Системный подход в биологии кратко

Обновлено: 04.07.2024

Экофилософия - это перенос принципа неумирания Природы в сферу индивидуальной человеческой жизни, - это переход бессмертия ЭКО в бессмертие ЭГО.

Наблюдения в науке или в повседневной жизни обнаруживают определенную повторяемость, регулярность событий, тех или иных явлений. Законы науки представляют собой не что иное, как утверждения, выражающие эту регулярность настолько точно, насколько это возможно на данном этапе развития науки.

В биологии и физике мы пользуемся эмпирическими (опытными) законами. Эти законы не обладают достоверностью логических и математических законов, но они приоткрывают дверь в реальную структуру мира.

Исследуя природу, ее биологическую или физическую сторону, экспериментатор выдвигает несколько гипотез (моделей), а затем, пользуясь статистическими методами, выбирает одну из них. Положительные результаты проверки, сколь бы сильными они ни были, еще нельзя считать достаточным основанием для безусловного принятия гипотезы. Гипотеза всегда остается открытой для дальнейшей проверки - этим определяется прогресс в экспериментальной науке. С другой стороны, хотя бы один экспериментальный факт, противоречащий гипотезе, служит уже достаточным основанием, чтобы ее отбросить [1]. Однако это не означает, что одно и то же явление не может описываться различными теориями (моделями).

Одновременно мы должны реально представлять себе возможности человека и его методов, чтобы тем или иным способом попытаться изучить процессы, идущие в природе.

Мы конструируем различные модели (модель можно определить как эффективную теорию или как динамическую совокупность связанных друг с другом гипотез) или выдвигаем ту или иную гипотезу о жизненных процессах, идущих в человеческом организме. Апробирование такой модели (гипотезы) возможно, по крайней мере в принципе на шести миллиардах человек различных возрастов, составляющих население Земли, что может дать статистически достоверную проверку гипотезы по количеству повторений опыта. Иное дело - изучение Природы (биосферы) в целом. Уникальность ее очевидна (природа уникальна, поскольку для нас она единственна и уникальна в смысле своей сложности) и, следовательно, ни о какой проверке достоверности любой глобальной модели биосферы и тем более ни о каком адекватном прогнозировании ее развития говорить не приходится. То же самое справедливо и в отношении любой подсистемы биосферы. Например, не существует какой-либо обобщенной величины или группы величин, при помощи которых можно было бы выражать желаемые оптимальные условия почвы (Дж. Ф. Лутц, 1957).

И наоборот: стабильность развития особи служит оценкой и может быть использована в качестве мониторинга здоровья среды. Анализ стабильности развития особи есть мера средового стресса [2].

Нашу эпоху уместно называть не только эпохой атома или космоса; с не меньшим основанием можно говорить, что мы живем в эпоху систем. Системный анализ - наиболее плодотворный способ изучения любых объектов.

Что при этом следует понимать под системой? Согласно определению, данному основоположниками теории систем Л. Берталанфи и С. Биром, системой является любая сущность, концептуальная или физическая, которая состоит из взаимосвязанных частей.

Основополагающие принципы системного подхода в биологии принадлежат этой отрасли знаний.

Организм человека, животного, растения представляет собой сложную систему, состоящую из тесно связанных элементов: клеток, органов, тканей. Отдельная клетка растения или животного, в свою очередь, также является сложной системой.

Органические соединения, входящие в состав живого, исключительно разнообразны. Даже простейшие и мельчайшие одноклеточные существа -бактерии - содержат очень большое число различных органических молекул. Установлено, что в клетках бактерии Е. coli содержится около 5000 разнородных молекулярных соединений, в том числе, примерно, 3000 различных белков и около 1000 различных нуклеиновых кислот, причем белки и нуклеиновые кислоты очень сложны и точное строение многих из них и у разнотипных микробов неизвестно.

Если обратимся к более крупным и сложным организмам - высшим животным и растениям, - то увидим, что они также содержат белки и нуклеиновые кислоты, но в гораздо большем разнообразии.

