Tagasisideahelad on süsteemide, millele see artikkel keskendub, nagu ökosüsteemid ja üksikud organismid, põhifunktsioon. Neid leidub ka inimeste maailmas, kogukondades, organisatsioonides ja peredes.
Selliste tehissüsteemide hulka kuuluvad juhtimissüsteemidega robotid, mis kasutavad soovitud oleku säilitamiseks negatiivset tagasisidet.
Põhifunktsioonid
Adaptiivses süsteemis muutub parameeter aeglaselt ja sellel ei ole eelistatud väärtust. Ent isereguleeruvas süsteemis oleneb parameetri väärtus süsteemi dünaamika ajaloost. Isereguleeruvate süsteemide üks olulisemaid omadusi on võime kohaneda kaose äärega ehk oskus kaost vältida. Praktiliselt võib vaatleja, suundudes kaugemale kaose piirile, tegutseda spontaanselt, kuid ilma katastroofideta. Füüsikud on tõestanud, et kaose piiriga kohanemine toimub peaaegu kõigis tagasisidesüsteemides. Ärgu lugejat üllatav pretensioonikas terminoloogia, sest sellised teooriad mõjutavad teooriat otseseltkaos.
Praktopoees
Praktopoees kui Danko Nikolici loodud termin viitab omamoodi adaptiivsele või isereguleeruvale süsteemile, milles organismi või raku autopoees toimub selle komponentide vahelise allopoeetilise interaktsiooni kaudu. Need on korraldatud poeetilises hierarhias: üks komponent loob teise. Teooria viitab sellele, et elussüsteemidel on nelja sellise poeetilise operatsiooni hierarhia:
evolutsioon (i) → geeniekspressioon (ii) → geenidega mitteseotud homöostaatilised mehhanismid (anapoees) (iii) → rakufunktsioon (iv).
Praktopoees seab kahtluse alla tänapäevase neuroteaduse doktriini, väites, et vaimsed operatsioonid toimuvad enamasti anapoeetilisel tasandil (iii), see tähendab, et meeled tekivad kiiretest homöostaatilistest (adaptiivsetest) mehhanismidest. See on vastuolus lai alt levinud arvamusega, et mõtlemine on närvitegevuse sünonüüm (raku funktsioon tasemel iv).
Iga madalam tase sisaldab teadmisi, mis on üldisemad kui kõrgem tase. Näiteks geenid sisaldavad rohkem üldteadmisi kui anapoeetilised mehhanismid, mis omakorda sisaldavad üldisemaid teadmisi kui rakufunktsioonid. Selline teadmiste hierarhia võimaldab anapoeetilisel tasandil mõistuse tekkeks vajalikke mõisteid vahetult talletada.
Keeruline süsteem
Keeruline adaptiivne süsteem on keeruline mehhanism, mille puhul üksikute osade täiuslik mõistmine ei taga automaatselt terviku täiuslikku mõistmistkujundused. Nende mehhanismide uurimine, mis on omamoodi mittelineaarsete dünaamiliste süsteemide alamhulk, on väga interdistsiplinaarne ning ühendab loodus- ja sotsia alteaduste teadmisi, et töötada välja kõrgeima taseme mudeleid ja esitusi, mis võtavad arvesse heterogeenseid tegureid, faasisiirdeid ja muud nüansid.
Need on keerulised selle poolest, et nad on interaktsioonide dünaamilised võrgustikud ja nende seosed ei ole eraldiseisvate staatiliste objektide kogumid, see tähendab, et ansambli käitumist ei ennusta komponentide käitumine. Nad on kohanemisvõimelised selle poolest, et individuaalsed ja kollektiivsed käitumised muteeruvad ja organiseeruvad vastav alt muutusi algatavale mikrosündmusele või sündmuste kogumile. Need on keeruline makroskoopiline kogum suhteliselt sarnastest ja osaliselt seotud mikrostruktuuridest, mis on kujundatud muutuva keskkonnaga kohanemiseks ja parandavad nende ellujäämist makrostruktuurina.
Rakendus
Terminat "komplekssed adaptiivsed süsteemid" (CAS) või komplekssuse teadust kasutatakse sageli selliste süsteemide uurimise ümber välja kasvanud lõdv alt organiseeritud akadeemilise valdkonna kirjeldamiseks. Keerukuseteadus ei ole üks teooria – see hõlmab rohkem kui ühte teoreetilist raamistikku ja on väga interdistsiplinaarne, otsides vastuseid mõnele fundamentaalsele küsimusele elavate, kohanemisvõimeliste ja muutuvate süsteemide kohta. CAS-i uuringud keskenduvad süsteemi keerulistele, tekkivatele ja makroskoopilistele omadustele. John H. Holland ütles, et CAS on süsteemid, millel on suurkomponentide arv, mida sageli nimetatakse agentideks ja mis suhtlevad, kohanduvad või õpivad.
