КИБЕРНЕТИКА БИОЛОГИЧЕСКАЯ
биокибернетика,
научное направление, связанное с проникновением идей, методов и технич.
средств кибернетики в биологию. Зарождение и развитие К. б. связаны
с эволюцией представления об обратной связи в живой системе и попытками
моделирования особенностей её строения и функционирования (П. К. Анохин,
Н. А. Бернштейн и др.). Эффективность математич. и системного подходов
к исследованию живого показали и мн. работы в области общей биологии (Дж.
Холдейн, Э. С. Бауэр, Р. Фишер, И. И. Шмальгаузен и др.). Процесс
"кибернетизации" биологии осуществляется как в теоретич., так и в прикладной
областях. Осн. теоретическая задача К. б.- изучение общих закономерностей
управления, а также хранения, переработки и передачи информации в
живых системах.
Всякий организм - это система, способная
к саморазвитию и управлению как внутренними взаимосвязями между органами
и функциями, так и соотношениями с факторами среды. Стремясь понять природу
живого, учёные часто старались отыскать в организме то, что можно было
исследовать изолированно. Цель К. б.- изучение организма с учётом осн.
взаимосвязей начиная с клеточного, тканевого, органного уровня и кончая
организменным. Живая система характеризуется не только обменом вещества
и энергии, но и обменом информации. К. б. рассматривает сложные биологич.
системы во взаимодействии со средой именно с точки зрения теории информации.
Одним из важнейших методов К. б. является моделирование структуры и закономерностей
поведения живой системы; оно включает конструирование искусств, систем,
воспроизводящих определённые стороны деятельности организмов, их внутренние
связи и отношения (см.' Моделирование). К. б. рассматривает живой
организм как многоцелевую "иерархическую" систему управления, осуществляющую
свою интегративную деятельность на основе функционального объединения отд.
подсистем, каждая из к-рых решает "частную" локальную задачу. Особенность
организма как сложной динамич. системы - единство централизованного и автономного
управления. Саморегуляция, характерная для всех уровней управления живой
системы, обеспечивается автономными механизмами, пока не возникают такие
возмущения, которые требуют вмешательства центр, механизмов управления.
В последнее время всё большее внимание
биологов привлекают функциональные характеристики биол. систем управления,
обусловленные периодич. (ритмическими, циклическими) процессами.
Жичзые организмы с высокой точностью способны "измерять" время ("биологические
часы"). Это выражается в периодич. изменениях дыхания, темп-ры
тела и др. процессов жизнедеятельности. Природа биологических
ритмов ещё во многом неясна, но есть все основания полагать, что периодичность
- фундаментальная характеристика функционирования биол. системы и процессов
управления в ней. Процессы, происходящие на каждом из уровней живой системы,
характеризуются своей специфич. периодичностью, определяемой как внутренними,
так и внешними факторами. А между периодич. активностью отдельных уровней
в нормально функционирующем организме существуют определённые фазовые сдвиги
(сдвиги во времени), обусловленные специфич. организацией управления
на каждом из уровней. Нарушение этих нормальных фазовых сдвигов может вызвать
нарушение работы всей живой системы или её части. Это ведёт к сбоям в работе
системы управления и накоплению ошибок, что можно описывать как появление
"шумов". Коррекция сбоев требует внутр. перенастройки системы (её алгоритма)
либо
внешних управляющих воздействий за счёт включения механизмов управления
более высокого уровня.
Живые существа объединяются в системы
разного порядка (популяции, биоценозы и т. д.), образуя своеобразную
иерархию живых систем. Во всех этих надорганизменных системах, как и в
жизни клетки, развитии организма, эволюции органич. мира в целом, имеются
внутр. механизмы регуляции, для изучения к-рых также применимы принципы
и методы К. б.
Механизмы управления определяют течение
жизненных процессов не только в норме, но и в патологии (см. Кибернетика
медицинская).