Биоорганизмы любого уровня сложности являются большими (состоящими из большого числа элементов) и сложными (с многочисленными связями между элементами) системами. В частности, тело человека состоит, примерно, из 10^13 клеток, в геноме любой ядросодержащей клетки 3*10^9 пар нуклеотидов, в цитоплазме каждой клетки человека по 5 млн. копий каждой из типов Р-РНК, по 1 млн. копий каждой из нескольких десятков известных Т-РНК. Открывается поистине космических масштабов многообразие и сложность структур и процессов жизни, начиная с первых шагов изучения молекулярной биологии (6-9].

При этом, если предположить, что мы изучаем движение в системе, состоящей из взаимодействующих между собой N частиц, то, чтобы исследовать эволюцию указанной системы при большом числе частиц, во-первых, нельзя обойтись без ЭВМ, и, во-вторых, при N>1 трудоёмкость расчетов возрастает настолько, что эти расчеты становятся невозможными даже с учетом перспективы роста быстродействия ЭВМ [10].

Таким образом, и современная вычислительная техника, и техника будущего бессильны осуществить адекватное описание взаимодействия элементов системы самой простой соматической клетки любого из существующих ныне многоклеточных организмов.

Системный подход отрицает неизбежность специализации наук и предлагает более общий взгляд на биологию и родственные науки. Изложению основных принципов системного подхода в биологии как раз и посвящена первая часть настоящей работы.

Вообще, системный анализ не является чем-то новым в методологии научного познания. Суть системного анализа, коротко говоря, означает, что:

а) рассматривая любую проблему или явление, одним словом, систему, мы должны apriori полагать, что, во-первых, эта система является частью (подсистемой) более сложной и качественно иной системы, и, во-вторых, рассматриваемая система, в свою очередь, сама состоит из подсистем, которые входят в изучаемую систему как её составные части;

б) изучаемая система или явление должны быть прослежены во времени; следует рассмотреть историю вопроса и существующее положение во взаимосвязях, а также должны быть ясно понимаемы долгосрочные последствия тенденции развития изучаемого явления, т.е. систему следует изучать в динамике; наконец,

в) системный подход предоставляет широкие возможности для получения самых разнообразных оценок и суждений [11].

Процесс исследования, таким образом, заключается в отыскании обобщающих концепций, в которые непротиворечиво вошли бы как прошлые, так и новые экспериментальные результаты.

Системный анализ наиболее широко применяется в технике. Речь идет о теории и практике автоматизированных систем управления (АСУ) с их электронно-вычислительной техникой и математическим обеспечением. Мы для наглядности рассмотрим понятия и принципы системного анализа, сравнивая непосредственно по пунктам, взятым из справочника по системотехнике [12], принципы систем, разрабатываемые в технике, с принципами и понятиями построения и функционирования биологических систем.

Учебный план курса

Лекция 1. О системном подходе к обучению биологии

Природа выводит все из начал, незначительных по объему, но мощных по внутренней силе.

Я.А. Каменский

Приоритетной задачей образования становится развитие личности, и поэтому особую важность приобретает системно-структурной подход в обучении. Он обеспечивает преемственность и логическую последовательность учебного материала на всех ступенях образования. В итоге создаются благоприятные дидактические условия для развития у школьников системного мышления.

При системно-структурном подходе к обучению биология рассматривается как единый учебный предмет, что предполагает определенные требования и к содержанию учебного материала, и к его методическому построению.

Еще более 300 лет назад Я.А. Каменский провозгласил, что обучение и воспитание должны сообразовываться с природой познания, с природой законов их развития. Но каких именно законов?

Для биологических систем, в отличие от всех прочих, характерны следующие свойства живого.

1. Метаболизм.
2. Репродукция.Ъ
3. Наследственность.
4. Изменчивость.
5. Рост и развитие.
6. Раздражимость.
7. Дискретность.
8. Саморегуляция.

С этой несложной по структуре схемой можно работать и в 7-м, и в 11-м классах, т.к. в ней заложены следующие концептуальные основы, необходимые для понимания закономерностей взаимосвязей организмов.

1. Солнце – источник энергии для всех живых организмов на Земле.
2. Растение – источник органических веществ для животных и человека.
3. Пищевые цепи – цепи передачи энергии.
4. Энергия не возникает и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другие (первое начало термодинамики).
5. При любых превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла (второе начало термодинамики).

Изучение вопроса о многообразии рыб можно построить по-разному: перечислить отдельные примеры, факты; показать взаимосвязь рыб со средой обитания; использовать обобщенные схемы (рыбы как часть системы организмов со взаимными связями). При использовании третьего варианта любой биологический объект будет способствовать развитию системного мышления, а не простому накоплению суммы знаний. Поэтому при изучении земноводных, пресмыкающихся, птиц и т.д. важно рассматривать взаимосвязи с другими организмами и средой их обитания.

На следующем этапе работы схема взаимосвязи живых организмов уточняется применительно к водоему (опорная схема 2).

Обязательные знания

1. Участие живых клеток в регуляции процесса испарения (общебиологическое понятие о взаимосвязи строения и функции клеток, тканей).

2. Значение процесса испарения для жизни растений (понятие о взаимосвязи органов в едином организме).

3. Зависимость процесса испарения от факторов окружающей среды (понятие о единстве организма и среды).

4. Анализ результатов опыта, определение его цели и методов проведения (приемы анализа и синтеза, вовлечение детей в творческое мышление, опора на их личный опыт).

Работа над формированием этих знаний организуется поэтапно. Каждый из этапов оформляется в соответствующей графе таблицы, которая вычерчивается на доске и в тетрадях (с целью экономии места в данной лекции таблица приводится в заполненном виде).

Таблица. Испарение воды листьями

1) испарение – переход воды из жидкого состояния в пар;

2) пар – вода в газообразном состоянии.

Повторяем еще раз: испарение происходит с поверхности кожи человека, поверхности суши и моря, и ставим вопрос о возможности такого процесса у растения.

Учащимся предлагается поразмышлять над вопросами: в чем значение испарения воды с поверхности (суши, кожи, листа) в живой и неживой природе?

Вспомним жаркое лето. Где мы ищем прохладу? Или в тени листвы, или в воде. Влажная поверхность тела тоже охлаждается. В этом легко убедиться экспериментально. Ученики протирают влажной марлей кисть одной руки, а другую оставляют сухой, после чего отвечают, какой руке прохладнее. Ответы подтверждают, что вода при испарении охлаждает поверхность (кожи, суши, листа).

Мы можем передвигаться и прятаться от жары, но растение крепко держится в земле и не может жить без солнечного света, необходимого для процесса фотосинтеза. Для него единственная защита от жаркого солнца – охлаждение за счет испарения.

Заполняем графу 2 таблицы.

Вернемся к строению листа (используем соответствующую таблицу). Найдем поверхность листа, а на ней клетки кожицы (покровная ткань), среди которых расположены устьица. Учащиеся зарисовывают строение устьица, вспоминают о функции устьичной щели – выделение паров из межклетников, заполняют графы 4 и 5 таблицы. Теперь можно сделать очевидный вывод: испарение воды листьями регулируется путем открывания и закрывания устьиц.

Возникновение в 40 – 50-х гг. ХХ столетия общей теории систем и становление системного подхода внесли принципиально новое содержание в концепции эволюционизма. Идея системного рассмотрения объектов оказалась весьма эвристической, прежде всего, в рамках биологической науки, где она привела к разработке проблемы структурных уровней организации живой материи, анализу различного рода связей, как в рамках определенной системы, так и между системами разной степени сложности. Системное рассмотрение объекта предполагает, прежде всего, выявление целостности исследуемой системы, ее взаимосвязей с окружающей средой, анализ в рамках целостной системы свойств составляющих ее элементов и их взаимосвязей между собой.

Одно из общепринятых определений систем следующее:

Система (от греч. systema – целое, составленное из частей; соединение), совокупность элементов, находящихся в тесных отношениях и связях между собой, которая образует определенную целостность, единство. Претерпев длительную историческую эволюцию (начиная с Евклида, Платона, Аристотеля), понятие система с середины XX века становится одним из ключевых философско-методологических и специально-научных понятий. Основоположником общей теории систем является Людвиг фон Берталанфи (1969). Понятие системы тесно связано с понятиями целостности, структуры, связи, элемента, отношения, подсистемы и др. (Дедю, 1990).

