, из каких именно "фактов" состоит наше наблюдение, или, более точно, в каких терминах его можно описать. Похоже, я сталкиваюсь с этой проблемой на протяжении всей своей жизни, и проще всего пояснить ее на одном-двух примерах, которые попортили мне особенно много крови.
Концепция стресса
Для начала рассмотрим составные элементы концепции стресса. В разное время и разными учеными были сделаны в числе прочих следующие наблюдения:
1) удаление у крыс гипофиза вызывает деградацию коры надпочечников;
2) у людей, получивших сильные ожоги кожи, как правило, развивается язва желудка и двенадцатиперстной кишки;
3) у детей при заражении их дифтерией тимус (лимфатический орган, расположенный в грудной клетке, функция которого тогда была неизвестна) сморщивается;
4) животные и люди, у которых разрушены гипофиз или надпочечники, становятся необычайно чувствительными к холоду и -- что довольно странно -- к жаре;
5) и вот, наконец, я обнаруживаю, что у крыс интоксикация неочищенным тканевым экстрактом приводит к увеличению коры надпочечников и одновременно вызывает атрофию зобной железы и возникновение язвы желудка.
Все эти наблюдения легко могут быть описаны простыми словами -- и только что я это сделал. Но такое описание нельзя считать приемлемым, ибо оно не намечает ни связи между этими фактами, ни направления дальнейших исследований. Эти и многие другие явным образом не связанные между собой факты становятся понятными и нужными только после того, как они подверглись систематизации посредством объединяющей их концепции
А теперь систематизируем вышеприведенную информацию с помощью следующих формулировок: 1) инфекция, холод, жара и многие другие факторы, вызывающие потребность в адаптации, действуют в качестве неспецифических стрессоров; 2) вызывая стресс, все эти факторы обусловливают выделение гипофизом адренокортикотропного гормона (АКТГ), который, в свою очередь, стимулирует выделение корой надпочечников соединений, подобных кортизону; 3) эти кортикоиды увеличивают неспецифическую сопротивляемость организма, но в то же время вызывают уменьшение тимуса и создают предрасположенность к язве желудка.
Разумеется, утверждение, согласно которому заражение дифтерией вызывает уменьшение тимуса, нельзя признать ложным, однако его неполнота вводит в заблуждение. Но оно не является "абсолютно истинным" в описанном выше смысле (с. 128). Точно так же не является ложным утверждение, что нажатие кнопки "вызов лифта" обусловливает прибытие лифта на ваш этаж, но из него вы ничего не сможете узнать о принципе действия данного механизма, если только вам не удастся систематизировать составные элементы вашего наблюдения в совершенно различных терминах (электричество, земное притяжение и т. д.). По словам Бриджменаа, вам нужно надлежащим образом выраженное и полное "операциональное определение" данного механизма [4].
Фармакология стероидных гормонов
Уже давно известно, что для соединений с одной и той же основной химической структурой, "стероидным ядром", характерны действия, которые имитируют поведение коры надпочечников и мужских или женских половых желез. Однако наши исследования показали, что одни стероиды стимулируют деятельность почек, а другие могут даже вызвать их анестезию. Казалось бы, стероид может оказывать и то и другое действие, причем и сам по себе, и в любом сочетании. Кроме того, создается впечатление, что между этими воздействиями и теми сравнительно незначительными изменениями в стероидном ядре, которые их вызывали, нет взаимосвязи. Но систематическое изучение этого вопроса внесло некоторый порядок в создавшийся хаос. Теперь мы знаем, что одни химические структуры совместимы с определенным фармакологическим свойством, а другие -- несовместимы. Мы узнали также кое-что о правилах, которым подчиняются взаимодействия между тем или иным фармакологическим эффектом одной и той же молекулы гормона. Выявленные закономерности известны теперь как "фармакохимические" и "фармакофармакологические" отношения. Они выражают соответственно влияние химической структуры на фармакологическую активность и одной фармакологической активности данного соединения на другую.
* 8. КАК МЫСЛИТЬ?
Казалось бы, странно, почему глава "Как мыслить?" идет после главы "Как работать?". Дело в том, что в фундаментальных исследованиях -- и я попытаюсь это доказать -- осмысление по большей части следует за случайным наблюдением или же ему предшествуют те или иные эксперименты, в основе которых лежат главным образом интуиция и весьма поверхностные (и зачастую ошибочные) рассуждения. Истинное открытие очень редко произрастает из логических построений, и это особенно характерно для естественных наук. Логика становится нужной в дальнейшей работе при подтверждении и оценке наблюдаемых явлений. Как говорится, "сначала стреляй, а потом уж задавай вопросы".
Логика и научный метод
Научное исследование само по себе -- не наука, это все еще искусство или мастерство.
У. Джордж
Авторы наиболее значительных научных достижений менее всего были знакомы с трудами Бэкона, в то время как, его читатели и ценители -- включая самого Бэкона -- не особенно преуспели в открытиях.
Ж. де Местр
Под научным методом мы понимаем ряд таких процедур, которые используются в процессе приобретения знаний и которые основываются на следующем:
распознавании и четком формулировании проблемы;
сборе данных посредством наблюдения и, насколько это возможно, эксперимента;
формулировании гипотез посредством логических рассуждений;
проверке этих гипотез.
Со времен Дж. Буля [3] логики и философы проделали грандиозную работу по изучению законов мышления (Коэн и Нагель, Вулф). Для систематизации методов построения теорий и разработки основ универсальной науки исключительно рациональным путем были приложены титанические усилия [Вуджер, 38]. И тем не менее, как ни парадоксально, практическое значение формальной логики, законов мышления и научной методологии очень ограниченно как в повседневной жизни, так и в науке.
Насколько часто мне удавалось с успехом применить законы формальной логики к решению повседневных проблем, с которыми я сталкиваюсь и как человек, и как ученый? Если подумать, меня большему научила практика, а не логика. В том числе ходить и говорить. Желая уберечь ребенка от опасности споткнуться, мы не объясняем ему, какие мышцы надлежит приводить в движение, в какой последовательности и с каким усилием. Мы не учим родной язык, осознанно применяя грамматические правила. Самый лучший способ научить ребенка ходить -- это, взяв его за руку, потянуть за собой. Если же он будет слышать вашу речь достаточно долго, он заговорит. Безусловно, знание физиологии движения или правил грамматики может пригодиться, однако на практике такими знаниями весьма редко пользуются осознанно, по крайней мере до тех пор, пока все идет нормально. Нечего и говорить, что хирургу, который должен восстановить поврежденную конечность, необходимы обширные знания о том, каким образом взаимодействуют при ходьбе мышцы и кости, а если какая-то фраза звучит сомнительно или двусмысленно, следует заглянуть в учебник грамматики.
У меня создается впечатление, что все это в равной степени относится и к науке. Обучать новичка в той мере, в какой это вообще возможно, лучше всего взяв его за руку и предоставив ему возможность идти с вами бок о бок. На этом пути открывается как практическая сторона жизни биолога, так и его философия, не говоря о том, что, наблюдая жизнь своих учителей, вы учитесь сами. Но если бы мы на каждом шагу сверялись с правилами логики, подтверждая достоверность своих рассуждений, то далеко бы не ушли. И даже ставя самый простой биологический эксперимент, мы бы чувствовали себя столь же неуверенно, как если бы при ходьбе сознательно контролировали логическую последовательность сокращении каждого мускула, а при говорении -- каждый произносимый звук. Как я попытаюсь объяснить далее, то же касается применения математики и статистики к проблеме познания жизни. Логика составляет основу экспериментальных исследований точно так же, как грамматика составляет основу языка. Однако мы должны научиться пользоваться ими интуитивно, ибо, как правило, у нас нет времени для того, чтобы на каждом шагу осознанно применять законы логики.
Весьма соблазнительно привести логические доводы в пользу применения логики и математики к науке, но гораздо рискованней указывать их ограниченность. Однако давайте посмотрим фактам в лицо. Подавляющее большинство наиболее выдающихся врачей-экспериментаторов очень мало знакомы как с формальной логикой, так и с математикой. Формулирование биологических законов на языке математики, планирование экспериментов (в том смысле, как это понимает статистик), характерная для профессионального логика неопровержимость доказательств и осознанное применение научной методологии в том смысле, как это понимает философ,-- все это сыграло не большую роль в самых значительных открытиях за всю историю медицины, чем знание акустики -- в сочинении величайших музыкальных произведений.
И если интуитивные попытки проникнуть в тайны Природы забываются, то факты сознательного применения логики в научных открытиях не только фиксируются как наиболее простые пути к достижению успеха, но и попадают на страницы книг и учебников. Именно по ним и учатся наши студенты. Неудивительно, что этот путь они принимают за единственно возможный. Хорошей иллюстрацией сказанному служит описание Гельмгольцем своих открытий в области математики: "Я сравниваю себя с путником, поднимающимся в гору. Не зная дороги, он медленно карабкается вверх и нередко вынужден поворачивать назад, поскольку идти дальше нет сил. Потом -- то ли по зрелому размышлению, то ли потому, что просто повезло,-- он обнаруживает тропинку и продвигается по ней чуть дальше, пока наконец не достигнет вершины. И тут, к стыду своему, он обнаруживает, что сюда ведет прекрасная прямая дорога, по которой, сумей он вовремя и правильно сориентироваться, можно было бы подняться без труда. В своих работах я, вполне естественно, ничего не говорю читателю о собственных ошибках, а лишь описываю тот уже проложенный путь, следуя которым он может с легкостью достичь тех же высот" [цит. по: Кенигсберг, 14]. Троттер [35] также подчеркивает тот факт, что открытий, обязанных своим появлением логике, а не опыту, крайне мало. Аналогичные взгляды высказывались Пуанкаре, Планком, Эйнштейном.
Что касается меня, то я считаю, что логика для Природы то же, что экскурсовод для зоопарка. Ему в точности известно, где находится африканский лев, где -- индийский слон, а где -австралийский кенгуру, раз уж их отловили, привезли в зоопарк и выставили для обозрения. Охотнику же, который выслеживал этих животных в местах естественного обитания, такие знания не нужны. Точно так же логика -- это не ключ к тайнам упорядоченности Природы, а своеобразный "каталог картинной галереи" в мозгу человека, где хранятся его впечатления о природных явлениях.
Считается, что глубоко изучать логику и математику необходимо каждому человеку независимо от рода его деятельности, ибо это учит человека думать. Я в этом сомневаюсь. На мой взгляд, логика и математика способны даже блокировать свободный поток того полуинтуитивного мышления, который является основой основ научных исследований в области медицины. Безусловно, изучение формальной логики или математики учит, но учит тому, как думать о формальной логике или о математике. Я же ратую за то, чтобы то время, которое уделяется изучению математики и логики как наиболее эффективным способам подготовки к гистологическим и хирургическим исследованиям, посвящать работе в гистологической лаборатории или хирургической клинике.
Формальная и полуинтуитивная логика
По-моему, у ученого-медика есть только две серьезные причины для изучения основ логики, но причины весьма достойные: это красота, органично присущая законам мышления, а также контроль и корректировка нашей по преимуществу инстинктивной "лабораторной логики" во всех тех случаях, когда она уводит нас в сторону. Именно в силу этих причин мне хочется сейчас обсудить несколько проблем, связанных с применением логики (точнее, полуинтуитивной логики) в экспериментальной медицине. Я попытаюсь проиллюстрировать некоторые ключевые схемы мыслительной деятельности с помощью аналогии, ибо нам, биологам, приходится скорее иметь дело с целостными комплексами живой материи, нежели с ее отдельными ингредиентами в чистой и гомогенной форме. Полагаю, что именно целостный взгляд на вещи служит нам основным ориентиром в лабораторной практике.
Та полуинтуитивная логика, которой пользуется каждый ученый-экспериментатор в своей повседневной работе,-- это специфическая смесь жесткой формальной логики и психологии. Она формальна в том смысле, что абстрагирует формы мышления от их содержания, с тем чтобы установить абстрактные критерии непротиворечивости. А так как эти абстракции могут быть представлены символами, то логика может быть также названа символической. Но в то же время эта логика честно и откровенно признает, что ее понятийные элементы, ее абстракции в отличие от математики или теоретической физики являются в силу необходимости вариабельными и относительными.
Следовательно, строгие законы мышления к ней применять нельзя. В размышлениях о Природе нам следует также отвести существенную роль интуиции. Вот почему в нашей системе мышления психология должна быть интегрирована с логикой.
Ниже перечислены наиболее важные проблемы,. с которыми предстоит иметь дело этой полуформальной логике.
1. Формулирование понятийных элементов.
2. Классификация понятийных элементов в соответствии с их:
а) характеристиками (признаками),
б) причиной (этиологией).
Формулирование новых вопросов относительно:
а) эволюции характеристик во времени (те типы понятийных элементов, которые им предшествуют, и те типы, в которые они, по всей вероятности, перейдут);
б) опосредования причинно-следственных связей (антецеденты, которые предшествовали непосредственной причине, и консеквенты, которые, по всей вероятности, явятся результатом ее действия).
Вспышка интуиции, "озарение". Хотя она и подготовлена предшествующими операциями, но тем не менее не может быть выведена из них путем применения формальной логики.
Все это можно представить на диаграмме следующим образом:
(1) Сформулированный понятийный элемент (например, артрит)
(2а) Отнесенный к определенному классу в соответствии со своими характеристиками (например, гнойный)
(26) Отнесенный к определенному классу в соответствии с вызывающей его причиной (например, микробный)
(3а) Эволюция характеристик (например, промежуточные стадии между нормальным суставом и су стало м, пораженным артритом; возможность развития заболевания о будущем)
(3б) Опосредование причинно-следственных связей (например, каким образом микробы проникли в сустав; какова вероятность того, что артрит вызовет поражение во всем организме).