Расстояние между этими
двумя целями можно оценивать величиной, которая называется противоречи-
ем. Запасом противоречия в данном случае будет величина "избыточно" под-
держиваемой энергии и пластических веществ в организме, которые на дан-
ный момент ему как бы не нужны.
Разработаны имитационные модели гомеостатов и ведется изучение их
свойств, а также исследуется возможность имитации на этих моделях раз-
личных патологических состояний, вплоть до таких крайних патологий, как
паралич, шок и коллапс. Показаны механизмы патологического привыкания
гомеостата ("эффект наркомана"), рассмотрены механизмы стресса, как час-
ти адаптационной системы гомеостата, раскрыты "эффект вируса" и его раз-
личные проявления в гомеостате "хозяине" ("дремлющее" и "активное" сос-
тояние). Модели развития, старения, пульсирующих (изменяющих активность
во времени) гомеостатов.
С точки зрения гомеостатики патология органа или физиологической сис-
темы есть изменение в цепях управления либо за счет нарушения морфологи-
ческой целостности, либо по причине смещения характеристик управляющих
сигналов, что вызывает запуск адаптационных реакций для компенсации на-
рушенных функций за счет собственного "горячего резерва" или работы дру-
гих гомеостатов. Информация, корректирующая адаптационный процесс, может
вносится в организм на разных материальных носителях, разными путями, но
конечный эффект - выход гомеостата на рабочий нормальный режим -будет
достигнут.
О некоторых патологиях гомеостатов и их моделях.
Нормальный гомеостат, вернее его модель, обладает целым рядом исклю-
чительных свойств в отношении адаптивности, живучести, помехоустойчивос-
ти и т.д. Исследования математической модели гомеостата показали, что он
имеет еще как бы болевые точки и критические связи; воздействуя каким-то
образом на них, можно создать множество различных патологий. Рассмотрим
наиболее тяжелые из них, вызываемые разрывами прямых связей - паралич,
обратных связей - шок, перекрестных связей - коллапс.
Паралич может быть полным, т.е. гомеостат перестает выполнять функции
управления. Этот случай имитируется на модели гомеостата разрывом цепи
подачи внешнего сигнала (задания) на Р3, при этом значение выходного па-
раметра падает до нуля. Но, тем не менее, гомеостат будет поддерживать
на выходе постоянство значений Ys даже при действии на управляемый
объект относительно больших возмущений, которые проникают помимо входно-
го канала.
Односторонний паралич возникает при размыкании связи, идущей от Р1
или Р2 на объект регулирования, в этом случае соответственно либо u1
стремится к нулю, либо u2 стремится к нулю. Таким образом происходит
своего рода "гашение гомеостата", т.е. резкое снижение регулирующих
свойств.
В большинстве случаев односторонний паралич является компенсируемым,
и гомеостат продолжает выполнять свои функции.
Полный шок гомеостата возникает при разрыве основной обратной связи
y3. Это ведет к тому, что Ys стремится к U1max или к U2max, а в этом
случае гомеостат перестает выполнять функции управления (как выражаются
электрики - "зашкаливает" в одну или в другую сторону). В отличие от
полного односторонний шок, как правило, является компенсируемым и имити-
руется на модели разрывом u1 или u2 связей соответственно, тогда u1
стремится к U1max или u2 стремится к U2max.
Случай создания одностороннего (размыкание обратной связи к Р1) шока
представлен на рис. 3. Такой шок является компенсируемым, поскольку ре-
жим Ys=Xs быстро восстанавливается, однако гомеостат становится ущербным
- уменьшается его живучесть (предельное возмущение снижается до 20 еди-
ниц). В статике этот гомеостат работает достаточно устойчиво, и только
фактически при предельном входном сигнале (Xs = -50), имеющем противопо-
ложную направленность к регулятору, находящемуся в шоковом состоянии ( в
данном случае это Р1), гомеостаз начинает нарушаться из-за возникновения
небольших автоколебаний.
Разрыв основной обратной связи y3 вызывает полный шок гомеостаза с
катастрофическими последствиями для живучести системы.
Рис. 3. Переходные процессы: при t=10 сек развивается односторонний
шок Р1, при t=20 сек дополнительно создается скачкообразное возмущение,
при котором еще сохраняется гомеостаз.
