A visszacsatolási hurkok azon rendszerek kulcsfontosságú jellemzői, amelyekre ez a cikk összpontosít, mint például az ökoszisztémák és az egyes élőlények. Az emberi világban, közösségekben, szervezetekben és családokban is léteznek.
Az ilyen típusú mesterséges rendszerek közé tartoznak a vezérlőrendszerrel rendelkező robotok, amelyek negatív visszacsatolást használnak a kívánt állapotok fenntartásához.
Főbb jellemzők
Adaptív rendszerben a paraméter lassan változik, és nincs preferált értéke. Egy önszabályozó rendszerben azonban a paraméter értéke a rendszer dinamikájának történetétől függ. Az önszabályozó rendszerek egyik legfontosabb tulajdonsága a káosz széléhez való alkalmazkodás képessége, vagy a káosz elkerülésének képessége. Gyakorlatilag a káosz széle felé haladva anélkül, hogy tovább menne, a megfigyelő spontán módon, de katasztrófák nélkül cselekedhet. A fizikusok bebizonyították, hogy a káosz határához való alkalmazkodás szinte minden visszacsatoló rendszerben megtörténik. Ne lepődjön meg az olvasó az igénytelen terminológián, mert az ilyen elméletek közvetlenül befolyásolják az elméletetkáosz.
Practopoesis
Practopoiesis, mint Danko Nikolic által megalkotott kifejezés, egyfajta adaptív vagy önszabályozó rendszerre utal, amelyben egy organizmus vagy sejt autopoézise az alkotóelemei közötti allopoetikus kölcsönhatásokon keresztül megy végbe. Költői hierarchiába szerveződnek: az egyik összetevő létrehozza a másikat. Az elmélet azt sugallja, hogy az élő rendszerek négy ilyen költői művelet hierarchiáját mutatják:
evolúció (i) → génexpresszió (ii) → nem génekkel kapcsolatos homeosztatikus mechanizmusok (anapoiesis) (iii) → sejtműködés (iv).
A gyakorlat megkérdőjelezi a modern idegtudományi doktrínát azzal az érveléssel, hogy a mentális műveletek többnyire anapoetikus szinten (iii) fordulnak elő, vagyis az elmék gyors homeosztatikus (adaptív) mechanizmusokból jönnek létre. Ez ellentétben áll azzal a széles körben elterjedt vélekedéssel, hogy a gondolkodás az idegi tevékenység szinonimája (a sejtműködés a iv. szinten).
Minden alsó szint olyan tudást tartalmaz, amely általánosabb, mint a magasabb szint. Például a gének több általános ismeretet tartalmaznak, mint az anapoetikus mechanizmusok, amelyek viszont több általános tudást tartalmaznak, mint a sejtfunkciók. Ez a tudáshierarchia lehetővé teszi, hogy az anapoetikus szint közvetlenül tárolja az elme kialakulásához szükséges fogalmakat.
Összetett rendszer
A komplex adaptív rendszer egy olyan összetett mechanizmus, amelyben az egyes részek tökéletes megértése nem jelenti automatikusan az egész tökéletes megértéséttervez. Ezeknek a mechanizmusoknak a vizsgálata, amelyek a nemlineáris dinamikus rendszerek egyfajta részhalmazát képezik, rendkívül interdiszciplináris, és a természet- és társadalomtudományi ismereteket ötvözve olyan legmagasabb szintű modelleket és reprezentációkat dolgoznak ki, amelyek figyelembe veszik a heterogén tényezőket, a fázisátalakulásokat, ill. egyéb árnyalatok.
Annyiban összetettek, hogy kölcsönhatások dinamikus hálózatai, és kapcsolataik nem különálló statikus objektumok gyűjteményei, vagyis az együttes viselkedését nem az összetevők viselkedése jelzi előre. Alkalmazkodóak abban a tekintetben, hogy az egyéni és kollektív viselkedésmódok egy változást elindító mikroeseménynek vagy eseményhalmaznak megfelelően mutálódnak és önszerveződnek. Ezek viszonylag hasonló és részben rokon mikrostruktúrák összetett makroszkopikus gyűjteményét alkotják, amelyeket úgy alakítottak ki, hogy alkalmazkodjanak a változó környezethez, és javítsák makrostruktúraként való túlélésüket.
