CC BY
72
ленностей в числе и свойствах элементов, образующих complexity. Авторы убеждены, что нет четкой определенности в коллективном поведении таких элементов в системе, но в целом система работает, развивается, имеется некоторая самоорганизация, эволюция и телеологическая предопределенность. Все последнее является базовыми свойствами синергетических систем (complexity), которые имеют существенные отличия от традиционных детерминистских или стохастических систем и объектов и поэтому не могут конкретно описываться в рамках ДСП. Второй постулат, предложенный В.М. Еськовым, вводит понятие «мерцающие системы», когда вектор состояния биосистем совершает непрерывное движение внутри квазиаттракторов [1].
Все это очень напоминает любую биологическую жизнь, а также динамику развития человеческого общества. Понятно, что каждый человек смертен и его уход из общества хаотичен и не детерминирован, но именно в этом микро-хаосе человечество развивается, накапливает информацию, пытается куда-то попасть, само формирует эти цели и методы их достижения, т. е. любой социум обладает эмерджентными свойствами. Иными словами, в любом обществе имеется коллективный эффект (в виде эволюции и телеологического развития), но существование и развитие этого процесса имеет хаотический характер в пределах некоторых квазиаттракторов. Никто не знает, какие открытия мы создадим в ближайшем будущем и чего достигнем через 2030 лет. Но мы уверены в своем развитии, в поступательной динамике развития всего человечества. Коллективный эффект государства и человечества в целом не зависит от состояния отдельного человека, его смерти или жизни (как и постулировал Г. Хакен [2]), но такая complexity имеет некоторую закономерность в своем развитии (при этом речь не идет о параметрах порядка -гениях, которые сильно влияют на развитие науки, культуры, человечества в целом).
Именно это имел в виду Г. Хакен, когда вводил этот базовый принцип современной синергетики. Единиц (элементов) в сложной системе много и они вроде ведут себя хаотически, но имеется коллективный положительный эффект, т.е. эмерджент-ные свойства complexity. Вершина этого - мозг человека. Это базовый закон (принцип) работы, существования таких (синергетических) complexity. А механизм такого слаженного коллективного поведения невозможно изучать и объяснять, исходя из поведения отдельных элементов и законов их взаимодействия. В таких системах нет и доминантных законов, как это было в физике, технике и химии. Идет некоторое «подыгрывание» друг другу и рождается некоторый коллективный эффект, но жестких связей и законов в таких системах нет. Они непрерывно могут варьировать (мерцать) как по числу работающих элементов, характеру их связей и схемам индивидуального развития, но коллективный процесс имеет телеологические и эмерджентные свойства.
Еськовым В.М. сформулировано предложение: не только поведение одного элемента не имеет существенного значения, но и конкретное состояние всей системы (complexity) в данный момент времени тоже не имеет никакого значения для описания и моделирования подобных систем. Это утверждение сразу открыло двери для правоты высказывания древних философов (все течет, все изменяется). Это свойство синергетических БДС обозначается как «glimmering property» и оно сразу отделяет 13 основных отличительных признаков complexity от любых систем с ДСП-свойствами. Glimmering property резко усиливает качество и количество неопределенностей для complexity и открывает новые «миры» для количественного и качественного описания (моделирования) синергетических БДС.
Для создания полной картины (развития и современного состояния) синергетики мы определили пять основных свойств и 13 признаков (отличий) в поведении объектов, относящихся к формальному аппарату синергетики, который мы определяем как «теория хаоса и синергетика» - ТХС. В рамках этого подхода открываются новые перспективы для персонифицированной медицины.
Литература
1. Еськов, В.М. Третья парадигма. Часть I. / В.М. Еськов.-Самара: Изд-во ООО «Офорт» (Гриф РАН), 2011.- 250 с.
2. Хакен, Г. Принципы работы головного мозга / Г. Хакен.-М.: Изд-во PerSe.- 2001.- 352 с.
3. Prigogine, I. The Die Is Not Cast / I. Prigogine // Futures. Bulletin of the Word Futures Studies Federation.- Vol. 25.- No. 4 January 2000.- P. 17-19.
BIOINFORMATICAL ANALYSES OF MACRO-CHAOS AND MICRODYNAMICAL CHAOS IN MEDICINE
O.A. VEDYASOVA, S.S. BEDNARGEVSKII, D.V. SINENKO,
D.Y. FILATOVA, N.G. SHEVCHENKO
Surgut State University
The principle distinguishes between I. Prigogine interpretation of macro-chaos and Haken-Eskov interpretation of glimmering property of biological dynamic system were presented.
Key words: bionformatsionny analysis of macro-chaos, chaos mikrodinamichesky, biological systems.
УДК 632.95.025.5
СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РОЛИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА П.К.
АНОХИНА
В.М. ЕСЬКОВ, И.Ю. ВОЛКОВА, С.Н. СЯРДОВА, С.П. ШУМИЛОВ, Л.Н. ЯРУЛЛИНА*
В статье обсуждаются историческое и современное представления гомеостазиса и функциональной системы организма. Кроме этого представляется синергетическое понимание этих терминов. Ключевые слова: теория функциональных систем организма, синергетическая оценка.
Предпосылки понимания гомеостазиса как особого состояния внутренней среды живого организма, которое отличное от внешней среды, впервые начал вводить Клод Бернар (18131878). Основные положения своей теории он изложил в известной работе «Введение в экспериментальную медицину» (Bernard C. Introduction a la medicine Experimentale. Paris, 1952. о^^!, 1864). В этой работе Бернар отмечал «Постоянство или стойкость внутренней среды, гармонический набор процессов, являются условием свободной жизни организма». Именно в этой работе человечество впервые вплотную подошло к понятиям «регуляция», «живые системы с особыми свойствами», которые в дальнейшем для специалистов в области общей теории систем (ОТС) и биофизиков, работающих в области неравновесных систем, послужили основой для развития многих новых направлений ОТС, кибернетики и синергетики.
Значительно позже (спустя 100-150 лет) мы начали детализировать понятия внутренней среды (как глубокий, антиэнтро-пийный уход от традиционного термодинамического равновесия) и свободной жизни организма (полная свобода может получиться только у человека с его особым, постоянным (в смысле запоминания событий, памяти) состоянием этой самой внутренней среды). После работ К. Бернера в первой половине 20 века, Уолтер Бредфорд Кеннон (1871-1945), анализируя особенности висцеральных функций живого организма (на примере пищеварения) и ряда нейрогуморальных процессов вводит понятие саморегуляции физиологических процессов. В своей известной работе «Мудрость тела» (Cannon W. «The Wisdom of the Body». New York, 1963 (original, 1932)) он впервые вводит понятие «гомеостазиса». Расширяя это понятие до общих кибернетических рубежей У.Р. Эшби (1903-1972) начал говорить о гомеостазисе (как свойстве исходно человекомерных систем) любых сложных систем, находящихся в динамическом равновесии.
Таким образом, понятие гомеостазиса возникло из наблюдений и исследований физиологов, но было значительно расширено на многие complexity, которые подобны организму человека. Как результат такого развития, расширения этого понятия, мы приходим к синергетическим системам, которые обладают особыми свойствам и которые весь 20 век в рамках ОТС (начиная от Л. фон Берталанфи) пытались изучать и описывать. Упоминая всю эту хронологию, мы обязательно должны говорить и о теории функциональных систем организма (ФСО) человека, разра-
* Сургутский государственный университет, 628412, Тюменская обл., ХМАО-Югра, г. Сургут, пр-т Ленина, 1
батываемой П.К. Анохиным и его научной школой. Однако эта область знаний о предтечах синергетики - особая область, требующая отдельного большого разговора.
В ходе развития самого понятия гомеостазиса всегда вне пределов обсуждения оставалась проблема особых свойств объектов, подобных организму человека, которые обладают особыми свойствами гомеостатических объектов. Забегая вперед, необходимо отметить, что до конца 20 века к этим особым свойствам относили следующие свойства (в этом числе и в представлениях К. Бернара, У.Б. Кеннона и У.Р. Эшби): гетерогенность таких сред, их способность к саморегуляции и некоторому развитию, наличие механизмов, которые устойчиво поддерживают различные градиенты в указанных внутренних средах (в свободной жизни организма). Более того, именно эта свобода (от термодинамического равновесия, общепринятого в физике) и возникла из-за устойчивого существования разных градиентов. И самым большим признаком свободы биосистем является градиент температуры. Как только организм зафиксировал свою внутреннюю температуру (36,6°С по Кеннону - это и есть мудрость тела), так с этого и началась свобода (в том числе и в работе мысли - нет переохлаждения или перегревания мозга - он работает нормально и всегда!).
Однако любая свобода (в первую очередь от термодинамического равновесия) требует создания устойчивых потоков и градиентов и главные из них энергетические (пищевые, тепловые, возникновение искусственного в виде крова - жилья). Только при обеспечении физиологических и психических свобод начинаются другие свободы: в получении и обмене информации, передвижении, образовании различных групп и сообществ индивидуумов. Именно гомеостазис дает различные свободы телу и духу, выбору из множества реальностей и возможностей только тех, которые оптимизируют жизнь каждого живого существа и особенно человека.
Сейчас мы в человеческих средах (сообществах) вступаем в эпоху борьбы за различные ресурсы: энергетические (нефть, газ, уран), воду, территорию (для получения пищи) и, наконец, за информационные ресурсы. Все это способно поддержать внутреннюю (физиологическую и психическую) среду отдельного человека и отдельных сообществ (стран) и это также, по большому счету, относится к обеспечению гомеостазиса (отдельного человека и целых стран). Без всего этого поддержать внутреннюю среду организма каждого человека на планете Земля не удастся, т. е. это все определяет качество жизни, уровень медицинского обеспечения, уровень психического благополучия. Поэтому сейчас следует расширить понятие гомеостазиса не только за счет изучения внутренних механизмов работы организма отдельного человека (физиологических, биофизических), но и за счет гомеостазирования внешней среды, в которой обитает конкретный человек (экономика, экология, политика). Последняя сейчас имеет реальную угрозу для каждого человека и всего человечества. Мы расширяем понятие гомеостазиса от отдельного организма до биосферы Земли в целом. В будущем при образовании искусственных экосистем на планетах Солнечной системы (Марсе, спутниках Юпитера и Сатурна) понятие гомеостазиса придется расширять и на объекты Космоса.
В целом, рассматривая понятие гомеостазиса человека и целых урбанизированных экосистем в условиях Космоса (искусственных экосистем) мы постоянно должны помнить о необходимости поддержания устойчивых потоков энергии и (как следствие) трофических потоков. Иными словами в Космосе гомеостазис отдельного организма человека будет требовать создания особых искусственных потоков во внешней среде. В противном случае наступит термодинамическое равновесие в виде смерти отдельного человека или целой экосистемы (в космосе). Все это расширяет границы применения понятия от гомеостазиса организма отдельного человека до гомеостазиса колонии человека в искусственных (в условиях космоса) экосистемах. В этих случаях тоже нужно создавать (уже искусственно) градиенты и потоки на границах перехода внутренней среды (закрытая экосистема и люди, живущие в ней) и внешней среды (космоса, условий жизни на отдельной планете).
В последнем случае роль организма уже играет вся искусственная экосистема, а роль внешней среды - внешняя среда Космоса или Планеты, которую будет колонизировать человек. Такая проблема имеет экологические, физиологические, физические и другие аспекты, но в целом это проблема «человек и среда обитания». Главной особенностью подобных биосистем является
постоянное мерцание (хаотическое движение вектора состояния биосистемы в фазовом пространстве состояний) и постоянная эволюция. Последнее проявляется в постоянном (возможно телеологическом) движении области фазового пространства, внутри которого движется вектор состояния в определенном направлении. Если говорить о человеке, то траектория вектора состояния биосистемы в фазовом пространстве состояний представляет движение по синусоиде: в плоскости наблюдается восхождение этой области - квазиаттрактора (КА), а к старости - наблюдаем спад КА в фазовом пространстве. Подобная эволюция была описана в тории смены парадигм и в теории эволюции любой сложной системы, характеризуемой понятиями: возникновение, расцвет, спад, смерть (разрушение).
В любом состоянии вектор состояния для таких сложных, синергетических систем их гомеостазис характеризоваться основными свойствами: кластеризация и компартментализация, мерцание вектора в фазовом пространстве в пределах некоторого КА, их эволюция и, возможность хаотически изменять параметры КА в виде их объемов. Все это относится к пяти особым свойствам сложных (синергетических) систем, к которым в первую очередь относится организм человека в целом, их ФСО (как кластерам). Таким образом, современная трактовка гомеостаза в рамках третьей (синергетической) парадигмы, дает нам новое понимание этого термина (состояния complexity), которое в рамках ДСП описывалось условиями для ВСБ в виде dx / dt = 0 при x = const. Теперь мы можем говорить о некоторых постоянных (условно) параметров КА. Последнее касается как их объемов, так и координат их центров. Гомеостазис теперь может быть представлен условиями: vg * const xf * const (где xi - координаты центров КА).
Дальнейшее развитие понятия гомеостазисе будет определяться динамикой развития теории хаоса и синергетики, что связано с фундаментальной перестройкой подходов, определений, понятий (при изучении сложных биомедицинских систем).
SYNERGETIC APPROACHING OF CERTAINTY AND UNCERTAINTY IN THE THEORY OF ORGANISM FUNCTIONAL SYSTEM OF P.K. ANOKHIN
V.M. ESKOV, I.J. VOLKOVA, S.N. SAYRDOVA, S.P. SHUMILOV,
L.N. YARULLINA
Surgut State University
The historical and modern presentation of homeostasis and functional system was discussed. The synergetic approaching of such term was discussed too.
Key words: theory of functional systems, synergetic evaluation.
УДК 577.3:539.12.04
МОЖНО ЛИ МОДЕЛИРОВАТЬ И ИЗМЕРЯТЬ ХАОС В МЕДИЦИНЕ?
В.М. ЕСЬКОВ, А.А. БАЛТИКОВА, И.В. БУРОВ, Т.В. ГАВРИЛЕНКО,
А.С. ПАШНИН*
В настоящей статье представлены главные проблемы идентификации биосистем с хаотическим режимом. Третья парадигма вводит некоторые (основные) понятия во все эти биосистемы и предлагает методы моделирования.
Ключевые слова: идентификация, биосистема, хаотический режим.
Активное развитие информационно-кибернетического подхода в физиологии и медицине (в аспекте познания сложноорганизованных биосистем) начало происходить после появления теории функциональных систем организма (ФСО) человека П.К Анохина. Именно в этой теории была введена максимальная неопределенность по числу элементов и их взаимосвязей (в частности, положительных связей) в организации ФСО. Теория П.К Анохина является, фактически, продолжением бихевиористиче-ского подхода И. П. Павлова, но на сегодняшний день оба подхода не получили достаточного развития и настоящее сообщение является в неопределенном смысле продолжением представлений сторонников бихевиоризма и теории ФСО.
* Сургутский государственный университет, 628412, Тюменская обл., ХМАО-Югра, г. Сургут, пр-т Ленина, 1