Защитой от полного шока может служить создание запоминающего уст-
ройства ("устройство памяти прошлого") как системы запоминания y3, пред-
шествовавшего разрыву обратной связи. В этом случае гомеостат распадает-
ся как бы на две независимые части, регулируемые по разомкнутому принци-
пу со стороны входа. В какой-то степени такой гомеостат еще может ком-
пенсировать возмущения, если они действуют на систему в пределах, охва-
тываемых локальными обратными связями. Конечно, такая структура управле-
ния является патологической и длительное ее существование недопустимо,
но все же лучше, чем лавинообразное развитие полного шока, ведущего к
потере живучести.
Эффект "наркомана" как одна из форм патологического привыкания. Этот
эффект возникает при длительном повторении большого возмущающего воз-
действия. Адаптационный механизм гомеостата в результате привыкания де-
формирует соотношения между правым и левым каналами гомеостата (R2) так,
чтобы наилучшим образом противостоять ожидаемому возмущению. В итоге
вместо нормального баланса для симметричного гомеостата устанавливается
новое состояние равновесия, к которому стремится вернутся система после
снятия возмущающего воздействия (см. рис. 4.). Кроме того, гомеостат че-
рез какие-то опосредованные связи может посылать стимулирующие сигналы,
которые будут воздействовать в случае живого организма, на эмоциональную
и поведенческую сферу с тем, чтобы возмущение повторилось. Исследования
показали, что гомеостат, находящийся в состоянии наркомана, имеет в нес-
колько раз более низкий показатель живучести, т.е. становится неспособ-
ным противостоять большим возмущениям.
Рис. 4. Временная диаграмма привыкания к большому возмущению гомеос-
тата. "Эффект наркомана".
Эффект "заикания" как вид функциональной патологии. Этот эффект свя-
зан с временными нарушениями работы гомеостата из-за неадекватных воз-
действий со стороны регулятора-руководителя Р3. Возможны три основные
причины такого функционирования Р3:
- кратковременный разрыв обратной связи у Р3 или кратковременное из-
менение знака этой связи (с отрицательной на положительную), вызывающей
возбуждение, т.е. броски управляющего сигнала к регуляторам-исполните-
лям, в результате выход u1 и u2 на максимальные значения;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
двумя целями можно оценивать величиной, которая называется противоречи-
ем. Запасом противоречия в данном случае будет величина "избыточно" под-
держиваемой энергии и пластических веществ в организме, которые на дан-
ный момент ему как бы не нужны.
Разработаны имитационные модели гомеостатов и ведется изучение их
свойств, а также исследуется возможность имитации на этих моделях раз-
личных патологических состояний, вплоть до таких крайних патологий, как
паралич, шок и коллапс. Показаны механизмы патологического привыкания
гомеостата ("эффект наркомана"), рассмотрены механизмы стресса, как час-
ти адаптационной системы гомеостата, раскрыты "эффект вируса" и его раз-
личные проявления в гомеостате "хозяине" ("дремлющее" и "активное" сос-
тояние). Модели развития, старения, пульсирующих (изменяющих активность
во времени) гомеостатов.
С точки зрения гомеостатики патология органа или физиологической сис-
темы есть изменение в цепях управления либо за счет нарушения морфологи-
ческой целостности, либо по причине смещения характеристик управляющих
сигналов, что вызывает запуск адаптационных реакций для компенсации на-
рушенных функций за счет собственного "горячего резерва" или работы дру-
гих гомеостатов. Информация, корректирующая адаптационный процесс, может
вносится в организм на разных материальных носителях, разными путями, но
конечный эффект - выход гомеостата на рабочий нормальный режим -будет
достигнут.
О некоторых патологиях гомеостатов и их моделях.
Нормальный гомеостат, вернее его модель, обладает целым рядом исклю-
чительных свойств в отношении адаптивности, живучести, помехоустойчивос-
ти и т.д. Исследования математической модели гомеостата показали, что он
имеет еще как бы болевые точки и критические связи; воздействуя каким-то
образом на них, можно создать множество различных патологий. Рассмотрим
наиболее тяжелые из них, вызываемые разрывами прямых связей - паралич,
обратных связей - шок, перекрестных связей - коллапс.
Паралич может быть полным, т.е. гомеостат перестает выполнять функции
управления. Этот случай имитируется на модели гомеостата разрывом цепи
подачи внешнего сигнала (задания) на Р3, при этом значение выходного па-
раметра падает до нуля. Но, тем не менее, гомеостат будет поддерживать
на выходе постоянство значений Ys даже при действии на управляемый
объект относительно больших возмущений, которые проникают помимо входно-
го канала.
Односторонний паралич возникает при размыкании связи, идущей от Р1
или Р2 на объект регулирования, в этом случае соответственно либо u1
стремится к нулю, либо u2 стремится к нулю. Таким образом происходит
своего рода "гашение гомеостата", т.е. резкое снижение регулирующих
свойств.
В большинстве случаев односторонний паралич является компенсируемым,
и гомеостат продолжает выполнять свои функции.
Полный шок гомеостата возникает при разрыве основной обратной связи
y3. Это ведет к тому, что Ys стремится к U1max или к U2max, а в этом
случае гомеостат перестает выполнять функции управления (как выражаются
электрики - "зашкаливает" в одну или в другую сторону). В отличие от
полного односторонний шок, как правило, является компенсируемым и имити-
руется на модели разрывом u1 или u2 связей соответственно, тогда u1
стремится к U1max или u2 стремится к U2max.
Случай создания одностороннего (размыкание обратной связи к Р1) шока
представлен на рис. 3. Такой шок является компенсируемым, поскольку ре-
жим Ys=Xs быстро восстанавливается, однако гомеостат становится ущербным
- уменьшается его живучесть (предельное возмущение снижается до 20 еди-
ниц). В статике этот гомеостат работает достаточно устойчиво, и только
фактически при предельном входном сигнале (Xs = -50), имеющем противопо-
ложную направленность к регулятору, находящемуся в шоковом состоянии ( в
данном случае это Р1), гомеостаз начинает нарушаться из-за возникновения
небольших автоколебаний.
Разрыв основной обратной связи y3 вызывает полный шок гомеостаза с
катастрофическими последствиями для живучести системы.
Рис. 3. Переходные процессы: при t=10 сек развивается односторонний
шок Р1, при t=20 сек дополнительно создается скачкообразное возмущение,
при котором еще сохраняется гомеостаз.
Защитой от полного шока может служить создание запоминающего уст-
ройства ("устройство памяти прошлого") как системы запоминания y3, пред-
шествовавшего разрыву обратной связи. В этом случае гомеостат распадает-
ся как бы на две независимые части, регулируемые по разомкнутому принци-
пу со стороны входа. В какой-то степени такой гомеостат еще может ком-
пенсировать возмущения, если они действуют на систему в пределах, охва-
тываемых локальными обратными связями. Конечно, такая структура управле-
ния является патологической и длительное ее существование недопустимо,
но все же лучше, чем лавинообразное развитие полного шока, ведущего к
потере живучести.
Эффект "наркомана" как одна из форм патологического привыкания. Этот
эффект возникает при длительном повторении большого возмущающего воз-
действия. Адаптационный механизм гомеостата в результате привыкания де-
формирует соотношения между правым и левым каналами гомеостата (R2) так,
чтобы наилучшим образом противостоять ожидаемому возмущению. В итоге
вместо нормального баланса для симметричного гомеостата устанавливается
новое состояние равновесия, к которому стремится вернутся система после
снятия возмущающего воздействия (см. рис. 4.). Кроме того, гомеостат че-
рез какие-то опосредованные связи может посылать стимулирующие сигналы,
которые будут воздействовать в случае живого организма, на эмоциональную
и поведенческую сферу с тем, чтобы возмущение повторилось. Исследования
показали, что гомеостат, находящийся в состоянии наркомана, имеет в нес-
колько раз более низкий показатель живучести, т.е. становится неспособ-
ным противостоять большим возмущениям.
Рис. 4. Временная диаграмма привыкания к большому возмущению гомеос-
тата. "Эффект наркомана".
Эффект "заикания" как вид функциональной патологии. Этот эффект свя-
зан с временными нарушениями работы гомеостата из-за неадекватных воз-
действий со стороны регулятора-руководителя Р3. Возможны три основные
причины такого функционирования Р3:
- кратковременный разрыв обратной связи у Р3 или кратковременное из-
менение знака этой связи (с отрицательной на положительную), вызывающей
возбуждение, т.е. броски управляющего сигнала к регуляторам-исполните-
лям, в результате выход u1 и u2 на максимальные значения;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71