Alkalmazás
A „komplex adaptív rendszerek” (CAS) vagy a komplexitás tudománya kifejezést gyakran használják az ilyen rendszerek tanulmányozása köré felnőtt, lazán szervezett akadémiai terület leírására. A komplexitástudomány nem egyetlen elmélet – egynél több elméleti keretet fed le, és rendkívül interdiszciplináris, és az élő, alkalmazkodó, változó rendszerekkel kapcsolatos alapvető kérdésekre keresi a választ. A CAS-kutatás a rendszerek összetett, kialakuló és makroszkopikus tulajdonságaira összpontosít. John H. Holland azt mondta, hogy a CAS olyan rendszerek, amelyek nagya gyakran ügynöknek nevezett összetevők száma, amelyek kölcsönhatásba lépnek, alkalmazkodnak vagy tanulnak.
Példák
Az adaptív rendszerek tipikus példái a következők:
- klíma;
- városok;
- cégek;
- piacok;
- kormányzatok;
- ipar;
- ökoszisztémák;
- közösségi hálózatok;
- elektromos hálózatok;
- állatcsomagok;
- forgalom folyik;
- szociális rovarkolóniák (pl. hangyák);
- agy és immunrendszer;
- sejtek és fejlődő embrió.
De ez még nem minden. Ezen a listán szerepelhetnek a kibernetika adaptív rendszerei is, amelyek egyre népszerűbbek. CAS-nak minősülnek az olyan társadalmi csoportokra épülő szervezetek is, mint a politikai pártok, közösségek, geopolitikai közösségek, háborúk és terrorista hálózatok. Az ember-számítógép interakciók komplex halmaza által összeállított, együttműködő és kezelt Internet és kibertér szintén összetett adaptív rendszernek tekinthető. A CAS lehet hierarchikus, de mindig gyakrabban mutatja meg az önszerveződési szempontokat. Így néhány modern technológia (például a neurális hálózatok) öntanuló és önbeállító információs rendszernek nevezhető.
Különbségek
Ami különbözteti meg a CAS-t a tiszta multi-agent rendszertől (MAS), az a legfelső szintű jellemzőkre és funkciókra való figyelem, mint az önhasonlóság, a szerkezeti összetettség és az önszerveződés. A MAS meg van határozvatöbb kölcsönható ágensből álló rendszerként, míg a CAS-ban az ágensek és a rendszer adaptív, maga a rendszer pedig önhasonló.
A CAS kölcsönható adaptív ágensek összetett gyűjteménye. Az ilyen rendszereket nagyfokú alkalmazkodás jellemzi, ami szokatlanul ellenállóvá teszi őket a változásokkal, válságokkal és katasztrófákkal szemben. Ezt figyelembe kell venni egy adaptív rendszer kidolgozásakor.
További fontos tulajdonságok: alkalmazkodás (vagy homeosztázis), kommunikáció, együttműködés, specializáció, térbeli és időbeli szerveződés és szaporodás. Minden szinten megtalálhatók: a sejtek úgy specializálódnak, alkalmazkodnak és szaporodnak, mint a nagyobb szervezetek. A kommunikáció és az együttműködés minden szinten megtörténik, az ügynöktől a rendszerszintig. Egy ilyen rendszerben az ügynökök közötti együttműködést kiváltó erők bizonyos esetekben játékelmélet segítségével elemezhetők.
Szimuláció
A CAS adaptálható rendszerek. Néha ügynökalapú és összetett hálózati modellekkel modellezik őket. Az ágenseken alapulókat különféle módszerekkel és eszközökkel fejlesztik, elsősorban a modellen belüli különböző ágensek azonosításával. A CAS-modellek fejlesztésének másik módja a komplex hálózati modellek fejlesztése a különböző CAS-komponensek, például egy adaptív kommunikációs rendszer interakciós adatainak felhasználásával.
2013-banA SpringerOpen / BioMed Central nyílt hozzáférésű online folyóiratot indított a komplex rendszerek modellezéséről (CASM).
Az élő szervezetek összetett alkalmazkodó rendszerek. Míg a komplexitást nehéz számszerűsíteni a biológiában, az evolúció néhány csodálatos organizmust hozott létre. Ez a megfigyelés vezetett ahhoz, hogy az evolúcióval kapcsolatos általános tévhit progresszív legyen.
Komplexitásra való törekvés
Ha a fentiek általánosságban igazak lennének, az evolúció erősen hajlamos a komplexitásra. Az ilyen típusú folyamatok során a leggyakoribb nehézségi fok értéke idővel növekszik. Valójában néhány mesterséges életszimuláció azt sugallja, hogy a CAS-generálás az evolúció elkerülhetetlen jellemzője.
Azonban az evolúció komplexitásának általános tendenciája egy passzív folyamattal is magyarázható. Ez magában foglalja a variancia növelését, de a leggyakoribb érték, a mode, nem változik. Így a maximális nehézségi szint idővel növekszik, de csak az élőlények teljes számának közvetett szorzataként. Ezt a fajta véletlenszerű folyamatot korlátos véletlenszerű sétának is nevezik.
Ebben a hipotézisben az organizmusok szerkezetének bonyolítására irányuló nyilvánvaló tendencia illúzió. Ez abból adódik, hogy kis számú nagy, rendkívül összetett organizmusra koncentrálunk, amelyek a komplexitás-eloszlás jobb végében laknak, és figyelmen kívül hagyjuk az egyszerűbb és sokkal gyakoribbakat.organizmusok. Ez a passzív modell hangsúlyozza, hogy a fajok túlnyomó többsége mikroszkopikus prokarióta, amely a világ biomasszájának körülbelül felét és a Föld biológiai sokféleségének túlnyomó részét alkotja. Ezért az egyszerű élet domináns marad a Földön, míg az összetett élet csak a mintavételi torzítás miatt tűnik változatosabbnak.
Ha a biológiából hiányzik a komplexitásra való általános tendencia, ez nem akadályozza meg olyan erők létezését, amelyek az esetek egy részében a rendszereket a komplexitás felé hajtják. Ezeket a kisebb tendenciákat ellensúlyozzák más evolúciós nyomások, amelyek a rendszereket kevésbé bonyolult állapotok felé tereli.
Immunrendszer
Az adaptív immunrendszer (más néven szerzett vagy ritkábban specifikus immunrendszer) az általános immunrendszer egyik alrendszere. Magasan specializált sejtekből és folyamatokból áll, amelyek megszüntetik a kórokozókat vagy megakadályozzák azok növekedését. A szerzett immunrendszer a gerincesek két fő immunstratégiájának egyike (a másik a veleszületett immunrendszer). A megszerzett immunitás immunológiai emléket hoz létre egy adott kórokozóra adott kezdeti válasz után, és fokozott válaszreakcióhoz vezet az ugyanazon kórokozóval való későbbi találkozásokra. Ez a megszerzett immunitási folyamat az oltás alapja. A veleszületett rendszerhez hasonlóan a szerzett rendszer is nemcsak a humorális immunitás összetevőit tartalmazza, hanem a sejtes immunitás összetevőit is.
A kifejezés története
Az „adaptív” kifejezést először vezették beRobert Good használta a békák antitestválaszaival kapcsolatban a szerzett immunválasz szinonimájaként 1964-ben. Goode elismerte, hogy a kifejezéseket felcserélhetően használja, de csak annyit magyarázott, hogy szívesebben használja a kifejezést. Talán az antitestképződés akkoriban valószínűtlen elméletére gondolt, amelyben plasztikusak voltak és alkalmazkodni tudtak az antigének molekulaformájához, vagy az adaptív enzimek koncepciójára, amelyek expresszióját szubsztrátjaik okozhatják. A kifejezést szinte kizárólag Goode és tanítványai, valamint számos más, marginális élőlényekkel foglalkozó immunológus használták egészen az 1990-es évekig. Aztán széles körben használták a "veleszületett immunitás" kifejezéssel együtt, amely a Toll receptorrendszer felfedezése után vált népszerű témává. Drosophilában, amely korábban az immunológia tanulmányozásának marginális szervezete volt. Az immunológiában használt „adaptív” kifejezés problematikus, mivel a szerzett immunválaszok fiziológiai értelemben adaptívak vagy maladaptívak lehetnek. Valójában mind a szerzett, mind az immunválaszok lehetnek adaptívak és nem adaptívak evolúciós értelemben. A legtöbb tankönyv manapság kizárólag az „adaptív” kifejezést használja, megjegyezve, hogy ez a „megszerzett” szó szinonimája.
Biológiai alkalmazkodás
A felfedezés óta a szerzett immunitás klasszikus jelentése a szomatikus átrendeződések által közvetített antigén-specifikus immunitás.olyan gének, amelyek klónokat meghatározó antigénreceptorokat hoznak létre. Az elmúlt évtizedben az „adaptív” kifejezést egyre gyakrabban alkalmazták az immunválasz egy másik osztályára, amelyet még nem hoztak összefüggésbe szomatikus génátrendeződésekkel. Ezek közé tartozik a még megmagyarázhatatlan antigénspecifitású natural killer (NK) sejtek expanziója, a csíravonal által kódolt receptorokat expresszáló NK-sejtek expanziója, valamint más, veleszületett immunsejtek aktivált állapotba való aktiválása, amely rövid távú immunmemóriát biztosít. Ebben az értelemben az adaptív immunitás közelebb áll az "aktivált állapot" vagy a "heterosztázis" fogalmához, így visszatér a környezeti változásokhoz való "adaptáció" fiziológiai jelentéséhez. Egyszerűen fogalmazva, ma már szinte egyet jelent a biológiai alkalmazkodással.
