Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Некоторые сведения о термодинамике и синергетике нелинейных процессов в диссипативных системах




В математике понятие нелинейности характеризует определенный вид дифференциальных уравнений. Они содержат искомые величи­ны в степенях, превышающих 1, и коэффициенты, зависящие от условий развития процесса, подлежащего описанию с помощью ма­тематического языка. В общем плане научного мировоззрения нели­нейность понимается как многовариантность, или точнее, как аль­тернативность. Этим подчеркивается сопряженность нелинейности с жесткостью решения, с идеей выбора пути, после чего процесс ста­новится необратимым [21].

Нелинейные, необратимые процессы характерны для естествен­ных, природных явлений вообще и имеют особое распространение в сложных биологических системах, определяя принцип их функцио­нирования. Основу нелинейности, необратимости процессов состав­ляет энтропия, та самая категория, которая не просто относится к сфере термодинамики, но и занимает в ней ключевое положение, оп­ределяет сущность современных термодинамических подходов, явля­ется базисным понятием второго начала термодинамики.

В упрощенной интерпретации энтропия (dS) выражает различие между “полезным” обменом энергии и диссипированной (рассеян­ной) энергией, теряемой безвозвратно и непроизводительно по отно­шению к целевому результату процесса. Она выражается формулой:

dS=deS + diS,

где deS — энергия, теряемая во внешнюю среду за счет трения, вяз­кости и других форм рассеивания (е — exchange), a diS — энергия, затрачиваемая на полезную работу в пределах (внутри) целенаправ­ленного процесса (i — inside).

Отсюда роль энтропии в определении необратимости нелинейно­го процесса: он не может быть обратимым, поскольку какая-то часть энергии безвозвратно утрачена. Именно поэтому понятие энтропии сохраняет ключевое значение во всех работах И.Пригожина и других авторов, посвященных разработке теории диссипативных систем.

В широком смысле под диссипативной системой понимается любая (в том числе и механическая) система, полная энергия которой (представленная суммой кинетической и потенциальной энергии) по мере завершения ею работы постепенно убывает, переходя в неупорядочен­ные формы (например, в теплоту), то есть рассеивается. И.Пригожин и его Брюссельская школа ограничивают понятие о диссипативных системах по области применения и вместе с тем значительно расши­ряют его по сути. Под диссипативной системой авторы понимают только сложные, открытые, неравновесные системы. По мнению И.Пригожина [36], интерес исследователей сегодня “.направлен не на системы, находящиеся в равновесии, а на те, которые взаимодейству­ют с окружающим миром через поток энтропии”.

Эти системы не только неравновесны, но они и неустойчивы, то есть могут переходить из более сбалансированного состояния к ме­нее сбалансированному и наоборот. Смена состояний происходит не только под влиянием внешних факторов, но (что особенно важно!) здесь проявляется и внутрисистемная саморегуляция. Более того, для деятельности этих систем оказывается характерной периодизация, то есть им свойственна определенная периодичность функциональной осцилляции, также соотносящаяся с саморегуляцией [5].

Вместе с тем поведению рассматриваемого класса систем свойст­венна стохастичность, непредсказуемость. Она зависит от того, что развитие каждого из внутрисистемных процессов проходит через кри­тические точки, в которых осуществляется выбор дальнейшего пути через так называемые “бифуркации”. Одномоментное сочетание мно­жества бифуркаций в развитии внутренних процессов приводит сис­тему в целом к “флуктуациям”, от исхода которых зависит направлен­ность дальнейшей ее динамики с нередко приобретающим для систе­мы судьбоносным значением. Она становится особенно уязвимой по отношению к любым, даже минимальным, внешним воздействиям, эффект которых может оказаться непредсказуемым. Отсюда предста­вление о стохастичности поведения диссипативных систем.