Näited
Tüüpilised kohanduvate süsteemide näited on järgmised:
- kliima;
- linnad;
- firmad;
- turud;
- valitsused;
- tööstus;
- ökosüsteemid;
- sotsiaalvõrgustikud;
- elektrivõrgud;
- loomakarjad;
- liiklusvood;
- sotsiaalsed putukate kolooniad (nt sipelgad);
- aju ja immuunsüsteem;
- rakud ja arenev embrüo.
Aga see pole veel kõik. Samuti võib see nimekiri sisaldada küberneetika adaptiivseid süsteeme, mis koguvad üha enam populaarsust. CAS-ideks loetakse ka sotsiaalsetel inimrühmadel põhinevaid organisatsioone, nagu erakonnad, kogukonnad, geopoliitilised kogukonnad, sõjad ja terrorivõrgustikud. Internetti ja küberruumi, mis koosnevad, teevad koostööd ja juhivad inim-arvuti interaktsioonide kompleks, peetakse samuti keerukaks kohanemissüsteemiks. CAS võib olla hierarhiline, kuid see näitab alati sagedamini iseorganiseerumise aspekte. Seega võib mõningaid kaasaegseid tehnoloogiaid (näiteks närvivõrke) nimetada iseõppivateks ja isereguleeruvateks infosüsteemideks.
Erinevused
Mis eristab CAS-i puhtast mitme agendi süsteemist (MAS) on tähelepanu pööramine tipptasemel funktsioonidele ja funktsioonidele, nagu enesesarnasus, struktuurne keerukus ja iseorganiseerumine. MAS on määratletudsüsteemina, mis koosneb mitmest interakteeruvast agendist, samas kui CAS-is on agendid ja süsteem adaptiivsed ning süsteem ise sarnaneb.
CAS on interakteeruvate adaptiivsete ainete kompleks. Selliseid süsteeme iseloomustab suur kohanemisvõime, mis muudab need muutuste, kriiside ja katastroofide suhtes ebatavaliselt vastupidavaks. Seda tuleks adaptiivse süsteemi väljatöötamisel arvesse võtta.
Teised olulised omadused on: kohanemine (või homöostaas), suhtlemine, koostöö, spetsialiseerumine, ruumiline ja ajaline organiseerimine ja taastootmine. Neid võib leida kõigil tasanditel: rakud spetsialiseeruvad, kohanevad ja paljunevad nagu suuremad organismid. Suhtlemine ja koostöö toimub kõigil tasanditel, alates agendist kuni süsteemi tasemeni. Sellises süsteemis agentide vahelist koostööd juhtivaid jõude saab mõnel juhul analüüsida mänguteooria abil.
Simulatsioon
CAS on kohandatavad süsteemid. Mõnikord modelleeritakse neid agendipõhiste ja keeruliste võrgumudelite abil. Agentidel põhinevad väljatöötamisel kasutatakse erinevaid meetodeid ja tööriistu, eelkõige tuvastades esm alt erinevad agendid mudeli sees. Teine meetod CAS-i mudelite väljatöötamiseks hõlmab keeruliste võrgumudelite väljatöötamist, kasutades erinevate CAS-i komponentide, näiteks adaptiivse sidesüsteemi interaktsiooniandmeid.
2013. aastalSpringerOpen / BioMed Central on käivitanud avatud juurdepääsuga veebiajakirja keeruliste süsteemide modelleerimise (CASM) kohta.
Elusorganismid on keerulised kohanemisvõimelised süsteemid. Kuigi bioloogias on keerukust raske kvantifitseerida, on evolutsioon loonud mõned hämmastavad organismid. See tähelepanek on viinud levinud väärarusaamani evolutsiooni kohta progressiivseks.
Keerukuse poole püüdlemine
Kui ül altoodu oleks üldiselt tõsi, oleks evolutsioonil tugev kalduvus keerukamaks muutuda. Seda tüüpi protsesside puhul suureneb aja jooksul kõige tavalisema raskusastme väärtus. Tõepoolest, mõned tehiselu simulatsioonid viitavad sellele, et CAS-i genereerimine on evolutsiooni vältimatu tunnus.
Siiski võib evolutsiooni üldise keerukuse suundumust seletada ka passiivse protsessiga. See hõlmab dispersiooni suurendamist, kuid kõige levinum väärtus mode ei muutu. Seega maksimaalne raskusaste aja jooksul tõuseb, kuid ainult organismide koguarvu kaudse produktina. Seda tüüpi juhuslikku protsessi nimetatakse ka piiratud juhuslikuks jalutuskäiguks.
Selle hüpoteesi puhul on ilmselge kalduvus organismide struktuuri keerulisemaks muuta illusioon. See tuleneb keskendumisest väikesele arvule suurtele, väga keerukatele organismidele, mis asuvad keerukuse jaotuse paremas sabas, ning ignoreerides lihtsamat ja palju tavalisemat.organismid. See passiivne mudel rõhutab, et valdav enamus liike on mikroskoopilised prokarüootid, kes moodustavad umbes poole maailma biomassist ja valdava enamuse Maa bioloogilisest mitmekesisusest. Seetõttu jääb lihtne elu Maal domineerima, samas kui keeruline elu tundub mitmekesisem ainult valimite nihke tõttu.
Kui bioloogial puudub üldine kalduvus keerukuse poole, ei takista see teatud juhtudel süsteeme keerukuse suunas viivate jõudude olemasolu. Neid väiksemaid suundumusi tasakaalustavad muud evolutsioonilised surved, mis suunavad süsteeme vähem keerukate olekute poole.
Immuunsüsteem
Adaptiivne immuunsüsteem (tuntud ka kui omandatud või harvemini spetsiifiline immuunsüsteem) on üldise immuunsüsteemi alamsüsteem. See koosneb väga spetsiifilistest rakkudest ja protsessidest, mis kõrvaldavad patogeenid või takistavad nende kasvu. Omandatud immuunsüsteem on üks kahest peamisest selgroogsete immuunstrateegiast (teine on kaasasündinud immuunsüsteem). Omandatud immuunsus loob immunoloogilise mälu pärast esialgset vastust konkreetsele patogeenile ja suurendab vastust järgnevatel kohtumistel sama patogeeniga. See omandatud immuunsuse protsess on vaktsineerimise aluseks. Nagu kaasasündinud süsteem, sisaldab omandatud süsteem mitte ainult humoraalse immuunsuse, vaid ka rakulise immuunsuse komponente.
Termini ajalugu
Esmakordselt võeti kasutusele mõiste "adaptiivne". Robert Good kasutas seda seoses antikehade vastustega konnadel omandatud immuunvastuse sünonüümina 1964. aastal. Goode tunnistas, et kasutas termineid vaheldumisi, kuid selgitas vaid, et eelistas seda terminit kasutada. Võib-olla mõtles ta tollal ebausutavale antikehade moodustumise teooriale, mille kohaselt need olid plastilised ja suutsid kohaneda antigeenide molekulaarse kujuga, või adaptiivsete ensüümide kontseptsioonile, mille ekspressiooni võivad põhjustada nende substraadid. Seda fraasi kasutasid peaaegu eranditult Goode ja tema õpilased ning mitmed teised immunoloogid, kes töötasid marginaalsete organismidega kuni 1990. aastateni. Seejärel hakati seda laialdaselt kasutama koos mõistega "kaasasündinud immuunsus", mis sai populaarseks teemaks pärast Toll-retseptori süsteemi avastamist. Drosophilas, mis oli varem immunoloogia uurimisel marginaalne organism. Immunoloogias kasutatav termin "adaptiivne" on problemaatiline, kuna omandatud immuunvastused võivad olla füsioloogilises mõttes adaptiivsed või halvasti kohanevad. Tõepoolest, nii omandatud kui ka immuunvastused võivad olla evolutsioonilises mõttes adaptiivsed ja mittekohanevad. Enamikes tänapäeval kasutatavates õpikutes kasutatakse eranditult terminit "kohanduv", märkides, et see on "omandatud" sünonüüm.
Bioloogiline kohanemine
Alates avastamisest on omandatud immuunsuse klassikaline tähendus hakanud tähendama antigeenispetsiifilist immuunsust, mida vahendavad somaatilised ümberkorraldused.geenid, mis loovad kloone määratlevaid antigeeni retseptoreid. Viimasel kümnendil on mõistet "adaptiivne" hakatud üha enam kasutama teise immuunvastuse klassi kohta, mida pole veel seostatud somaatiliste geenide ümberkorraldustega. Nende hulka kuuluvad veel seletamatu antigeeni spetsiifilisusega looduslike tapjarakkude (NK) laienemine, iduliini kodeeritud retseptoreid ekspresseerivate NK-rakkude laienemine ja teiste kaasasündinud immuunrakkude aktiveerimine aktiveeritud olekusse, mis tagab lühiajalise immuunmälu. Selles mõttes on adaptiivne immuunsus lähemal "aktiveeritud oleku" või "heterostaasi" mõistele, naases seega keskkonnamuutustega kohanemise füsioloogilise tähenduse juurde. Lihtsam alt öeldes on see tänapäeval peaaegu bioloogilise kohanemise sünonüüm.