Иногда систему определяют как некоторое множество взаимосвязанных частей-компонентов, объединенных для достижения общей цели (эффекта системы). Взаимодействие между частями системы характеризуется упорядоченностью и регулярностью на конкретном отрезке времени. Данное определение дается с позиций теории управления по отношению к социальным системам, причем под системой, в первую очередь, подразумевают – системы самоуправления, при помощи которых местным самоуправлением организуется социально-экономические и культурные процессы на определенной территории.

С позиций экологии выделяется система социоэкологическая, которая включает биосферу и человеческое общество как социально-экономическую совокупность (Дедю, 1990).

Характерные признаки системы:

Существование взаимосвязанных частей в объекте;

Взаимодействие между частями объекта;

Упорядоченность данного взаимодействия для достижения общей цели системы.

Основные компоненты системы:

Элемент системы - минимальная целая часть системы, которая функционально может отразить отдельные общие закономерности системы в целом. Минимальность определяется самим субъектом исследования как достаточная часть, удовлетворяющая познавательной и преобразовательной потребности.

Взаимоотношения между элементами, или связи.

Нейтральные, когда оба элемента не подвергаются каким-либо структурным или функциональным изменениям;

Функциональные, когда один элемент, воздействуя на другой, приводит к структурным или функциональным изменениям в этом элементе.

Подсистема – ряд элементов системы, которые возможно объединить по схожим функциональным проявлениям. Система может иметь разнообразное количество подсистем, число которых зависит от внутренних и внешних функций подсистем.

Структура системы.

Структура – совокупность связей, взаимоотношений между элементами системы, между ее подсистемами, между самой системой и внешней средой.

Внутренняя структура системы – совокупность всех связей внутри системы.

Полная структура системы – совокупность всех связей как внутри системы, так и системы с внешней средой.

Заметим, что все описанные выше характерные признаки и основные компоненты системы применимы ко всем системам, рассматриваемым на всех формах организации: физические, химические, биологические, социальные.

Обычно выделяют системы: простые и сложные, открытые и закрытые, устойчивые (равновесные) и неустойчивые (неравновесные), а также неживые, живые и социальные.

Простая система – система, в которую входит небольшое число независимых переменных, т.е. величин, меняющих свое значение, и поэтому взаимоотношения между ними поддаются математической обработке и подчиняются универсальным законам.

Сложная система состоит из большого числа независимых переменных и большого количества связей между ними. Чем оно больше, тем труднее исследование объекта – выведение закономерностей его функционирования. Трудность изучения таких систем объясняется еще и тем обстоятельством, что чем сложнее система, тем больше у нее эмерджентных свойств, т.е. свойств, которых нет у ее частей, и которые являются следствием эффекта целостности системы.

Открытые системы интенсивно обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. Соответственно, закрытые – изолированные системы.

Отличия неравновесной системы от равновесной заключается в следующем:

Система реагирует на внешние условия.

Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории.

Приток энергии создает в системе порядок, и, стало быть, ее энтропия (мера неоднородности распределения энергии) уменьшается.

Наличие бифуркации переломной точки в развитии системы.

Когерентность: система ведет себя как единое целое.

Различают также области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. Ее поведение при этом сильно меняется, что представлено в таблице.

Будучи предоставленной самой себе, при отсутствии доступа энергии извне, система стремится к состоянию равновесия – наиболее вероятному состоянию, достигаемому при энтропии равной нулю. Пример равновесной структуры – кристалл.

К такому равновесному состоянию в соответствии со 2-м началом термодинамики приходят все закрытые системы, не получаемые энергии извне. Противоположные по типу системы – открытые.

