Регулирование биологических процессов

Информация и регулирование неотделимы друг от друга. Они рассматриваются как компоненты единого процесса управления в технике, биологии и социологии. Изучение биологических форм управления составляет содержание биофизики сложных систем. В биологических системах приём, передача, хранение и переработка информации обеспечивают управление функциями организма. Поэтому проблемы связи исследуются не только в рамках теории информации, но и с позиций более общей науки - кибернетики.

Содержание кибернетики и бионики

Термин «кибернетика» появился в современной научной литературе после того как основоположники этой науки пришли к заключению «о принципиальном единстве ряда задач, в центре которых находились вопросы связи и управления, причём как в машине, так и в биологических объектах» (Винер Н., 1948). Чтобы подчеркнуть отмеченное единство и устранить разрозненность существовавшей тогда терминологии для обозначения принципов и понятий теории связи и управления, Норберту Винеру пришлось, как он пишет, «изобрести» неологизм - «кибернетика». Автор произвёл его от греческого слова %uPspvr|Tr|^, которым в Древней Греции называли моряка, управляющего кораблем (кормчего). Нужно заметить, что задолго до

Винера это слово употреблялось и в переносном смысле. Так, древнегреческий философ Платон пользовался им для характеристики человека, способного управлять людьми. Тот же корень делает созвучными названия правительств в английском, французском и испанском языках. Слова «губернатор» и «гувернантка» проникли в русский язык после сложной эволюции этого греческого слова. А. Ампер в своей единой системе классификации знаний (1843 г.) назвал кибернетикой науку об управлении государством, а Д.К. Максвелл в 1868 г. обозначил близким по звучанию термином (governors) автоматические регуляторы в технике.

Однако только в 1948 г. с появлением книги Н. Винера «Кибернетика» наука обогатилась новой огромной областью знаний. Толчком к развитию кибернетики послужило изучение математиками и инженерами не столько технических, сколько биологических систем. Во время Второй мировой войны Н. Винер и его коллеги разработали принципиально новые саморегулирующиеся комплексы противовоздушной обороны. Вскоре после войны Винер был приглашен к решению ряда задач практической медицины и неожиданно для себя понял, что изобретённые им принципы управления системами противовоздушной обороны давно реализованы природой в организме животных и человека. Эти принципы управления автор обобщил в «Кибернетике», включавшей восемь глав, четыре из которых были посвящены нервной системе. Поэтому книга вышла с таким подзаголовком: «Управление и связь в животном и машине».

Уже в 1948 г. Н. Винер определил основной теоретический аппарат современной кибернетики: 1) теория информации, 2) теория сглаживания и фильтрации «помех» (сигналов, мешающих системам управления принимать, перерабатывать, хранить и передавать информацию), 3) теория обнаружения и прогнозирования поведения управляющего сигнала, 4) теория обратной связи, 5) теория автоматов и сложных машин.

На основе перечисленных теорий стали создаваться новые технические системы управления и глубоко анализироваться регуляторные процессы в организме человека и животных. Позднее область применения кибернетических принципов охватила социологию и экономику, поскольку «основное содержание этих наук заключается в изучении связей» (Винер Н., 1969). Следовательно, кибернетика - безграничная наука, так как охватывает многие области человеческого знания, каждая из которых сама по себе весьма обширна. Поэтому определение кибернетики после первых работ, посвящённых этой науке, не только расширялось, но и уточнялось. Основоположник кибернетики в нашей стране академик А.И. Берг определил кибернетику, как науку об управлении, об управляющих системах, а также об организации как управляющих систем, так и самого процесса управления.

Таким образом, кибернетика - это наука об управлении, о связях, при помощи которых оно осуществляется, об организации как управляющих систем, так и самого процесса управления.

Основные кибернетические законы универсальны, но их конкретные проявления в системах различной природы довольно специфичны, чем предопределяется выделение в кибернетике трёх областей исследований: технической кибернетики, биологической кибернетики, социологической кибернетики. Приведённая классификация весьма условна, поскольку названные области взаимосвязаны. Внутри каждой из них есть направления, стоящие ближе к целям и задачам смежных областей, чем к проблемам своей области. Так, автоматизированные системы искусственного кровообращения развиваются на основе представлений биологической кибернетики и достижений технической кибернетики.

Важным направлением социологической кибернетики является разработка автоматизированных систем управления (АСУ) производством и другими формами общественной деятельности. Принципы социологической кибернетики положены в основу проектирования АСУ здравоохранения, хотя при этом учитываются закономерности биологической и технической кибернетики. Отчасти поэтому нельзя считать медицинскую кибернетику ветвью биологической кибернетики. Медицинская кибернетика, с одной стороны, уже, так как включает те принципы биологической кибернетики, которые могут быть использованы для сохранения и восстановления здоровья человека, но, с другой стороны, шире, поскольку составными частями медицинской кибернетики служат некоторые направления технической и социологической кибернетики.

В рамках медицинской кибернетики биофизика ограничивается в основном разработкой некоторых проблем биологической кибернетики. Биофизические исследования в области кибернетики вскрывают физические и физико-химические основы регулирования физиологических процессов в организме. Поэтому в курсе биофизики рассматриваются далеко не все стороны медицинской и биологической кибернетики.

Физические и физико-химические основы процессов регулирования биологических систем актуальны как для биофизики, так и для бионики. Термин «бионика» принят в 1960 г. на симпозиуме, проходившем под девизом: «Живые прототипы - ключ к новой технике». Так была чётко сформулирована цель бионики - создание новой техники по аналогии с биологическими объектами, в частности путём использования принципов управления биологическими системами. В отличие от биофизиков, специалисты в области бионики изучают организацию биологических объектов не ради того, чтобы разобраться в физических и физико-химических основах жизнедеятельности, а с целью применения этих знаний в интересах развития техники. Бионика не ограничивается разработкой кибернетических проблем, поскольку при построении технических аналогов биообъектов используются знания об особенностях структуры и функции не только управляющих систем организма. Создано немало технических устройств, в которых реализованы сугубо анатомические аналогии. Например, есть машины с подвижными узлами, устроенными так же, как конечности некоторых животных (в частности членистоногих). С бионикой связаны многие достижения робототехники.

Кибернетические идеи весьма полезны биологии и медицине. Они позволили по-новому рассматривать традиционные физиологические проблемы регуляции функций.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >