Биологи
<<  Ученые биологи и события которые связаны с ними Биологи в огненные годы войны  >>
kamensk@viniti
kamensk@viniti
Понятие «информация» в представлении биолога
Понятие «информация» в представлении биолога
Введение
Введение
Сущность Живого (Жизни)
Сущность Живого (Жизни)
Биологические системы
Биологические системы
Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (1)
Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (1)
Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (2)
Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (2)
Являются ли все перечисленные признаки специфическими для живых систем
Являются ли все перечисленные признаки специфическими для живых систем
Информационный подход в биологии
Информационный подход в биологии
Биологическая информация
Биологическая информация
Материальна или идеальна информация
Материальна или идеальна информация
Владимир Иванович Корогодин (1929-2005)
Владимир Иванович Корогодин (1929-2005)
Определение биологической информации через понятие “оператор” (по
Определение биологической информации через понятие “оператор” (по
Определение биологической информации через понятие “оператор” (по
Определение биологической информации через понятие “оператор” (по
3 вида биологической информации
3 вида биологической информации
Два заключения из рассуждений Корогодина об автогенезе информации в
Два заключения из рассуждений Корогодина об автогенезе информации в
В какой мере информационный подход применим по отношению к
В какой мере информационный подход применим по отношению к
Нейрологическая информация
Нейрологическая информация
Понятие «информация» в представлении биолога
Понятие «информация» в представлении биолога
Понятие «информация» в представлении биолога
Понятие «информация» в представлении биолога
Нервная система
Нервная система
Понятие «информация» в представлении биолога
Понятие «информация» в представлении биолога
Сенсорные системы
Сенсорные системы
Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),
Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),
Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),
Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),
Понятия «стимул» и «сигнал»
Понятия «стимул» и «сигнал»
Сигналы
Сигналы
Особенности электрических нервных импульсов (потенциалов действия)
Особенности электрических нервных импульсов (потенциалов действия)
Нервный импульс
Нервный импульс
Переработка «данных» происходит в участках синаптических контактов
Переработка «данных» происходит в участках синаптических контактов
Кодирование информации в нервной системе
Кодирование информации в нервной системе
Частотное кодирование интенсивности стимула
Частотное кодирование интенсивности стимула
Периферический рецепторный аппарат осуществляет первичное кодирование
Периферический рецепторный аппарат осуществляет первичное кодирование
Кодирование информации для ее хранения в центральной нервной системе
Кодирование информации для ее хранения в центральной нервной системе
Конечный смысл («семантика»)
Конечный смысл («семантика»)
Основные принципы сенсорного кодирования
Основные принципы сенсорного кодирования
Информационная функция нейроиммуноэндокринной системы в организме
Информационная функция нейроиммуноэндокринной системы в организме
Нейронные механизмы научения и памяти
Нейронные механизмы научения и памяти
Биологическая информация как аналогия или метафора (1)
Биологическая информация как аналогия или метафора (1)
Биологическая информация как аналогия или метафора (2)
Биологическая информация как аналогия или метафора (2)
Заключение
Заключение
Литература (1)
Литература (1)
Литература (2)
Литература (2)

Презентация на тему: «Понятие «информация» в представлении биолога». Автор: Sabaraka. Файл: «Понятие «информация» в представлении биолога.ppt». Размер zip-архива: 1760 КБ.

Понятие «информация» в представлении биолога

содержание презентации «Понятие «информация» в представлении биолога.ppt»
СлайдТекст
1 kamensk@viniti

kamensk@viniti

ru

Каменская Марина Александровна доктор биологических наук, профессор по специальности «Физиология», зав. Отделом научной информации по информатике ВИНИТИ РАН

2 Понятие «информация» в представлении биолога

Понятие «информация» в представлении биолога

Гораздо легче измерять, Чем знать, что измеряешь. Галилео Галилей Чтоб ясное о нем познанье получить, Ученый прежде душу изымает, Затем предмет на части расчленяет, И видит их... Иоганн Вольфганг Гёте, “Фауст”

3 Введение

Введение

Задаются ли биологи вопросом «что такое информация»? Да – если это специалисты в области теоретической биологии (системная биология; некоторые направления эволюционной биологии, биологии индивидуального развития, биофизики, математической биологии и биоинформатики). Нет – скажут многие из тех, кто занимается экспериментальной биологией (к которой принадлежат все остальные разделы биологических наук). Информация – это сигналы, воспринятые и распознанные любой живой системой» (Аркадий Иванович Черный, 25 сентября 2006 г.). Тему этого сообщения можно пояснить следующим образом: как человек с базовой специальностью биолог-физиолог, опытом экспериментальной работы в области клеточной нейробиологии (кандидатская и докторская диссертации) и 35-летним стажем работы в ВИНИТИ представляет себе понятия «информационные процессы в живых организмах», «Живое в качестве информационной системы», «биологическая информация», «нейрологическая информация».

4 Сущность Живого (Жизни)

Сущность Живого (Жизни)

Уровни структурно-функциональной организации Живого (Жизни): молекулы клетки ткани органы и системы органов организм популяции биогеоценозы биосфера. «Идея о том, что явления жизни можно объяснить существованием сложных углеродистых соединений – живых белков, бесповоротно опровергнута совокупностью эмпирических фактов геохимии... Живое вещество – это совокупность всех организмов» [В.И. Вернадский,1978]. На молекулярном уровне жизни нет [Э. Бауэр, 1935]. «Сущность жизни» не определяется особым физическим состоянием молекул. Важны уникальные сочетания физических свойств биологически значимых молекул, структур, систем.

5 Биологические системы

Биологические системы

Биолог имеет дело с реальными живыми организмами в конкретном пространственно-временном контексте. «Амёба – более сложная система, чем все системы неодушевленного мира…» [В. Кёлер, 1959]. Пытаясь разложить живую систему на элементы, подчиняющиеся законам физики и химии, мы рискуем потерять свойства этой системы в качестве живого организма. Методологический подход системной биологии основан на принципах холизма и эмерджентности: живое – это сложная система, свойства которой нельзя объяснить суммой свойств ее компонентов.

6 Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (1)

Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (1)

Самоорганизация: система собирает себя в соответствии с собственной программой, кодом, причем в ней присутствует как код, так и его интерпретатор. Принцип устойчивого неравновесия: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях» (Эрвин Бауэр, 1935). Целеполагание (целеобразование, целенаправленность): «… неживая природа превратилась в живую в тот самый момент, когда в ней появилось желание» или возникла «цель жизни» [Хакен, 1991]. Самовоспроизведение и размножение в качестве «конечной цели».

7 Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (2)

Особенности живых систем (от клетки до экосистемы) (2)

Раздражимость – способность ситуационно реагировать на внешние воздействия. Аутомониторинг и саморегуляция (сопротивление хаосогенным воздействиям). Самонастраивание, оптимизация деятельности методом “проб и ошибок”. Биологическая память: сохранение в свернутом виде информации о всех потенциально реализуемых состояниях системы. Способность к научению (основывается на памяти). Поликонтекстность: значение знаков, которыми оперируют организмы, могут быть денотированы по-разному в различных контекстах целого организма или его отдельных частей. Kогнитивность: жизнь как процесс познания, как семиотический процесс.

8 Являются ли все перечисленные признаки специфическими для живых систем

Являются ли все перечисленные признаки специфическими для живых систем

Между Живым и Неживым нет четкой границы. Если рассуждать с позиций эволюционизма, существует некий континуум, т.е. перерастание неживой материи в живую. «Отличие живых организмов от косной материи заключается в их динамических свойствах, которые проявляются, во-первых, в механических и химических процессах, протекающих на клеточном, тканевом, внутриорганизменном уровнях; во-вторых, в способности размножения; в-третьих, в способности к сигнальной коммуникации» [Соколов, 2010].

9 Информационный подход в биологии

Информационный подход в биологии

Труды Н. Винера в 1940-е годы («расширенная теория сообщений») стимулировали приложение теории информации к биологическим явлениям, в частности к процессам в мозге. «Сейчас область применимости информационного подхода существенно расширилась. Понятие ‘информация’ используется при исследовании практически всех процессов самоорганизации (в частности, биологической эволюции). «…» « Мы будем использовать аппарат теории динамических систем, поскольку именно он лежит в основе науки о самоорганизации (т.е. синергетики). Этим условиям в наибольшей степени отвечает определение информации, предложенное Генри Кастлером: ‘Информация есть случайный и запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных’» [Чернавский, 2004].

10 Биологическая информация

Биологическая информация

Междисциплинарное понятие, принадлежащее биологическим наукам, точнее, комплексному направлению «информационная биология» Говоря о живой системе, следует различать две сущности, единство которых и составляет необходимое условие жизни: материальную субстанцию (фенотип) и “нематериальную” сущность (генотип) – “алгоритм, программу организации”, “код” этой материи. Именно с помощью “программы организации” биологическая система становится живой системой. Не будучи ни материей, ни энергией, информация не может существовать в некоем «свободном виде», она должна быть зафиксирована в виде записи на том или ином физическом носителе. При этом способы записи или фиксации информации на каком-либо носителе всегда условны, т.е. не имеют никакого отношения к ее семантике.

11 Материальна или идеальна информация

Материальна или идеальна информация

«….реалистическая философия, развиваемая школой петербургского философа В.Л. Обухова, «….» на место привычных монизма и дуализма с необходимостью ставит дуалистический монизм, признающий единую субстанцию, но с двумя противоположными ликами, не сводимыми один к другому’. Принципиальное отличие идеи ‘дуалистического монизма’ от традиционного дуализма состоит в том, что отрицается параллельное существование двух не сводимых к единству противоположностей (дух и материя, душа и тело, мышление и протяженность, абстрактное и конкретное и т.п.), а утверждается неразрывное единство и взаимозависимость противоположных начал» [А.В. Соколов, Доклад «Три лика информации: общенаучное понятие, философская категория, метафора» на 17-м заседании семинара «Методологические проблемы наук об информации 24.04.2014].

12 Владимир Иванович Корогодин (1929-2005)

Владимир Иванович Корогодин (1929-2005)

Экспериментатор в областях радиобиологии, клеточной биологии, генетики, радиоэкологии, а также специалист по проблемам теоретической биологии - эволюция, автогенез информации в живой природе. Считал своими учителями основателя кафедры биофизики МГУ Бориса Николаевича Тарусова и знаменитого генетика, эволюциониста Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского.

13 Определение биологической информации через понятие “оператор” (по

Определение биологической информации через понятие “оператор” (по

Корогодину) (1)

«Оператор не может возникнуть случайно, сам по себе, а должен быть построен в соответствии с заранее имеющейся программой или планом.» Следовательно, информацией называется “cовокупность приемов, правил или сведений, необходимых для построения оператора”. Информацию можно также определить как совокупность закодированных сведений, необходимых для принятия решений и их реализации, как “руководство к действию”, как “алгоритм построения системы, обеспечивающей воспроизведение этой информации, функционально связанной со средой своего местоположения”. Совокупность механизмов, обеспечивающих полный информационный процесс, называется информационной системой. «Вирусы и одноклеточные живые существа, многоклеточные растения и грибы, многоклеточные животные, наконец, человек и человеческие сообщества – все это информационные системы, структура которых задается относящейся к ним информацией, а функция обеспечивает воспроизведение этой информации.»

14 Определение биологической информации через понятие “оператор” (по

Определение биологической информации через понятие “оператор” (по

Корогодину) (2)

По сути, оператор – это тот самый материальный носитель информации, сущность которого мы обсуждали выше.

15 3 вида биологической информации

3 вида биологической информации

Генетическая, поведенческая и логическая (по Корогодину) Генетическая информация содержится в наборе генов, кодирующих синтез белков организмов, и определяется не основаниями нуклеиновых кислот (носителями информации), составляющими геном, а последовательностью их расположения, от которой и зависят фенотипические особенности всех живых организмов – животных, растений, грибов, бактерий, вирусов. Поведенческая информация возникла на основе врожденных генетически запрограммированных в нервной системе реакций на жизненно важные сигналы у организмов, ведущих активный, подвижный образ жизни (т.е. животных, начиная с моллюсков и червей). Логическая информация (или человеческое знание), носителем которой является речь, на более раннем историческом этапе возникла, вероятно, как адаптивное приспособление, играющее роль в ускорении и упрощении обмена поведенческой информацией между людьми. Впоследствии главная функция логической информации оказалась связанной с особенностями ее носителя – речи.

