Файл: Обратные связи в функциональных системах.pdf

Содержание:

Введение.

«Метод биологической обратной связи». Это интересная тема, данный метод появился в середине ХХ века, а сейчас все больше развивается и все больше людей начинают им пользоваться.

Организм человека – это целостная система, в которой регулируется деятельность всех физиологических систем, их слаженность в работе, сохраняется стабильность внутренней среды.

 Обратная связь - механизм, использующийся в работе организма для поддержания оптимального состояния внутренней среды (гомеостаза). Обратная связь неотъемлемая часть организма, без обратной связи в организме были бы невозможны никакие действия, например, направленные движения. Обратная связь сообщает в центральную нервную систему о состоянии управляемого процесса, после чего происходит корректировка. Таким образом, обратная связь сообщает нам о том, какое расстояние до книги, которая лежит на столе, когда мы тянемся, чтобы взять ее.

Биологическая обратная связь – методика, основанная на получении пациентом информации о протекании основных физиологических процессов. Эти знания позволяют обучиться контролю над процессами и тем самым появляется возможность управлять ими. Человечество в ходе своего развития искало возможности сохранять и укреплять здоровье индивидуумов без лекарств. Искусством управлять собой могли овладеть немногие, на это уходили годы тренировок. В настоящее время, благодаря научно-техническому прогрессу создан метод биологической обратной связи (БОС). С помощью этого метода возможность управлять собой открывается для всех. Это достаточно молодой метод, активное его изучение началось в конце 50-ых годов ХХ века. Можно сказать, в основе этого метода лежит контроль над физиологическими реакциями посредством получения информации об этих реакциях. Сфера применения БОС технологий разделяется на клиническую и неклиническую. Подробнее эти сферы мы рассмотрим во второй главе.

Целью работы является создание научно-популярного текста , в котором бы описывалась обратная связь и метод БОС. В своей работе я постараюсь объяснить данный метод, воспроизвести его на доступном примере и провести эксперимент, в котором по проверке гипотезы о возможности использования этого метода для более удобного проживания людей с отсутствием слуха.

Задача работы - создать описания прохождения обратной связи в организме живых существ, рассказ о методе биологической связи, его создании и работе. Провести эксперимент, в котором попытаемся воспроизвести метод БОС, и проверить гипотезу:

«С помощью визуализации звука можно контролировать параметры голоса, издаваемых звуков, в условии отсутствия слуха».

1. Обратные связи в функциональных системах.

В изучаемом методе биологической обратной связи используются такие понятия, как система и обратная связь, для того чтобы лучше понять метод биологической обратной связи нужно рассмотреть роль обратной связи в организме как в системе.

1.1 Понятие системы. Биологические системы.

Для начала определимся с понятием «Система». Система в классическом понимании - совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом и зависящих в своем функционировании друг от друга. Можно выделить следующие виды систем:

- детерминированные системы – системы, конечные состояния которых зависят от проявленных на них воздействий.

- вероятностные системы – системы, конечные результат системы случайным образом зависит от воздействия на систему.

- открытая система – система, которая находится в постоянном контакте с внешней средой, то есть обменивается веществом, энергией, информацией.

- замкнутая система – система, которая обменивается с внешней средой энергией и информацией, но следует отметить, что в замкнутых системах не происходит обмена веществом с внешней средой.

- изолированная система – система, которая не обменивается со внешней средой ни информацией, ни энергией, ни веществом.

Кроме того системы подразделяют на:

-  стационарные системы – это системы, основной особенностью которых является способность сохранения постоянства внутренних характеристик при изменяющейся внешней среде, также они способны переходить из одного состояния в другое.

Нестационарные системы – это системы, противоположные стационарным. Параметры такой системы меняются во времени. Мы говорим о значительных изменениях в системе в конкретном интервале времени, например, процесс старения;

квазистационарные системы – это системы, изменения в которых носят колебательный характер. Данные системы поддерживают свои параметры на уровне колебаний около некоего значения. Амплитуда колебаний может варьироваться от незначительной до большой. Процессы в данных системах распространяются быстро, и ее состояние не успевает значительно измениться, т. е. можно говорить об устойчивости системы. Под устойчивостью системы, в данном случае, мы понимаем способность системы сохранять свое состояние при внешнем воздействии на нее.

Как мы уже говорили выше, деятельность систем регулируется при помощи обратной связи. С данным понятием мы познакомимся далее.

Биологические системы.

Мы рассмотрели понятие системы, теперь рассмотрим биологическую систему. Биологическая система – это совокупность связанных элементов и процессов, объединенных в единое целое для достижения биологически значимого результата. Основное свойство биологической системы – способность приспосабливаться. Биологическая система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Данные системы целостные, относительно устойчивы и способны к адаптации к внешней среде. Любая биологическая система динамическая, в ней постоянно протекает множество процессов. Данные системы открытые, условие существование их - обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы (подсистемами), так и с внешней средой. Устойчивость биологических систем с одной стороны и способность их переходу из одного состояния в другое обеспечиваются многообразными механизмами саморегуляции, которые, как мы уже говорили выше, лежат в основе биологической обратной связи.

Обратимся к понятию обратной связи.

