4.5. Биологическая система с информационной обратной связью

Понятие информационной обратной связи может быть продуктивно использовано при исследовании конкретных задач. Так, например, становится ясен механизм болезни Паркинсона, практически неизбежно преследующий всех спортсменов высшей квалификации после ухода из большого спорта.

Можно вполне доказательно утверждать, что нервная система человека в своей макроструктуре содержит минимум три функционально и морфологически отделенные системы – периферическую (ПНС), стволовую (СНС) и центральную (ЦНС), то есть три отношения и, по крайней мере, два кольца информационной обратной связи (рис. 2):

Это возможно только благодаря очень точной настройке ОС2 “вовремя” переключающей операторы ОС1, то есть фактически ОС1 работает в “ненормальном для себя режиме” сигнальной обратной связи.

При резком снижении тренировочных нагрузок, их интенсивности и постоянства, нарушается точность настройки ОС2, однако ОС1 уже настроена на работу в режиме “переключаемой сигнальной ОС” и если “алгоритм переключения” нарушен, то динамическая система становится неустойчивой даже в пределах простой траектории движения из-за ненормального режима работы, обусловленного увеличением времени запаздывания и в прямой цепи, и в обратной связи.

“Излечить” такое заболевание практически невозможно, для этого требуется нарушить обратные связи, реализованные как “настройка биологического механизма”, либо надо резко замедлить “внутрисистемное время”, подавив активность нейронов и снизив тем самым скорость распространения сигналов, то есть резко увеличить постоянные времени всех регуляторов. Иначе говоря, “задавить нейролептиками” активность, ставшую избыточной.

Для спортсменов альтернативой являются системы восточных единоборств, где тренировочный цикл разработан более тщательно и становится неотъемлемым элементом существования биологической системы до конца ее существования.

Однако подобная подмена функционального назначения информационной ОС может быть вызвана и патогенными причинами, и тогда остается только насильственное подавление активности элементов и подсистем биохимическими средствами.

В 2000 году открытие дофаминовой терапии удостоено Нобелевской премии по медицине, хотя на уровне информационной обратной связи и ряда других решений, вытекающих из информационно-биологических построений такого рода открытия должны быть просто конкретными результатами общего подхода.

Ясно, что изложенная выше реконструкция выполнена исходя исключительно из системных соображений и без использования каких-либо биомедицинских сведений. Сопоставим ее с картиной, полученной экспериментальными, профессионально медицинскими способами.

Схема, представленная на рис. 3, насколько известно, в своей биологической части общепризнанна практически всеми школами биологов и медиков. Данные о положении мышцы формируются сенсорным нейроном и через вставочный нейрон подаются в сенсорную кору. На уровне вставочного сенсорного нейрона и alfa-мотонейрона замыкается обратная связь по положению (степени сокращения мышцы). На уровне обмена сенсорной и моторной коры формируется задание движения, которое через группу вставочных нейронов подается как управление на alfa-мотонейрон.

Параллельно с заданием движения нейроны дофаминэргической системы формируют сигнал торможения, который в соответствующее время тормозит активность вставочных нейронов и, таким образом, гасит активность alfa-мотонейрона, обеспечивая плавное завершение движения и удержание мышцы в заданном положении.

В случае поражения (отмирания) нейронов дофаминэргической системы торможение не формируется, соответственно вовремя не подается сигнал торможения alfa-мотонейрона и движение осуществляется с перерегулированием, фиксация позиции не выполняется, наблюдается тремор – автоколебания в контуре управления мышцей (мышечным волокном).

Несмотря на абсолютное не привлечение биомедицинских исследований, реконструкция оказывается весьма точной. Можно указать лишь одну поправку – в механических системах элементы пассивны, достаточно обнулить задание на контур управления по положению, чтобы затормозить движение. Нейроны, в том числе и alfa-нейрон активны и требуется специально управлять этой активностью, то есть биологическая система работает “в инверсном коде и инверсной дисциплине”.

Благодаря такой организации строятся итерационные циклы и обеспечивается точность позиционирования, достигающая 10^-4 – 10^-5 амплитуды движения, хотя разрешение входа нейрона, в том числе и alfa-нейрона, имеет порядок 10^-2.

Столь же успешно, исходя уже из конструкции информационной машины, можно “чисто конструктивно” показать механизм развития шизофрении. Впрочем, оставим пока такие разработки студентам и профессионалам. Пора переходить к изложению основ создания самой информационной машины.