В период флуктуации система находится в особо неустойчивом, разбалансированном состоянии. Роль решающего фактора здесь про­должает играть энтропия. При этом для нее самой постоянно преоб­ладающей тенденцией является тенденция к снижению, приближе­нию к нулевому значению. Снижение энтропии может происходить или в результате возрастания упорядоченности диссипативной систе­мы. когда снижается доля энергии, непроизводительно теряемой во внешнюю среду (deS в представленной выше формуле), или же, на­против, в случае снижения упорядоченности системы, вплоть до ее гибели с переходом к абсолютному физическому хаосу [52|. В этом случае постепенно снижается энергия, затрачиваемая на конструктив­ные внутрисистемные процессы (diS). Условной моделью абсолютно­го физического хаоса может служить броуновское движение молекул. то есть беспорядочное и бесцельное движение элементарных частиц, не связанное ни с затратой, ни с производством энергии. Это состо­яние принципиально отличается от “покоя” системы. Сохранение по­коя, то есть устойчивое сохранение внутренней динамической конст­рукции системы без внешних проявлений ее активности, также тре­бует энергозатрат. В связи с энергозатратами система сохраняет не­пременное условие своего существования — открытость, связь с внешним миром. И лишь распад, гибель системы, переход ее элемен­тарных инфраструктур в хаотическое состояние разрушает эту связь Однако суть одного из главных положений теории диссипативных си­стем состоит в том. что даже после перехода в хаотическое состояние элементарные структуры уже бывшей, распавшейся системы подчи­няются общим естественным закономерностям, действующим в пре­делах биосферы. Они попадают в среду внутренних процессов другой. более общей, более глобальной системы и здесь проявляют стремле­ние к самоорганизации на основе своего рода “памяти” об утрачен­ном прошлом состоянии. На молекулярном уровне такая память про­является во взаимной корреляции макромолекул, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, но вовлекаемых в большие флуктации в пределах более общей системы, выполняющей роль, так сказать, надсистемы по отношению к той, что распалась.

Итак, речь идет о саморегуляции, смысл которой заключается в формировании общего целого из разрозненных частей. Саморегуля­ция проявляется на разных уровнях организации естественного мира и осуществляется в форме динамического взаимодействия двух на­чал. присутствующих в любой сложной биологической системе — стремления к порядку и стремления к хаосу. Объединяет эти проти­воположные начала универсальная функция энтропии, которая неук­лонно стремиться к снижению своего количественного выражения. В этом отношении теория диссипативных систем в работах И.Пригожина. представителей его школы и многих других исследователей смыкается с теорией синергетики, получившей широкое распростра­нение в последние годы |4. 23—25. 38, 45]. Синергетика основана на идеях системности, целостности мира, общности закономерностей его развития на всех уровнях организации, на признании нелинейно­сти и необратимости происходящих в нем изменений и взаимосвязи случайности и необходимости, то есть хаоса и порядка. Являясь но­вым подходом к видению мира, синергетика неожиданно проявляе1 связь с идеями, имеющими многовековую историю.

От древних учений Индии и Китая синергетика наследует идею всеобъемлющей целостности, общих закономерностей, которым сле­дует мир в целом и человек в нем. Не только философская, но имен­но научно-мировоззренческая значимость идеи с позиций синерге­тики воспринимается гораздо полнее и глубже. Показательно в этом отношении недавно опубликованное на русском языке (издательство Санкт-Петербургского государственного университета) исследование Сатпрема, посвященное творчеству Шри Ауробиндо Гхош. осново­положника интегральной йоги [39]. Опираясь на многолетнее изуче­ние индуизма. Шри Ауробиндо сформулировал представления, при­ложение которых к широкоизвестному и утвердившемуся в совре­менной науке принципу единства и борьбы противоположностей придает ему обновленное содержание. Согласно этим представлени­ям, все объекты Вселенной, от минерала до человека, сохраняются в целостном состоянии, а живые объекты действуют благодаря трем качествам. Одно из них — тамас — привносит инерцию, темноту, торможение, другое — раджас — движение, страсть, а третье — сат-тва — контролирует противоборство (или противостояние) двух пер­вых, создавая свет, гармонию и целостную многоцветную картину мира. При этом йога понимается как способность сконцентрировать энергию и направить ее на стабилизацию и гармонизацию. Проявле­ние исключительных способностей человеческого тела (то есть орга­низма) Ауробиндо расценивает как использование скрытых, потен­циальных возможностей его саттвы, которое может быть достигнуто лишь на основе духовного, нравственного и физического самосовер­шенствования. Таким образом, речь идет не о двухмерной, а о трех­мерной диалектике, в которой, помимо двух противоборствующих начал, присутствует еще и третье — регулирующее. Возникает не очень ясное, в научном отношении достаточно абстрактное, не полу­чившее пока конкретного выражения, понятие об “оптимизаторе”.

Когда обсуждаются механизмы регуляции на уровне функцио­нальных систем организма, то сложившиеся представления о нейрогенных и гуморальных регулирующих факторах вполне устраивают. Если же обсуждать элементарные процессы жизнеобеспечения, осу­ществляемые на ультраструктурном уровне, в живой клетке, то в этом случае возникают серьезные вопросы, связанные с регуляцией онтогенетической жизненной программы в различных условиях су­ществования. Недостаточно ясны, в частности, автономные механиз­мы, регулирующие чувствительность живой клетки к внешним воз­действиям, то есть так называемую “пассивную стратегию ее адапта­ции” [15]. Что касается механизмов, реализующих регуляцию актив­ности клетки, то многое объясняется достаточно хорошо развитыми представлениями о роли концентрации кальция в цитозоле и его уча­стии в создании комплексов с кальмодулином. Правда, и здесь не все, видимо, решается на уровне биохимических механизмов. Име­ются данные, например, о влиянии слабого магнитного поля в режи­ме параметрического резонанса на скорость кальмодулинзависимого фосфорилирования миозина [14]. И объясняется этот феномен изме­нением пространственного расположения ионов кальция в активном комплексе кальмодулина, то есть уже микрофизическими, а не гисто-биологическими процессами. Так же как феномен различия изоферментной активности при идентичности химического состава. И нельзя исключить, что режим, периодичность этих резонансных ре­гулирующих механизмов устанавливается при участии генетически детерминированной базисной программы жизнедеятельности орга­низма. Уже известны сведения о возможности участия резонансных механизмов в феномене распознавания “своего” и “чужого” при им­мунных реакциях.

Существование генетически детерминированной программы ба­зисной активности, на которую уже вторично как бы наслаиваются изменения режима функциональной осцилляции, обусловленные адаптивными процессами, подтверждается многими данными, хотя они и не получили пока еще достаточно конкретного научного вы­ражения. Так. автор оригинальной теории функциональных систем П.К.Анохин сознательно отступает от конкретного стиля изложения, когда переходит к представлениям о согласовании внутриклеточных механизмов с характером функционирования. Он ограничивается за­мечанием, что такое согласование может выполняться лишь сложной адаптивной системой, способной оценивать временную организацию внешних воздействий и обладающей опережающим отражением внешней среды [1—3].

На основании исследования адаптивных процессов в живой клетке С.Н.Гринченко и С.Л.Загускин [15] приходят к заключению, что сме­на пассивной и активной стратегий адаптации в соответствии с вре­менной организацией внешней среды и ритмами энергетики составля­ет характерную особенность не только клетки, но и вообще всех био­систем. Авторы указывают на наличие в клетках, а. по их мнению, и вообще в биосистемах внутренних источников активности. Для реали­зации этих источников должна существовать особая подсистема целе­направленной оптимизирующей регуляции. Предлагаемая авторами алгометрическая модель живой клетки содержит наряду с функцио­нальным каналом и связанными с ним энергетическим и трофическим (пластическим) каналами еще и подсистему “оптимизатор”. Задача по­следнего состоит в преобразовании энергии и распределении ее меж­ду тремя вегетативными процессами в живой клетке:

—выполнением целевой функции в интересах всего организма;

—энерговоспроизведением (включая и электрогенез);

—пластическим обновлением (трофическими процессами).