Клетка - сложная саморегулирующаяся
система. Она обладает многими регуляторными механизмами, одним из к-рых
являются колебания её структуры, связанные с деятельностью митохондрий
и
совпадающие с колебаниями окислит.-восстановит, процессов. Синтез
белков
в
клетке управляется генетически детерминированными механизмами, связанными
с процессами хранения, переработки и передачи генетической информации.
Изучение жизнедеятельности организма
в целом и его разных функций, а также механизмов, управляющих работой отд.
органов и систем,- это та область, где К. б. оказалась наиболее результативной.
В связи с этим сформировались самостоятельные направления - физиологи ч.
кибернетика и нейрокибернетика, изучающие механизмы поддержания гомеостаза;
принципы
саморегуляции функций организма и протекания в нём переходных процессов;
закономерности нервной и гуморальной регуляции в их единстве и взаимодействии;
принципы организации и функционирования нейронов и нервных сетей;
механизмы осуществления актов поведения и др. проблемы. Изучая закономерности
работы человеческого мозга, в основе к-рой лежит комплекс алгоритмов, т.
е. правил преобразования информации, К. б. позволяет моделировать (в т.
ч. и на ЭВМ) различные формы работы мозга, выявляя при этом новые
закономерности его деятельности. Созданы, напр., программы для ЭВМ, обеспечивающие
возможность обучения, игры в шахматы, доказательства теорем и др. Развивается
т. н. эвристич. программирование, когда исследуют и моделируют правила
переработки информации в мозге при тех или иных творческих процессах.
Анализ механизмов индивидуального
развития и процессов управления в популяциях и сообществах, включающих
хранение, переработку и передачу информации от особи к особи,-также сфера
исследований К. б. На уровне биогеоценозов, включая и биосферу в
целом, К. б. пытается использовать метод моделирования для целей оптимизации
биосферы, в частности для определения путей наиболее рационального вмешательства
человека в жизнь природы.
Вопросы эволюции с позиций К. б.
были впервые рассмотрены И. И. Шмальгаузеном, к-рый отметил иерархичность
управления, выделил осн. каналы связи между особями, популяцией и биоценозом,
определил возможность потери информации и её искажений и описал эволюционный
процесс в терминах теории информации. С этих же позиций исследуются механизмы
различных форм отбора.
Примером применения К. б. в прикладных
целях может служить создание устройств для автоматич. управления биол.
функциями (т. н. биопротезирование), автоматич. устройств для оценки
состояния человека во время трудовой или спортивной деятельности, при творческой
работе,
в субэкстремальных и экстремальных условиях.
Использование методов и средств кибернетики
для сбора, хранения и переработки информации, получаемой в ходе биологических
исследований, позволяет вскрывать новые количественные и качественные закономерности
изучаемых процессов и явлений.
Большую роль в деле развития К. б.
в СССР сыграли конференции, совещания и симпозиумы по биол. аспектам кибернетики,
по биоэлектрич. управлению, нейрокибернетике. Вопросы К. б. освещаются
в ряде советских и зарубежных журналов.
Лит.: 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 я связь в животном
и машине, пер. с англ., М., 1968; Б е р н ш т е и н Н. А., Очерки по физиологии
движений и физиологии активности, М., 1966; А н о х и н П. К. [и др.],
Биологическая и медицинская кибернетика, в кн.: Кибернетику - на службу
коммунизму, т. 5, М., 1967; Брайнес С. Н., С в е ч и н с к и и В. Б., Проблемы
нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968; Шмальгаузен И. И., Кибернетические
вопросы биологии, Новосибирск, 1968; Парин В. В., Баевский Р. М., Геллер
Е- С., Процессы управления в живом организме, в кн.: Философские вопросы
биокибернетики, М., 1969; А птер М., Кибернетика и развитие, пер. с англ.,
М., 1970; Hassenstein В., Biologische Kybernetik, Hdlb., 1970. В. В.
Парин, Е. С. Геллер.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я