К?берне?тика б?олог??чна
(
б?ок?берне?тика
) ? науковий напрям, пов'язаний з проникненням ?дей, метод?в ? техн?чних засоб?в
к?бернетики
в
б?олог?ю
.
Зародження ? розвиток б?ок?бернетики пов'язан? з еволюц??ю уявлення про
зворотний зв'язок
в жив?й систем? ? спробами
моделювання
особливостей ?? будови ? функц?онування (П. Анохин,
М. О. Бернштейн
та ?н.). Ефективн?сть математичного ? системного п?дход?в до досл?дження живого показали ? багато роб?т в област?
загально? б?олог??
(ДЖ. Голдейн, Е. З. Бауер, Р. Ф?шер, ?. ?. Шмальгаузен ? ?н.). Процес ≪к?бернетизац??≫ б?олог?? зд?йсню?ться як в теоретичн?й, так ? в прикладн?й областях. Основне теоретичне завдання б?ок?бернетики ? вивчення загальних законом?рностей управл?ння, а також збер?гання, переробки ? передач? ?нформац?? в живих системах (
М. М. Амосов
,
Ю. Г. Антомонов
) ? ?х посл?довники.
Будь-який
орган?зм
? це
система
, зд?бна до
саморозвитку
? керування як внутр?шн?ми вза?мозв'язками м?ж органами ? функц?ями, так ? сп?вв?дношеннями з чинниками
середовища
. Прагнучи зрозум?ти природу живого, учен? часто прагнули в?дшукати в орган?зм? те, що можна було досл?джувати ?зольовано.
Мета б?ок?бернетики
? вивчення орган?зму з урахуванням основних вза?мозв'язк?в починаючи з кл?тинного, тканинного, органного р?вня ? зак?нчуючи орган?змовим.
Жива система
характеризу?ться не т?льки
обм?ном речовини
?
енерг??
, але ?
обм?ном ?нформац??
. Б?ок?бернетика розгляда? складн?
б?олог?чн? системи
у вза?мод?? з середовищем саме з погляду
теор?? ?нформац??
. Одним з найважлив?ших
метод?в
б?ок?бернетики ? моделювання структури ? законом?рностей
повед?нки
живо? системи; воно включа?
конструювання
штучних систем, як? в?дтворють певн? сторони д?яльност? орган?зм?в, ?х внутр?шн? зв'язки ? в?дносини (див.
Моделювання
). Б?ок?бернетика розгляда? живий орган?зм як багатоц?льову ≪??рарх?чну≫
систему керування
, що зд?йсню? свою ?нтеграц?йну д?яльн?сть на основ? функц?онального об'?днання окремих п?дсистем, кожна з яких вир?шу? ≪приватну≫ локальну задачу. Особлив?сть орган?зму як складно?
динам?чно? системи
? ?дн?сть централ?зованого ? автономного керування. Саморегуляц?я, характерна для вс?х р?вн?в керування живо? системи, забезпечу?ться автономними механ?змами, поки не виникають так? збурення, як? вимагають втручання центральних механ?зм?в керування.
Останн?м часом всю б?льшу увагу
б?олог?в
привертають функц?ональн? характеристики б?олог?чних систем керування, обумовлен? пер?одичними (ритм?чними, цикл?чними) процесами. Жив? орган?зми з високою точн?стю здатн? ≪вим?рювати≫ час (
≪б?олог?чний годинник≫
). Це виража?ться в пер?одичних зм?нах
дихання
,
температури т?ла
? ?нших процес?в
житт?д?яльност?
. Природа
б?олог?чних ритм?в
ще багато в чому неясна, але ? вс? п?дстави вважати, що пер?одичн?сть ? фундаментальна характеристика функц?онування б?олог?чно? системи ? процес?в керування у н?й. Процеси, що в?дбуваються на кожному з р?вн?в живо? системи, характеризуються сво?ю специф?чною пер?одичн?стю, визначуваною як внутр?шн?ми, так ? зовн?шн?ми чинниками. А м?ж пер?одичною активн?стю окремих р?вн?в в нормально функц?онуючому орган?зм? ?снують певн? фазов? зрушення (зм?щення в час?), обумовлен? специф?чною орган?зац??ю керування на кожному з р?вн?в. Порушення цих нормальних фазових зрушень може викликати порушення роботи вс??? живо? системи або ?? частини. Це веде до збо?в в робот? системи керування ? накопичення помилок, що можна описувати як поява ≪шум?в≫. Корекц?я збо?в вимага? внутр?шнього перенастроювання системи (??
алгоритму
) або зовн?шн?х д?й, що управляють, за рахунок включення механ?зм?в керування вищого р?вня.
Жив? ?стоти об'?днуються в системи р?зного порядку (
популяц??
,
б?оценози
? т. д.), утворюючи сво?р?дну
??рарх?ю
живих систем. У вс?х цих надорган?змових системах, як ? в житт?
кл?тки
, розвитку орган?зму,
еволюц??
орган?чного св?ту
в ц?лому, ? внутр?шн? механ?зми регуляц??, для вивчення яких також застосовн? принципи ? методи б?ок?бернетики.
Механ?зми керування визначають переб?г житт?вих процес?в не т?льки в норм?, але ? в
патолог??
(див.
К?бернетика медична
).
Кл?тина
? складна саморегульована система. Вона пос?да? багатьма регуляторними механ?змами, одним з яких ? коливання ?? структури, пов'язан? з д?яльн?стю
м?тохондр??
? зб?жн? з коливаннями окислювально-в?дновних процес?в. Синтез
б?лк?в
в кл?тин? керу?ться генетично детерм?нованими механ?змами, пов'язаними з процесами збер?гання, переробки ? передач?
генетичн?й ?нформац??
. Вивчення житт?д?яльност? орган?зму в ц?лому ? його р?зних функц?й, а також механ?зм?в, кер?вник?в роботою окремих орган?в ? систем ? це та область, де б?ок?бернетика виявилася найб?льш результативною. У зв'язку з цим сформувалися самост?йн? напрями ?
ф?з?олог?чна к?бернетика
?
нейрок?бернетика
, що вивчають механ?зми п?дтримки
гомеостазу
; принципи саморегуляц?? функц?й орган?зму ? прот?кання в н?м
перех?дних процес?в
; законом?рност?
нервово?
?
гуморально? регуляц??
в ?х ?дност? ? вза?мод??; принципи орган?зац?? ? функц?онування
нейрон?в
? нейронних мереж; механ?зми зд?йснення акт?в повед?нки ? ?нш? проблеми. Вивчаючи законом?рност? роботи
людського мозку
, в основ? яко? лежить комплекс алгоритм?в, тобто правил перетворення
?нформац??
, б?ок?бернетика дозволя? моделювати (у тому числ? ? на
ЕОМ
) р?зн? форми роботи мозку, виявляючи при цьому нов? законом?рност? його д?яльност?. Створен?, наприклад, програми для ЕОМ, що забезпечують можлив?сть навчання, гри в
шахи
,
доведення теорем
? ?нше. Розвива?ться так зване
евристичне програмування
, коли досл?джують ? моделюють правила
обробки ?нформац??
в мозку при тих або ?нших творчих процесах.
Анал?з механ?зм?в
?ндив?дуального розвитку
? процес?в керування в популяц?ях ? сп?льнотах, що включають збер?гання, переробку ? передачу ?нформац?? в?д особини до особини, ? також сфера досл?джень б?ок?бернетики. На р?вн? б?огеоценоз?в, включаючи ?
б?осферу
в ц?лому, б?ок?бернетика намага?ться використовувати метод моделювання для ц?лей оптим?зац?? б?осфери, зокрема для визначення шлях?в найрац?ональн?шого втручання
людини
в життя
природи
.
Питання еволюц?? з позиц?й б?ок?бернетики були вперше розглянут? ?. ?. Шмальгаузеном, який в?дзначив ??рарх?чн?сть керування, вид?лив основн? канали зв'язку м?ж особинами, популяц??ю ? б?оценозом, визначив можливост? втрати ?нформац?? ? ?? спотворень ? описав еволюц?йний процес в терм?нах теор?? ?нформац??. З цих же позиц?й досл?джуються механ?зми р?зних форм в?дбору.
Прикладом застосування б?ок?бернетики у прикладних ц?лях може служити створення пристро?в для
автоматичного керування
б?олог?чними функц?ями (так зване
б?опротезування
), автоматичних пристро?в для оц?нки стану людини п?д час трудово? або спортивно? д?яльност?, при творч?й робот?, в субекстремальних ? екстремальних умовах.
Використання метод?в ? засоб?в к?бернетики для збору збер?гання ? переробки ?нформац?? отримуваною в ход?
б?олог?чних досл?джень
дозволя? розкривати нов? к?льк?сн? ? як?сн? законом?рност? процес?в, що вивчаються, ? явищ.
Велику роль в справ? розвитку б?ок?бернетики у СРСР з?грали конференц??, наради ? симпоз?уми з б?олог?чних аспект?в к?бернетики ?з
б?оелектричного керування
,
нейрок?бернетики
. Питання б?ок?бернетики осв?тлюються у ряд? радянських ? заруб?жних журнал?в.
- W. Ross Ashby,
Introduction to Cybernetics
. Methuen, London, UK, 1956.
- Hans Drischel, "Einfuhrung in die Biokybernetik." Berlin. 1972
(н?м.)
- Б?ок?бернетика
[
Арх?вовано
30 листопада 2007 у
Wayback Machine
.]
у
Велик?й радянськ?й енциклопед??
(рос.)
- Анохин П. К., Физиология и кибернетика, в кн.: Философские вопросы кибернетики, М., 1961;
- Биологические аспекты кибернетики. Сб. работ, М., 1962;
- Эшби У. Р., Конструкция мозга, пер. с англ., М., 1962;
- Джордж Ф., Мозг как вычислительная машина, пер. с англ., М., 1963;
- Винер Н., Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине, пер. с англ., М.,1968;
- Бернштейн Н. А., Очерки по физиологии движений и физиологии активности, М., 1966;
- Анохин П. К. [и др.], Биологическая и медицинская кибернетика, в кн.: Кибернетику ? на службу коммунизму, т.5, М., 1967;
- Брайнес C. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968;
- Шмальгаузен И. И., Кибернетические вопросы биологии, Новосибирск, 1968;
- Ларин В. В., Баевский Р. М., Геллер Е. С., Процессы управления в живом организме, в кн.: Философские вопросы биокибернетики, М., 1969;
- Аптер М., Кибернетика и развитие, пер. с англ., М., 1970;
- Hassenstein B., Biologische Kybernetik, Hdlb., 1970.
- Антомонов М.Ю.
Математическая обработка и анализ медико-биологических данных. ? Киев: Изд-во ?Малий друк”, 2006. ? 558с.
- Методы математической биологии / Алеев Л.С.,
Амосов Н.М.
,
Антомонов М.Ю.
и др. // Методы анализа и синтеза биологических систем управления. ? Киев: “Вища школа”, 1983. ? Кн.7. ? 273 с.
- Методы математической биологии / Агаян Г.Ц.,
Антомонов М.Ю.
,
Антомонов Ю.Г.
, и др. // Методы решения задач биологии и медицины ЭВМ. - Киев: “Вища школа”, 1984.- Кн.8. 344 C.
- Сер?я книг
Series on Biophysics and Biocybernetics
(
World Scientific
1998-2002)