Таблица. Сравнение областей равновесности и неравновесности

1.Для перехода из одной структуры в другой требуются сильные возмущения или изменения граничных условий

2.Множественность стационарных состояний

2.Одно стационарное состояние

3.Чувствительность к флуктуациям (небольшие влияния приводят к большим последствиям, внутренние флуктуации становятся большими)

3.Нечувствительность к флуктуациям (воздействиям)

4.Наличие порядка (все части действуют согласовано)

4.Молекулы ведут себя независимо друг от друга

5.Фундаментальная неопределенность поведения системы

5.Поведение системы определяют линейные зависимости

Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к общим выводам относительно эволюции в неживой природе от хаоса к порядку.

Если мы изучаем системы, то с точки зрения методологии познания должны обязательно обратить внимание на системный подход и системный анализ.

Системный подход, направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы. Системный подход способствует адекватной постановке проблем в конкретных науках и выработке эффективной стратегии их изучения. Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследователя на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих ее механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину (Дедю, 1990, с.285).

Универсальный эволюционизм как раз и представляет собой соединение идеи эволюции с идеями системного подхода. В этом отношении универсальный эволюционизм не только распространяет развитие на все сферы бытия (устанавливая универсальную связь между неживой, живой и социальной материей), но и преодолевает ограниченность феноменологического описания развития, связывая такое описание с идеями и методами системного анализа.

Системный анализ, процесс перевода физических, химических или биологических представлений о любой системе в ряд математических зависимостей и операции над ними; совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного, технического характера (Дедю, 1990).

Составляющей частью развивающего обучения является системный подход к построению учебного материала, выбору методов и приемов работы, контроля и т.п. О накопленном опыте пойдет речь в данной работе.

Вложение	Размер
sistemnyy_podhod_k_obucheniyu_biologii.doc	892 КБ

Предварительный просмотр:

Развитие современного общества предъявляет требования к развитию личности человека на современном этапе. Одной из главных задач российского образования и нашей школы в частности, является задача воспитания личности школьника, способной к самореализации и личностному росту, умеющей быть мобильной и жить в развивающемся обществе.

Учитель должен создавать такие условия, чтобы в ходе каждого урока формировалась системная, развивающая учебная деятельность, превращающая ребенка в субъекта, заинтересованного в учении и саморазвитии. На уроке ученик должен чувствовать себя самим собой, не исполнителем каких-либо ролей, а полноценным участником различных форм общественной жизни. Любая мелочь, усвоенная на уроке, любая черточка личности -это необходимая форма самой жизни.

Организовать полноценное учебное занятие сможет каждый учитель, если будет помнить, что только в системе, в развитии происходит развитие и самого человека, его самостоятельное мышление, инициатива.

Составляющей частью развивающего обучения является системный подход к планированию учебного материала, выбору методов и приемов работы, контроля и т.п.

О накопленном опыте работы по этому вопросу пойдет речь в данной работе.

2. Основная часть

2.1. Системный подход к построению учебного материала.

освоение знаний о живой природе и присущих ей закономерностях; строении,
жизнедеятельности и средообразующей роли живых организмов; человеке как
биосоциальном существе; о роли биологической науки в практической деятельности людей;
методах познания живой природы;
овладения умениями применять биологические знания для объяснения процессов и
явлений живой природы, жизнедеятельности собственного организма; использовать
информацию о современных достижениях в области биологии и экологии, о факторах
здоровья и риска; работать с биологическими приборами, инструментами, справочниками;
проводить наблюдения за биологическими объектами и состоянием собственного организма,
биологические эксперименты;
развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей
в процессе проведения наблюдений за живыми организмами, биологических экспериментов,
работы с различными источниками информации;
воспитание позитивного отношения к живой природе, собственному здоровью и
здоровью других людей; культуры поведения в природе;
использование приобретенных знаний и умений в повседневной жизни для ухода за
растениями, домашними животными, заботы о собственном здоровье, оказания первой
помощи себе и окружающим; оценки последствий своей деятельности по отношению к
природной среде, собственному организму, здоровью других людей; для соблюдения правил
поведения в окружающей среде, норм здорового образа жизни, профилактики заболеваний,
травматизма и стрессов, вредных привычек, ВИЧ- инфекции.

Целостный и системный подход к обучению позволяет воспринимать биологию как единый предмет. Это определяет свои требования к преподаванию.

Красной нитью в обучении является понимание уровней организации живой материи и свойства, проявляющиеся на каждом из них. Именно этот материал дает возможность

обеспечить постепенное развертывание и усложнение материала в соответствии с возрастом и подготовленностью, логику усложнения на каждой ступени обучения.

Уровни организации живой природы и проявляющиеся свойства на каждом из них

На сегодняшний день имеется математическое или математизированное описание всех видов систем на основе понимания роли информационных процессов в них и различного вида и способов системного анализа 3 . Есть основания полагать, что наиболее емкое и полное определение системного подхода и системы как объекта дано в определении РАЕН, которое вполне созвучно определению, данному основоположниками.

Классический кибернетический системный подход

Принципы системного подхода нашли применение в кибернетике, технике, экономике, управлении, экологии, биологии. Классический кибернетический системный подход рассматривает биосистемы с позиций теории управления, используя математическое моделирование физиологических функций для возможности управления ими на основе принципов самоконтроля, адаптивности, самообучения, оптимальности организации 4 5 . Однако, как известно, перенос представлений об управлении технических систем на системы, возникшие в природе эволюционным путем, как методология интегральной физиологии не оправдала себя 6 . Формальный системный подход в изучении живых систем оказался малорезультативным для физиологии, опыт использования математического моделирования в области медицины 7 также показал, что нельзя на основании исходного состояния организма предсказать его конечное состояние решением систем уравнений. Биосистемы, как известно, способны находить оптимальные состояния в изменяющихся условиях среды даже при недостатке априорной информации за счет ее накопления, формирования новых программ регулирования, роста структурной и регуляционной избыточности 8 9 .

Иерархический системный подход

Иерархический системный подход, широко используемый в физиологии, направлен на изучение взаимодействия отдельных частей организма в аспекте усложнения – от атомов и молекул к клеткам, от клеток к тканям, органам, системам, целому организму и далее – к организации микрогрупп, социума, универсума 10 . На каждом уровне организации такой системы логическим путем выявляются качественно новые свойства за счет сочетания централизации и автономности управления, что впоследствии проверяется экспериментально и клинически. Это составляет основу системноструктурного анализа жизнедеятельности организма 11 .

Особую значимость для интегративной физиологии представляют работы отечественных физиологов П. К. Анохина 12 и К. В. Судакова 13 14 15 по теории функциональных систем. Согласно этой концепции, функциональные системы – динамические, избирательно объединенные соответствующей потребностью центральнопериферические структуры организма, деятельность которых направлена на достижение полезного для системы и организма в целом приспособительного результата. При этом результат выступает в функциональных системах организма в роли системообразующего фактора.

В иерархии результатов, организующих функциональные системы различного уровня, выделяют метаболические, гомеостатические результаты поведенческой деятельности животных и человека [К. В. Судаков, 1987, 1996]. Многообразие приспособительных результатов, как считают авторы, указывает на то, что число функциональных систем чрезвычайно велико.

Однако многосвязное регулирование включает разные его виды (нейрональное, гуморальное и др.), которые имеют различные пространственно-временные характеристики, и вопросы их организации и функционального порядка их образования остаются неясными. Кроме того, такой системообразующий фактор, как результат действия, несомненно, содержит и представление о цели.

Принцип информационных связей между элементами функциональных систем

Значительным шагом вперед был предложенный К. В. Судаковым (1997) принцип информационных связей между элементами функциональных систем. Этот принцип предполагает дальнейший путь их развития как информационных систем и предусматривает применение системно-информационного подхода во всех областях физиологии и медицины. Однако теоретическая физиология до сих пор остается слабоформализованной наукой, и связь между физиологическими функциями не всегда может быть переведена на строгий язык физики или химии. В значительной мере это связано с особой сложностью организации биосистем и современным уровнем физиологического эксперимента, который не позволяет непосредственно наблюдать класс таких явлений, как информационные связи физиологических функций. Вместе с тем на основе логического анализа и философских обобщений экспериментальных и клинических фактов накоплен огромный багаж знаний, дальнейшее использование которых возможно в виде гипертекстов в организации баз знаний при построении соответствующих моделей информационных систем. В связи с этим представляет интерес высказывание В. Н. Новосельцева 18 относительно устойчивости большой мультипараметрической системы, которая не только допускает, но и требует нарушения гомеостатического регулирования отдельных параметров, поскольку для большой системы важна не стабильность каждого параметра в отдельности, а устойчивость результатов взаимодействия совокупности параметров, определяющих интегративные свойства большой системы.

