Сигнал о некоторых понятиях кибернетики - Полетаев И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Если в работу включаются большие группы мышц, регулировка такого типа окажется недостаточной в масштабе всего организма, вследствие понижения кровяного давления. Должен быть увеличен доступ кислорода извне, т. е. усилены дыхгние и кровообращение. Это действительно происходит под действием регулирующих механизмов более крупного масштаба. Увеличение концентрации СОг в крови воздействует, во-первых, на хеморецепторы, т. е .чувствительные к изменениям химизма нервные окончания вегетативной нервной системы, расположенные в аорте и сонных артериях («каротидные синусы»), и, во-вторых, на группу нервных клеток, расположенных в продолговатом мозге. Первое воздействие ведет через нервные раздражения, передаваемые сердцу, к учащению его сокращений и усилению тока крови, второе — к усилению дыхания (и
10 И. А. Полетаев 145
появлению субъективного ощущения «удушья»). И здесь, уже в больших масштабах, возникшая вследствие включения в работу мышц потребность в кислороде вызывает передачу сигналов по замкнутой петле обратной связи, что приводит к восстановлению равновесия между потребностью и ее удовлетворением.
Содержание сахара (глюкозы) в крови регулируется многими механизмами. Сахар обратимо усваивгется печенью, где он превращается в гликоген, сахар усваивается тканями и т. д. Взаимодействие всех процессов этого рода организуется с помощью автоматических регулировок типа регуляторов с обратной связью. Так, увеличение содержания сахара в крови (гипергликемия) воздействует на гипо-таламическую область мозга и далее в виде нервного возбуждения передается поджелудочной железе, где под действием нервных сигналов в островковой ткани выделяется в кровь гормон— инсулин, что приводит к увеличению усвоения сахара тканями тела, частичному превращению сахара в гликоген и, в результате, к устранению избытка сахара. Увеличение концентрации глюкозы воздействует и непосредственно на поджелудочную железу, стимулируя секрецию инсулина, но в меньшей степени. Гипогликемия, т. е. понижение концентрации глюкозы, вызывает реакцию другой группы нервных узлов, также в гнпоталамической области мозга; нервное возбуждение передается печени и надпочечникам. Надпочечники выделяют гормон — адреналин, который воздействует на печень вместе с непосредственным нервным возбуждением и вызывает усиленное расщепление гликогена (гликогенолиз) и превращение его в глюкозу, которая выводится в кровь, восполняя недостаток.
Можно перечислить очень много примеров подобных автоматических регулировок. Содержание в организме воды, кислорода, солей металлов, температура тела, давление крови ит. д. — все эти величины поддерживаются постоянными с помощью аналогичных автоматических механизмов, использующих передачу информации посредством химических раздражителей и нервных возбуждений, а также регулировки замкнутого цикла. Во всех этих процессах мы ясно видим характерные черты управления с помощью сигналов, когда энергетические процессы организма вызываются очень слабыми нервными или химическими воздействиями, являющимися только первым толчком к развитию процесса, энергия которого во много раз превышает энергию управляющего сигнала.
146
В каждом из этих процессов можно проследить возникновение сигнала регулирования, его передачу, усиление, превращение его в энергетическое (механическое, химическое) действие, которое снова вызывает появление уже нового сигнала регулирования. Можно вызывать искусственно (в эксперименте) повреждение механизма регулирования и наблюдать отклонение от нормы в его работе. Именно такими методами (экстрипация желез, перерезание нервных связей, инъекции гормонов) и изучаются механизмы регулирования в живых организмах.
В эксперименте выявляются также характерные черты сходства работы технических и биологических систем регулирования. Так, при искусственном нарушении состояния покоя какой-либо системы регулирования, например при увеличении содержания сахара путем инъекции глюкозы или приема внутрь некоторого количества сахара, можно наблюдать ответную реакцию системы регулирования, снимая зависимость от времени регулируемой величины (концентрация сахара в крови — «сахарная кривая»). Ход кривой напоминает реакцию технической системы регулирования на единичный импульс. Протекание реакции может быть как апериодическим, так и периодическим с затухающими колебаниями.
Автоматические регулировки можно наблюдать и у растений и низших животных (тропизмы). Примером может служить цветок подсолнечника, поворачивающийся к свету, или бактерия, -перемещающаяся в область более благоприятных условий среды.
Сравнивая регулирование при помощи обратной связи в живых организмах и в технических автоматах, можно заметить ряд интересных различий. Так, например, в живых организмах характеристики отдельных звеньев цепи регулирования не обладают линейными свойствами. Величина нервного возбуждения чаще всего бывает пропорциональна не силе раздражения (как в линейных цепях), а ее логарифму. При этом изменения внешних воздействий в весьма широких пределах (в тысячи и десятки тысяч раз) дают изменения величины сигналов, существующих внутри организмов, в более узких пределах (всего на несколько единиц). Эти свойства цепей с логарифмическими амплитудными характеристиками в последнее время все чаще находят применение и в технике.