1.2 Понятие обратной связи. Виды обратных связей.[1]

Обратная связь – это реакция, отзыв, отклик на какое-либо действие или событие. Это процесс, который демонстрирует человеку, как результат воздействия на систему влияет на параметры и протекание процессов в изучаемой системе. Обратная связь дает людям возможность контролировать и анализировать состояние системы и вносить изменения в процессы управления ею.

Рис. 1. Схема управления с помощью обратной связи.

Различают положительную и отрицательную обратные связи. Их роль различна. Отрицательные обратные связи помогают обеспечивать состояние стабильности систем. Положительные обратные связи усиливают отклонения процессов от стабильного идеала. Рассмотрим их чуть подробнее.

При определенном отклонении от нормы во время проходящих процессах объект может реагировать на отклонения двояко, то есть сводить отклонения к минимуму с помощью отрицательной обратной связи или усиливать реакцию с помощью положительной обратной связи.

В качестве примера отрицательной обратной связи можно привести рост популяции мышей, это приводит к росту популяции лис, которые питаются мышами. Лисы начинают более интенсивно поглощать грызунов, тем самым снижая их популяцию. Мы наблюдаем колебание численности грызунов и хищников в определенных границах.

Таким образом, отрицательная обратная связь помогает поддерживать стабильное состояние системы, делает систему устойчивой.

Положительная обратная связь – связь, нарушающая устойчивость системы, то есть в случае изменения определенных параметров, положительная связь используется для еще большего отклонения параметров от нормы.

Чтобы легче понять суть обратной связи отрицательной и положительной, можно рассмотреть пример с котелком. Котелок с водой, который висит над огнем, кипит и вода выплескивается из него на угли, из-за этого огонь гаснет и вода остывает (отрицательная обратная связь).

Котелок с маслом кипит над огнем, когда масло закипает и выплескивается, пламя разгорается лишь сильней (положительная обратная связь) .

1.3. Обратная связь в биологических системах

Попробуем рассмотреть обратную связь в биологических системах. В данной работе, мы возьмем человека, как биологическую систему. Гомеостаз (относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций биологического организма) будет поддерживаться в организме за счет обратных связей. Рассмотрим конкретные примеры применения положительной обратной связи и отрицательной обратной связи.

 Отрицательная обратная связь намного чаще встречается в организме и служит для поддержания гомеостаза. Одним из примеров может являться процесс терморегуляции. При изменении температуры тела рецепторы в коже и в гипоталамусе регистрируют изменения и посылают сигнал из мозга, данный сигнал вызывает ответ - повышение температуры при этом расширяются сосуды кровеносные, и кровообращение увеличивается, так происходит до тех пор, пока гипоталамус не получает сигнал о том, что достигнут необходимый результат. Понижение температуры тела, в этом случае сосуды сужаются и происходит испарение жидкости с поверхности тела, и тело охлаждается.

Положительная обратная связь – дестабилизирующая связь, действует для организма, нарушая его гомеостаз, переводя его в новое состояние. В некоторых случаях она может играть отрицательную роль, например, усиливая работу сердца при быстрой кровопотере. Но существует и полезное воздействие во время процесса свертывания активируются ферменты. Эти ферменты активируются, и постепенно происходит свертывание крови. Данный процесс происходит, пока не произойдет свертывание крови. Перейдем к рассмотрению функциональных систем и роли обратной связи в них, для этого познакомимся с теорией, созданной русским физиологом в середине ХХ века.

1.4. Функциональные системы.[2]

Академик ввел понятие функциональной системы. Под функциональной системой он предложил понимать совокупность органов и систем, формирующихся для достижения приспособительного (полезного) для организма результата. Можно выделить два типа функциональных систем:

- первый тип обеспечивает постоянство за счет внутренних ресурсов организма;

- второй тип обеспечивает поддержания гомеостаза за счет изменения поведения, то есть за счет взаимодействия с внешним миром. Он лежит в основе различных типов поведения. Примером системы можно назвать особь, а отдельным объектом – ее модель поведения, которое описывается как результат ее взаимодействия с окружающей средой. При этом, как только результат достигнут, воздействие прекращается, и организм реализует следующий поведенческий акт. Исходя из этого, поведение рассматривается с позиции того, что произойдет – результата.

Модель функциональной системы.

По концепции Анохина, человек не может существовать отдельно от окружающего мира. На человека происходит постоянное воздействие внешних факторов, которое было названо обстановочной афферентацией. Ответная реакция организма на внешнее и внутреннее раздражение, осуществляемая и контролируемая центральной нервной системой, называется рефлексом. Понятие «рефлекс» было введено французским ученым Р. Декартом более 300 лет назад. Все рефлекторные реакции организма на различные раздражители делятся на две группы: безусловные и условные рефлексы.

Рефлексы связаны с нервной деятельностью человека, предлагаю познакомиться со структурой нервной системы человека. Для понимания модели необходимо обратиться к определению терминов.

Нервная система[3] – это система, которая регулирует деятельность всех органов и систем человека. Анатомически нервная система состоит из двух отделов:

Центральная нервная система (ЦНС) — это та часть нервной системы, которая находится внутри черепа и позвоночного столба, она получает нервные импульсы от рецепторов расположенных по всему телу, регулирует происходящие в организме процессы, организует и направляет поведение нервных импульсов. ЦНС состоит из головного и спинного мозга, находящихся внутри полости черепа и позвоночного канала в спинномозговой жидкости. Главная функция – осуществление простых и сложных рефлексов.