Математическое моделирование на основе нейронных сетей

Следует подчеркнуть, что речь идет о так называемом формальном нейроне. Особую популярность получили модели систем, определяемые как клеточные автоматы и нейронные сети 19 20 21 22 23 24 . Отличие первых – в более простых связях (только с соседними элементами), нейронные же сети имеют сложно разветвленную связь и с дальними элементами системы.

Особый интерес представляют нейронные сети при решении задач классификации, прогнозирования или построения сложных нелинейных зависимостей, когда линейные методы не работают, и точность, например, дискриминантного анализа недостаточна. В настоящее время эти методы моделирования сложных процессов в физиологии еще не получили должного развития для системного анализа физиологических функций. Можно прямо сказать, математические методы анализа формального нейрона не связаны с физиологическим анализом активности нейронов и синапсов [Нейроинформатика-2005].

Системный анализ связей в организме

Еще менее развит системный анализ связей в организме, определяющих внутреннюю организацию разночастотных биогенераторов токов, т. е. внутреннюю организацию регистрируемых электрических колебаний различных структур организма. Эта проблема предполагает рассмотрение интегрального биологического процесса как системы, в которой процессы возникают в результате частичного или полного согласования многих элементарных колебаний. Надо подчеркнуть, что поиск и выявление закономерностей когерентного поведения системы, состоящей из большого числа различных элементов, которые могут находиться в разных функциональных состояниях (возбуждения, рефрактерности или покоя), представляет большие трудности [А. М. Жаботинский, 1983].

Все эти работы не имеют отношения к физиологии, однако следует отметить огромный интерес к физиологии и медицине со стороны и математиков, и программистов. Во всем мире медицина стоит на первом месте в программе использования огромных достижений в создании электронно-вычислительных машин большой мощности 27 . Однако, увлечение моделированием живых систем часто происходит с такими допущениями, которые нередко коренным образом меняет результат и не представляет возможности для интерпретации на основе опыта физиологии. Очевидно, адекватной объекту (живому организму) модель может быть построена лишь на междисциплинарном подходе, что отмечают ведущие специалисты биологии и математики [О. М. Белоцерковский, 2005].

В 1989 г. на Международном конгрессе физиологических наук в Петербурге была отмечена необходимость глубокой ревизии представлений в физиологии как междисциплинарной науки. Целью этой ревизии была теоретическая и практическая трансформация и переориентация научных исследований для выявления фундаментальной природы здоровья, разработки теории и моделей исследований. На конгрессе были предложены новые биомедицинские концепции, экзистенционально-антропологические и культурологические парадигмы.

Синергология

количественная обработка эмпирических данных;
моделирование процессов;
математическая теория, определяющая круг явлений и их закономерность.

Здесь представлены первый и второй этапы разработки проблемы. Однако нужно сказать, что и на этих этапах необходимы элементы междисциплинарного подхода.

В общем русле синергетики лишь намечается развитие междисциплинарного комплексного системного подхода в физиологии из трех основных составляющих: 1) информационного; 2) геометрического; 3) симметрийного направлений. Эти направления тесно переплетаются с физикой волновых процессов и закономерностями физиологии 34 35 . Поэтому на этапе моделирования электрофизиологических процессов мы использовали именно такой комплекс принципов, и на его основе разрабатывались методы полипараметрического системного анализа.

Прежде чем перейти к рассмотрению разработанных нами полипараметрических методов моделирования сложных систем, по сути представляющих информационные системы, основанные на интеллектуальных методах, и содержательных результатах, полученных нами, имеет смысл для лучшего понимания коротко рассмотреть эти слагающие комплексного подхода.

Читайте также: