- •Шапиро с.В. Основы синергетики
- •Введение
- •Глава первая. Основные определения и постулаты
- •1.1.Три сущности окружающего мира
- •1.2.Что такое материя?
- •1.3. Что такое порядок?
- •1.4. Что такое пространство и время?
- •1.5. Что такое масса и энергия?
- •1.7.Что такое синергия? Взаимосвязь энергетических (материальных) и информационных процессов
- •Глава вторая. Почему возникает порядок?
- •2.1. Почему время необратимо?
- •2.2 Созидательная роль двух тенденций природы
- •2.3. Возникновение простейших упорядоченных состояний
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава третья. Как возникает порядок?
- •3.1. Спонтанное возникновение порядка на молекулярном уровне
- •3.2 Конденсированные системы
- •3.3. Неравновесные системы
- •3.4. Диссипативные системы
- •3.5. Основные законы накопления порядка в диссипативных системах
- •3.6. Неравновесные процессы в химии. Химическая эволюция.
- •3.7.Вселенная, как неравновесная система
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.1. Определение и основные признаки управляемых систем
- •4.2. Принцип устройства и действия систем отрицательной обратной связи
- •4.3. Динамика систем обратной связи
- •4.4. Непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые) способы передачи информации в управляемых системах
- •4.5. Примеры передачи дискретной информации в биологических системах
- •4.6 . Сложные структуры обратной связи. Системы оптимального управления
- •Глава пятая. Информационные процессы в биологических системах
- •5.1. Определение и основные признаки биологических систем
- •5.2. Термодинамика клетки. Возникновение цели.
- •5.4 Самовоспроизводство управляемых систем. Теорема фон Неймана
- •5.5. Структура информационной системы клетки
- •5.6. Информационные процессы в клетке
- •5.7. Сохранение и совершенствование генетической информации
- •5.8. Генная инженерия
- •5.9. Управление в клетке
- •5.10. Управление в многоклеточных организмах
- •5.11. Происхождение и эволюция живых организмов
- •Хордовые
- •5.12. Биосфера.
- •5.13. Формирование нервной системы высших животных
- •5.14. Кибернетика поведения высших животных. Поведенческий инстинкт
- •Глава шестая. Интеллектуальные системы
- •6.1. Определение и основные признаки интеллекта
- •6.2. Познание окружающего мира. Самопознание человеком самого себя
- •6.3. Творчество. Духовная жизнь человека
- •6.4. Мировоззрение
- •6.5. Тезаурус
- •6.6. Труд. Воля
- •6.7. Уровни мышления человека: сознание и подсознание. Связь с другими инстинктами человека
- •6.8. Происхождение и эволюция интеллекта
- •Принципиальная логическая цепочка превращения поведенческого инстинкта в интеллект
- •6.9. Хронология становления человека
- •6.10. Труд животных и человека
- •Которая привела к нервной системе управления
- •6.11.Вера и эстетическое чувство у истоков интеллекта
- •6.12. Приобретённое и врождённое в языке
- •6.13.Искуственный интеллект
- •Модель познания внешнего мира интеллектом
- •Ноосфера
- •7.1. Определение, основные признаки и свойства социальных систем.
- •7.2. Производство
- •7.3. Рынок
- •7.4. Государство
- •7.5. Потребление
- •7.6. Общественный интеллект – естественная основа формирования социальных систем.
- •7.7. Роль интеллекта в расширенном воспроизводстве
- •7.8. Происхождение и эволюция общественного интеллекта и социальных систем
- •7.9. Ноосфера
- •Содержание
- •1.1.Три сущности окружающего мира 5
4.5. Примеры передачи дискретной информации в биологических системах
Пример 4.1. Устройство и принцип действия нервной клетки (нейрона).
В основе управления животными лежат нейронные сети (см.§ 5.6).Нейрон (рисунок 4.5) представляет собой клетку, отличающуюся от других наличием отростков. Один из них - самый длинный - именуется аксон 2 и оканчивается разветвлениями, именуемыми коллатералями 4. Остальные отростки называются дендритами 3. На дендритах, их разветвлениях и на теле нейрона имеются специальные области, именуемые синапсами 5. Аксон покрыт миелиновой оболочкой 6. Коллатерали соединяются с синапсами других таких же нервных клеток. Количество синапсов и коллатералей у конкретных клеток сильно варьируется. Есть такие, у которых их число доходит до нескольких тысяч.
По своему действию нейроны делятся на три вида - рецепторные (чувствительные), промежуточные и мотонейроны. Первые воспринимают световые, звуковые, тепловые, вкусовые и многие другие сигналы окружающей среды, вторые передают сигналы от одних нейронов к другим, и третьи воздействуют на мышечные волокна эффекторов, вызывая их сокращение.
Принцип действия нейронов следующий. При подаче электрических сигналов на ряд синапсов в нейроне возникает электрический импульс, передаваемый коллатералями другим нейронам или эффекторам (мышечным клеткам). При подаче электрических сигналов другим синапсам того же нейрона возбужденное состояние прекращается, а вместе с ним и выработка электрического импульса.
Строго говоря, возбуждение нейрона возникает при определенной комбинации электрических сигналов, поступающих на возбуждающие и тормозящие синапсы.
Рисунок 4.5
Нейрон: 1 – цитоплазма с ядром; 2 – аксон; 3 – дендрит; 4 – коллатерали; 5 – синапс; 6 – миелиновая оболочка.
Сигналы, поступающие на синапсы, расположенные на теле клетки нейрона, воздействуют сильнее, чем на дендритах. Миелиновая оболочка способствует увеличению скорости прохождения сигнала по аксону.
Н а рисунке 4.6,а и б изображены упрощенные и уточненные логические схемы нейрона. На схеме рисунка 4.6 входные сигналы х1 и хn соответствуют возбуждающим, а х2 и х3 - тормозящим синапсам.
а б
Рисунок 4.6.Логическая схема нейрона:а – упрощённая;б – уточнённая
Таймер свидетельствует о том, что выходной сигнал нейрона у поступает на следующий нейрон с запаздыванием по времени. В отличие от логического элемента параграфа 4.3 выходной сигнал зависит еще от уровня (количества) входных сигналов. Если какой-нибудь из них меньше величины , то выходной сигнал формируется только двумя оставшимися (рис. 4.6,б). Благодаря этому возможности нейрона как логического элемента возрастают. Кроме этого, на выходе установлено два таймера, один из которых, с соответствует прохождению сигнала по миелиновой оболочке.
Синапсы нейрона могут выступать в роли инверсорных и прямых входов. Коллатерали других нейронов мозга достаточно подвижны и либо подсоединяются к одним синапсам, либо к другим, либо вообще не подсоединяются. Все это также существенно увеличивает объем передаваемой нервной клеткой информации. В среднем один нейрон имеет порядка несколько сотен синапсов и столько же коллатералей [2,33].Согласно (4.18), следовательно, одна клетка может передавать до
ΔIк =102 (2100-1) ≈1032 бит ≈ 1030 байт
Если учесть, что число нейронов в головном мозге составляет 1011, то нетрудно сосчитать, что один человек по объему вычислительной мощности и памяти превосходит сумму всех компьютеров на земном шаре.
Пример 4.2. Принцип действия белков - ферментов в клетке.
Клетка представляет собой сложную систему управления, носящего дискретный характер [39]. В основе функционирования отдельных звеньев этой системы лежит свойство белков-катализаторов (ферментов) находиться в двух состояниях – активном и неактивном. Как правило, переход из одного состояния в другое связан с присоединением к основной молекуле белка небольшой молекулы. В качестве молекулы-довеска может выступать какой-нибудь пептид (аминокислота) из набора, приведённого в §4.3. Присоединение этого довеска инициируется либо другим белком, либо факторами внешней среды, если часть молекулы белка высовывается за пределы оболочки клетки. В активном состоянии белок-фермент катализирует процессы полимеризации (или деполимеризации) других белков или нуклеиновых кислот. При этом каталитический эффект носит чётко адресный характер: один активный белок вызывает вполне определённую химическую реакцию вполне определённого белка. Таким образом, в клетке формируются все органы управляемой системы (см. §4.2) - измерительный (датчик), усилительный, сравнения и исполнительный.