16 Два заключения из рассуждений Корогодина об автогенезе информации в

Два заключения из рассуждений Корогодина об автогенезе информации в

живой природе

(а) Три типа биологической информации – от генетической до логической, составляют «континуум» в соответствии с ходом эволюции Живой природы. (б) Логическая информация, «отчуждаемая» от создающего ее человеческого организма и существующая вне его, может рассматриваться как направление развития биологической информации и эволюции Homo sapiens.

17 В какой мере информационный подход применим по отношению к

В какой мере информационный подход применим по отношению к

молекулярно-клеточному уровню организации живых систем? [Каменская, 2012 ]

Быть может, понятие «информация» является в этом контексте скорее метафорой или аналогией»? Или же это «коммуникационный сигнал», обладающий идеальными и материальными качествами? Был составлен список понятий, которые в восприятии биолога соответствуют «информационным» явлениям и процессам: информация; сигналы, управление, контроль, регуляция, программа; межклеточные коммуникации, сообщения, взаимодействия, узнавание; клеточная память; связи. Как показал анализ текстов из фундаментального современного руководства по молекулярно-клеточной биологии [Албертс и др., 1994], понятия «наследственная», «генетическая», «эпигенетическая» информация, а также (в более общем смысле) «биологическая» информация (в том же значении, что и два первых понятия), стали «истинными» (выражение Ф. Махлупа) «собственными» понятиями молекулярно-клеточной биологии. Они используются не как замена других биологических терминов, а совершенно самостоятельно. Что касается понятия «сигнал», то его использование менее однозначно. Во многих случаях «сигнал» служит синонимом понятия «информация», но в большинстве ситуаций выполняет роль обобщающего слова, которое указывает на сигнальную функцию при абстрагировании от природы, категории сигнала.

18 Нейрологическая информация

Нейрологическая информация

Таксономические категории организмов: надцарства ? царства ? типы ? классы ? отряды ? семейства ? роды ? виды Совершенствование нервной системы в качестве информационного и управляющего устройства можно проследить при рассмотрении таксонов царства Животных – от диффузной нервной системы при появлении многоклеточной организации у представителей царства животных (типы: иглокожие, кишечнополостные, моллюски, черви, членистоногие, хордовые) до максимально развитого головного мозга у высших млекопитающих (царство животные, тип хордовые, классы: рыбы, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие), вплоть до Homo sapiens.

19 Понятие «информация» в представлении биолога
20 Понятие «информация» в представлении биолога
21 Нервная система

Нервная система

Элементарные структурно-функциональные единицы – нервные клетки (нейроны). Специализированные межклеточные контакты – синапсы. С помощью синапсов нейроны объединяются в цепи и сети, по которым следуют сигналы в определенном направлении: от сенсорных элементов к нервным центрам, а от нервных центров к эффекторным органам (мышцам или железам).

22 Понятие «информация» в представлении биолога
23 Сенсорные системы

Сенсорные системы

• «…в уме не может быть ничего, что сначала не прошло бы через органы чувств» (Аристотель)

24 Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),

Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),

адекватные стимулы и сенсорные рецепторы (1)

Вид чувствительности (сенсорная модальность)

Природа стимула

Сенсорные рецепторы

1. Химическая чувствительность

1. Химическая чувствительность

1. Химическая чувствительность

Вкус

Химическое воздействие молекулы (иона)

Хеморецепторы вкусовых почек языка позвоночных. Вкусовые рецепторы беспозвоночных

Обоняние

– “ –

Хеморецепторы обонятельного эпителия полости носа

Внутренняя химическая чувствительность

– “ –

Гломусные клетки каротидного тела позвоночных. Осфрадиальный орган моллюсков

2. Соматовисцеральная чувствительность

2. Соматовисцеральная чувствительность

2. Соматовисцеральная чувствительность

Тактильная

Механическое воздействие – прикосновение, надавливание и т.д.