Каждый из этих процессов протекает в собственном, детермини­рованном временном режиме. Причем энерговоспроизведение — на порядок, а трофика — на два порядка инерционнее функционально­го канала. Согласно представлениям авторов, это имеет глубокий смысл: межклеточное взаимодействие, ответственное за стабильную “жизнь” тканей и, стало быть. за устойчивую адаптацию всего организма, осуществляется в гораздо более замедленном режиме, чем общеорганизменная ответная реакция, обеспечивающая срочную адап­тацию к изменениям внешней среды.

Если даже ограничиться только представленными примерами, ста­новится очевидным, что появление синергетики как научного напра­вления произошло не на пустом месте. Ему предшествовали, с одной стороны, философские, мировоззренческие обобщения, основанные на древних учениях и широко используемые в медицине Востока, а с другой стороны — научные факты, полученные при изучении глу­бинных, ультраструктурных процессов и нуждающиеся в очередном этапном обобщении. В.Д.Беляков специально посвятил свою акто­вую речь. произнесенную 29 декабря 1981 года в день 183-й годов­щины Военно-медицинской академии, обоснованию необходимости таких этапных обобщений [7]. Результатом обобщения многих и разноплановых научных фактов и явилось создание самостоятельного научного направления — синергетики.

Рождение нового объединяющего направления в науке — синерге­тики — связано с именем известного западногерманского физика-теоретика, профессора Штутгардского университета Германа Хагена. Главная задача синергетики — выяснение законов построения орга­низации, возникновения упорядоченности. По мнению одного из пионеров синергетического направления в теории диссипативных процессов у нас в стране С.П.Курдюмова. в отличие от кибернетики. здесь акцент ставится не на механизмах управления и обмена инфор­мацией, а на принципах иерархического построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения [23, 37, 38, 40, 47].

Сам Г.Хаген определяет синергетику как область науки, которая “занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем са­мой различной природы, таких, как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейроны, механические элементы, фотоны, органы, живот­ные и даже люди”, и которая позволяет рассмотреть, “каким образом взаимодействие таких подсистем приводит к возникновению про­странственных, временных и пространственно-временных структур в макроскопических масштабах”. [Хаген Г. Синергетика: Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах: Пер. с англ.—М.: Мир, 1985, с. 19.]

Формирование нового научного направления всегда связано с вне­дрением новых понятий, новых терминов. Формирование синергети­ки подтверждает это правило. Выше уже упоминались такие понятия, как “система”, “самоорганизация”, “нелинейность”, “бифуркации”, “флуктуации”, “энтропия”, “диссипация”, “диссипативные системы” и др. Они полностью вошли в синергетику, составляют непременную принадлежность ее языка, хотя и не являются для нее специфичными. Есть и более специфичные термины, например “аттракторы”, “фрактали”, “привлекающий хаос”. С учетом имеющихся данных литературы [21, 29], их содержание может быть разъяснено следующим образом.

Аттрактор (от латинского слова “attrachere” — притягивать) — это своеобразный “конус”, объединяющий траектории множества слага­емых процессов и приводящий неравновесную систему в состояние относительно устойчивого равновесия. То есть это цель. конечная (в смысле завершения определенной фазы активных преобразований) направленность поведения сложной нелинейной системы в целом или отдельных ее подсистем.

Иными словами, под аттрактором понимается пространственное изображение цели, к которой устремляются несколько направленных функциональных алгоритмов, если каждый из них представить в ви­де траектории алгоритмической цепи последовательных элементар­ных процессов (рис. 3.1.). При этом имеется ввиду, что направлен­ность сопряженных процессов определяется общей мотивацией, ко­торая реализуется в некой притягивающей силе.

Рис. 3.1. Схема аттрактора, реализующего функциональную доминанту организма.

А, В, С, D, Е, G — условные траектории отдельных функциональных алгоритмов. А,—А,. С,С.звенья отдельных процессов, формирующих алгоритм. О — точка единения траекторий (целевое предназначение аттрактора).

 

Иногда представление об аттракторе описывается на примере пове­дения мячика в воронкообразной яме. Помещенный в любую точку, мячик в силу гравитации неизбежно скатывается на дно ямы. Исхо­дя из такого представления, в работах по теории автоматизирован­ных систем управления (18] аттрактор нередко изображается в виде “потенциальной ямы” (рис. 3.2.). При этом как бы иллюстрируется ситуация, когда процесс, начинающийся в любой точке аттрактора, устремляется к самой нижней точке в силу гравитации. Таким обра­зом, подчеркивается значение движущей силы, определяющей общую устремленность функциональных процессов в пределах аттра­ктора. Тогда углубление “потенциальной ямы” (рис. 3. 2-6) будет способствовать стабилизации аттрактора, поскольку возмущения. обусловленные нелинейностью элементарных функциональных про­цессов, окажутся недостаточными для “выплескивания из ямы” их сопряженного выражения.

Рис. 3.2. “Потенциальная яма” аттрактора (по Дж. Касти, 1982).

а — неглубокая (ме./кая) яма; образование флуктуации приводит к “расплескиванию” и нарушению аттрактора; б — глубокая яма: эффект расплескивания “гасится” притягивающей: силой це.ш (на примере гравитации). О — точка единения траектории.

 

В физиологии и медицине представления о движущих силах функ­циональных аттракторов оказываются значительно более сложными и неоднозначными. Так, сложный процесс сопряжения функцио­нальных алгоритмов неспецифической реакции срочной адаптации организма к чрезвычайной или критической ситуации осуществляет­ся по принципу доминанты, научное обоснование которой, как уже упоминалось, связано с работами выдающегося отечественного фи­зиолога А.А.Ухтомского, относящимися к началу нынешнего столе­тия. Этот принцип определяет направленность срочной переориента­ции термодинамического потенциала организма в целях обеспечения адаптационных процессов [41, 42]. Такая переориентация имеет слож­ные механизмы реализации, среди которых важная роль принадлежит детерминированным физиологическим реакциям, их конституциональным или типовым модификациям, а также психологическим фа­кторам, формирующим поведенческие реакции в социальной сфере.

Невозможно не подивиться прозорливости, простоте и ясности суждении великого русского врача Н.И.Пирогова. который задолго до формирования современных научных представлений и внедрения по­нятий синергетики сумел обозначить то, что начинает проявляться в полной мере лишь спустя столетие. В предсмертных записях Н.И.Пи­рогова, относящихся к 1879—1881 годам и названных им “Вопросы жизни. Дневник старого врача, писанный исключительно для самого себя, но не без тайной мысли, что может быть когда-нибудь прочтет и кто другой” [34], есть свидетельство осознания того. что “с самого начала нашего бытия и до конца жизни все органы приносят к нам и удерживают в нас целую массу ощущений, получая впечатление то из­вне, то из собственного своего существа. Мы не ощущаем наших ор­ганов, но ни один орган не может не приносить от себя ощущений в общий организм, составленный из этих органов. Ни один орган, как часть целого, не может не напоминать беспрестанно о своем присут­ствии этому целому. И вот эта вереница ощущений извне и изнутри. без сомнения известным образом регулируемых и поэтому скажу луч­ше — свод, ансамбль ощущений и есть наше Я”.

Таким образом, в русской словесности имеется свое. более емкое и, пожалуй, более поэтичное изображение аттрактора — свод, то есть единение, сведение естественного движения любой точки к центру В России этот феномен издавна использовался при строительстве и росписи православных храмов. Внутренняя поверхность их куполов при зрительном восприятии живописи создает особое ощущение вы­соты и устремленности к вершине купола. В физиологии человека данное обозначение приобретает обособленный смысл. Оно указыва­ет на существование не только детерминированных реакций, но и психогенной, нравственной доминанты при функциональной сопря­женности в условиях чрезвычайной ситуации. Следует учитывать, что человек представляет собой не только биологическую систему, но и существо социальное, личность. Именно личностные качества чело­века определяют устойчивость его поведенческой доминанты, фор­мирующей функциональный аттрактор в экстремальной ситуации. А деформация личности вследствие экстремального потрясения влече1 за собой снижение силы поведенческой доминанты и как следствие — нарушение функционального аттрактора.

Представление об аттракторе значительно усложняется, если орга­низм воспринимается как глубоко интегрированная сложная много уровневая иерархическая система. Тогда оказывается, что каждая из функций, реализующих аттрактор на основе доминанты в масштабах целого организма, в свою очередь формируется на основе аттракто­ров, обеспечивающих эту функцию на молекулярном и клеточном уровнях. Таким образом, создается сложная многоступенчатая систе­ма аттракторов, реализующаяся в поведенческих реакциях на уровне целого организма (рис. 3.3).

Ситуацию, создающуюся в организме в условиях патологического срыва срочной адаптационной реакции, отражает воспринятое из си­нергетики понятие о “странном” аттракторе. Как уже упоминалось выше, согласно теоретическим положениям, сформулированным И.Пригожиным и И.Стингерс [35], на различных этапах своего раз­вития сложные неравновесные процессы проходят критические точ­ки, в которых осуществляется выбор дальнейшего пути через так на­зываемые “бифуркации”. Отклонение одного или нескольких функ­циональных процессов от детерминированного алгоритма приводит к тому, что фазовые их траектории не сходятся в единой точке, а как бы блуждают (“странствуют”) в ограниченной области фазового про­странства (рис. 3.4). В данном случае определение “странный” озна­чает не столько необычность аттрактора, сколько его нестабильность. Конечные точки каждой из функциональных траекторий вместо то­го, чтобы сойтись воедино, постоянно беспорядочно смешаются од­на относительно другой наподобие броуновского движения молекул газа, что, как известно, соответствует представлению о физическом хаосе. В этом случае взаимодействие функциональных процессов становится случайным и плохо поддается прогнозированию.

Рис. 3.3. Схемы аттракторы поведенческой реакции организма с учетом многоуровневого формирования этой реакции: молекулярный (CC1). органо-системный (АА1, ВВ1). организменный (DD1) уровни.

Рис. 3.4. Схема “странного” аттрактора.

Отклонение траектории алгоритма А в точке бифуркации нарушает продвижение процесса к запрограммированной функциональной цели (результату) и исключает возможность сведения траекторий сопряженных процессов в единой точке. A1—А4фазовая траектория функционального процесса.

 

Фрактали, фрактальные объекты, фрактальные множества — это объекты, обладающие свойствами самоподобия в пределах сложной системы (или сложной структуры). Малый фрагмент структуры тако­го объекта подобен по свойствам более крупному фрагменту или структуре в целом. Надо сказать, что идея фрактальности, еще не по­лучив своего терминологического выражения, широко использова­лась в медицине для подкрепления принципа “лечения подобного подобным”. Эта идея присутствовала и в мировоззренческих позици­ях медицины древнего Востока, и в представлениях Парацельса о “макрокосме” и “микрокосме” [49]. Присутствует она и в современ­ной гомеопатии. Думается, что плодотворный резерв идеи фрактальности для теоретической и практической медицины еще не исчер­пан. И стремление к использованию общих естественных закономер­ностей в теории экстремального состояния организма человека так­же исходит из идеи фрактальности мира, позволяющей использовать в клинической медицине некоторые общенаучные закономерности.

Такое стремление проявляется не на пустом месте. Использование основных положений и понятий синергетики предоставляет ключ к научному описанию многих природных явлений, в основе которых лежат нелинейные процессы. Одним из подобных явлений, достаточ­но часто упоминаемым в литературе по синергетике, является фазо­вая химическая реакция Белоусова-Жаботинского [16. 29], известная как “химические часы”. Феномен реакции состоит в том, что окис­ление органической кислоты (лимонной или малоновой) в присутст­вии ионов цезия или железа, которые одновременно выполняют роль и катализатора, и окрашенного индикатора, при определенных усло­виях включает более 20 элементарных стадий и протекает циклично. При этом гомогенный раствор с большой точностью периодически меняет окраску. Реакция Белоусова-Жаботинского представляет не только наиболее изученный пример химических часов, но обладает и другими свойствами самоорганизации, что позволяет рассматривать ее в качестве прототипа различных диссипативных структур, присут­ствующих в живых организмах.

В монографии А.Баблоянц [б], ученицы И.Пригожина, представи­тельницы руководимой им Брюссельской школы исследователей, приводятся убедительные данные о широком распространении само­регуляции и согласованности в биологических системах разной сложности. Так, ритмические явления в живых клетках встречаются на всех уровнях организации с периодичностью от секунд до годов. Практически всем многоклеточным организмам присуща эндогенная ритмичность жизнедеятельности с периодом от 20 до 28 часов. В от­сутствие внешних раздражителей эти циркадные базисные ритмы ха­рактеризуются устойчивой периодичностью. И даже одноклеточные водоросли проявляют циркадный ритм в своем кислородном балан­се. Гликолитические колебания в дрожжевых клетках, связанные с активностью ферментов-биокатализаторов, индукция ферментов в бактериях также подчиняются законам химических часов. Есть осно­вания полагать, что и в структуре многоклеточного организма чело­века аналогичные процессы протекают ритмично и согласованно на основе самоорганизации.

Синергетические закономерности проявляются и в развитии орга­низма, представляющем собою процесс с ярко выраженной про­странственной упорядоченностью. Уже в самом начале эмбриональ­ного цикла развития можно проследить процесс дифференцировки: каждая из двух дочерних клеток, на которые делится материнская клетка, приобретает альтернативный путь развития, проходя через точку бифуркации. А.Баблоянц полагает, что этот путь реализуется посредством избирательного включения или выключения генов, от­ветственных за синтез специализированных белков. Существующие теории эмбрионального развития, основанные на моделировании клеточной дифференцировки и структурных образований, подводят к выводу о том. что основу развития составляют нелинейные процес­сы. согласование которых достигается путем самоорганизации.

Обоснование целесообразности использования синергетики в раз­личных областях естествознания подтверждается разработкой мате­матического языка для выражения процессов самоорганизации в многоклеточных структурах. Так, компактные клеточные ансамбли с многократными контактными связями “клетка-клетка” могут иссле­доваться путем подбора соответствующих переменных для описания временных изменений свойств отдельных частиц и путем установле­ния связи между ними при помощи соответствующих контактных функций. Посредством системы дифференциальных уравнений мо­гут быть найдены численные решения однородных стационарных со­стояний для сложной биоструктуры. Используя этот общий прием, удалось описать с помощью дифференциальных уравнений с двумя переменными процесс самопроизвольного структурообразования по­средством морфогенеза. Тот же прием позволил автору описать про­цесс саморегуляции периодической осцилляции возбуждения элект­рической активности мозга у больных эпилепсией во время припад­ка. Выявленное с помощью электроэнцефалографии сопряженное возбуждение исключительно сложной многоклеточной нейронной сети коры головного мозга с ее многократными межклеточными кон­тактными связями свидетельствует о пространственной и временной упорядоченности этой структуры. Особенно интересно, что более упорядоченный режим функциональной осцилляции (отражающий, видимо, индивидуальную базисную периодизацию активности) про­является именно в период эпилептического приступа, когда превы­шено пороговое значение возбудительного импульса. Объяснение со­стоит в том, что электрическая активность мозга здорового человека, осуществляющего обычную жизнедеятельность, характеризуется фрактальным “странным” аттрактором. Это связано с необходимо­стью одновременной переработки множества поступающих, прибли­зительно равных по силе, информационных сигналов. В результате базисный режим осцилляции (если он не усилен искусственно или иным путем, например — эпилептическим приступом) не проявляет­ся на электроэнцефалограмме. Он как бы “затушевывается” постоян­ной работой по анализу поступающей информации.

Таким образом, использование понятий и языка синергетики для анализа внутренних процессов жизнедеятельности организма челове­ка представляется вполне корректным и целесообразным. Особую важность этот подход приобретает при анализе глубинной природы экстремального состояния, когда предельный, критический характер ситуации обнажает сущность механизмов саморегуляции организма, находящегося на грани гибели.


Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой





Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 430. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.031 сек.) русская версия | украинская версия
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7