Информация. Информационные потоки в живых системах.
ЛЕКЦИЯ №9
Тема: Информация и принципы регуляции в биологических системах.
План.
1. Кибернетическая система. Ее свойства.
2. Принципы автоматической регуляции в живых системах.
3. Информация. Информационные потоки в живых системах.
Биологическая кибернетика – является составной частью биофизики сложных систем. Изучая организм в целом, а также функционирование органов и физиологических систем, кибернетика позволяет изучить особенности управления и саморегуляции биологических объектов в норме и при патологии.
Кибернетическая система. Ее свойства.
Кибернетика – наука об общих закономерностях процессов управления и связи в организованных системах (машины, живые организмы).
Термин «кибернетика» происходит от древнегреческого слова «кибернетес» (рулевой) – кибернетика—наука об общих законах преобразования информации в управляющих системах.
Этот термин впервые употребил в 1834 г. французский физик А.Ампер, назвав кибернетикой не существовавшую в то время науку об управлении обществом. Выделение кибернетики в самостоятельную научную дисциплину связывают с именем американского ученого Норбертом Винером, он строил механические модели и методы поведения наводчика зенитного орудия и пилота самолета в бою. Основные идеи новой науки об общих законах управления различных систем легли в основу сочинения «Кибернетика», изданное в 1948 г.
|
|
|
Кибернетическая система – упорядоченная совокупность взаимодействующих объектов, объединенных выполнением определенной функции и способных обмениваться информацией. Кибернетическая система – абстрагированное понятие, которое не отражает всех физических, технических или физиологических особенностей объекта. Человек рассматривается без анатомических подробностей, а только как взаимосвязь и управление его отдельных органов.
Рассматриваемые кибернетикой характеристики системы делятся на входные параметры, которые учитывают воздействие внешней среды на систему, и выходные, которые характеризуют воздействие системы на внешнюю среду.
Кибернетические системы являются сложными системами и состоят из подсистем, между которыми есть связь. Подсистемы могут состоять из более простых систем. По уровням организации живого организма - биофизика состоит из молекулярной, клеточной, органной и сложных систем.
Кибернетика изучает динамические системы, в которых протекают сложные процессы, состояние которых меняется под влиянием внешних воздействий. Человек, кибернетическая система – это совокупность протекающих в нем процессов, которые меняются во времени. Чтобы охарактеризовать состояние организма человека необходимо знать анамнез (медицинская биография больного при расспросе), а также учитывать его условия жизни, работы.
|
|
|
Принцип автоматической регуляции в живых системах.
Управление (регулирование) – процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей. Система содержит управляющую и исполнительную системы. По прямой связи управляющая часть посылает в соответствии с заданием в исполнительную часть команды. По линии обратной связи в управляющую часть поступают сведения из исполнительной части о выполнении команд.
Головной мозг (управляющая часть) посылает команды органам движения по каналу прямой связи (двигательные нервы), а по каналам обратной (по чувствительным нервам) в головной мозг поступают сведения о выполнении команды.
Биологические объекты относятся к саморегулируемым системам,
которые обладают способностью поддерживать свое состояние и функционирование на определенном уровне при различных внешних воздействиях.
В автоматическом регулировании выделяют два основных способа регулирования:
|
|
|
- регулирование по возмущению - устранение результатов непредвиденного внешнего воздействия на систему с целью сохранения заданного режима функционирования. Для осуществления такого регулирования система должна хранить в своей памяти информацию о возможных последствиях возмущения.
Примером регулирования по возмущению является система терморегуляции организма. Информация об изменении температуры окружающей среды поступает от кожных терморецепторов в центр терморегуляции головного мозга, из которого поступают команды в аппарат теплопродукции (мышцы, почки) и в аппарат тепловыделения (кожа, сосуды, потовые железы, легкие). При повышении температуры окружающей среды с целью защиты организма от перегревания — происходит уменьшение теплообразования и усиление процессов теплоотдачи. Теплоотдача происходит – за счет расширения периферических сосудов, количество циркулирующей в них крови увеличивается и происходит отдача тепла посредством теплоизлучения, а также за счет усиления потоотделения, испарения воды с поверхности кожи, некоторая часть воды испаряется легкими в виде паров.
- регулирование по отклонению – управляющая часть вырабатывает команды, которые вызывают изменения в системе, которые компенсируют отклонения от заданного режима функционирования в системе.
|
|
|
По каналу обратной связи передаются сведения о режиме функционирования системы в аппарат сравнения, в котором они сравниваются с заданными параметрами, если происходят отклонения от задания – управляющая часть вырабатывает команды, которые устраняют отклонения.
Необходимым условием процесса саморегуляции являются обратные связи, с помощью которых передается информация о результате функционирования системы в управляющую часть.
Обратные связи бывают:
- положительные, которые приводят в выработке команд, ведущих к увеличению отклонения системы от первоначального состояния.
- отрицательные вызывают команды, которые стремятся уменьшить отклонение в системе.
Регулирование по отклонению осуществляется с использованием отрицательных обратных связей.
Биологические системы обладают способностью менять задание, программу, которая определяет результат их функционирования для улучшения результата или для приспособления к изменениям условий внешней среды.
Информация. Информационные потоки в живых системах.
Информация – это сообщения о состоянии и изменениях внешнего окружения и организма, а также команды подсистемам исполнения и обеспечения. Информация это философская категория.
Основные понятия теории информации: сообщение, сигнал, количество информации, кодирование, энтропия, пропускная способность канала связи.
Сообщение — некоторая информация о событиях, закодированная в форме определенного сигнала.
Сигнал — физический носитель информации. Сигналом может быть звук, свет, буква, механический удар.
За единицу информации принято количество информации, содержащееся в сообщении о том, что произошло одно из двух равновероятных событий.
Энтропия источника информации – это мера неопределенности сведений об источнике информации, которая имела место до приема сообщений и была устранена после их получения. Чем из большего числа сообщений получатель информации должен сделать выбор, тем большее значение имеет информационная энтропия.
Пропускная способность канала связи — это среднее количество информации, которое может получить объект и определяется она предельной скоростью передачи информации. Каналом связи может быть провод, кровеносные сосуды, нервные волокна.
Кодирование—информация для передачи сообщения кодируется –/азбука Морзе/, последовательность, частота, длительность импульсов в нервной сети.
При передаче информации по каналу связи могут происходит ее искажения за счет помех из внешней среды и нарушений в самой линии. Эффективным способом борьбы с искажениями информации является создание – ее избыточности и передача сигналов по большому числу параллельных каналов. Эти способы используются в организме человека.
Свойства информации:
1. Информация имеет смысл при наличие потребителя. Если принимающий объект отсутствует, то говорить о существовании информации нельзя.
2. Наличие сигнала не обязательно говорит о том, что передается некоторая информация. Информативно только, то сообщение, которое несет в себе что-то неизвестное ранее, в чем нуждается потребитель.
3. Информация может передаваться не только через наше сознание, но
и на подсознательном уровне, и на уровне внутренних процессов в организме.
4. Если событие достоверно, то сообщение о том, что оно произошло, не
несет никакой информации для потребителя.
5. Сообщение о событии, вероятность которого содержит в себе
информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события,
которое произошло.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 834; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!