Механорецепторы: разнообразные сенсорные образования кожи позвоночных и кутикулы беспозвоночных

Температурная

Изменение температуры

Терморецепторы: свободные спонтанно активные нервные окончания в коже

Висцеральная

Механическое, температурное воздействие

Механорецепторы и терморецепторы внутренних органов

Боль

Вредящее воздействие разной природы

Ноцицепторы

25 Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),

Основные виды чувствительности (классы сенсорных модальностей),

адекватные стимулы и сенсорные рецепторы (2)

3. Проприоцепция (чувство положения тела)

3. Проприоцепция (чувство положения тела)

3. Проприоцепция (чувство положения тела)

Мышечное чувство

Механическое воздействие

Механорецепторы: мышечные веретена и сухожильные рецепторы позвоночных. Рецептор растяжения ракообразных

Суставное чувство

Механическое воздействие

Суставные рецепторы

4. Чувство равновесия

Механическое воздействие силы тяжести и углового ускорения

Механорецепторы: волосковые клетки макул и крист во внутреннем ухе позвоночных. Статоцисты моллюсков и ракообразных. Волосистые пластинки насекомых

5. Слух

Механическое воздействие звука

Волосковые клетки кортиева органа улитки во внутреннем ухе позвоночных. Тимпанальный орган насекомых

6. Зрение

Электромагнитные волны

Фоторецепторы: палочки и колбочки глаза позвоночных. Глазк? и сложные глаза беспозвоночных.

26 Понятия «стимул» и «сигнал»

Понятия «стимул» и «сигнал»

Стимулы – это раздражители разнообразной природы, которые поступают от источников в окружающей среде или в самом организме, будучи внешними по отношению к сенсорным рецепторам. Сигналы имеют биологическую (биофизическую, биохимическую) природу, индуцируются в организме по действием внешних стимулов, составляя основу информационных процессов.

27 Сигналы

Сигналы

Это «данные», «сведения», передаваемые специфичными для организма способами «Мозг имеет дело с символами внешних явлений, похожими на реальные объекты не более чем совокупность букв ‘dog’ напоминает пятнистого далматинского дога» [нобелевский лауреат 1932 г. Эдгар Эдриан, 1946, цит. По: Куффлер, Николс, 1979]. Сигналы имеют единую природу – это электрические импульсы, которые стереотипны для различных нейронов не только конкретного организма, но и у разных животных

28 Особенности электрических нервных импульсов (потенциалов действия)

Особенности электрических нервных импульсов (потенциалов действия)

Потенциал действия после его генерирования в нейроне распространяется по всему нервному волокну (аксону) до другого нейрона без затухания (декремента), с сохранением постоянной амплитуды и формы (закон “все-или-ничего”). Потенциалы действия идут по аксону только в одном направлении. Для каждого типа нервных волокон (в зависимости от их диаметра, наличия изолирующей миелиновой оболочки) есть предельный верхний уровень частоты импульсов (в пределах примерно от 40 м/с до 0,5 м/с), поскольку для восстановления способности мембраны аксона к генерированию каждого следующего импульса нужно время (обычно около 5-10 мс). На первый взгляд, коммуникативная деятельность нервной системы, осуществляемая путем проведения потенциалов действия, соответствует передаче цифровой информации.

29 Нервный импульс

Нервный импульс

Каждый нервный импульс сам по себе не обладает специфическими сигнальными свойствами В организме по нервным волокнам проводятся не одиночные импульсы, а их последовательности (разряды, ритмические серии). Такие разряды импульсов и являются сигналами. Интенсивность стимула (света, звука, механического давления и т.д.) кодируется не появлением или отсутствием импульса, не амплитудой или формой импульсов, а их частотными характеристиками. Передача “данных” обеспечивается путем изменений временной организации разрядов. Кодирование может происходить путем изменений средней частоты или длительности разряда, группирования импульсов в пределах разряда и т.д.

30 Переработка «данных» происходит в участках синаптических контактов

Переработка «данных» происходит в участках синаптических контактов

Переработка «данных» происходит в участках синаптических контактов между нейронами или между нейронами и клетками эффекторных органов (скелетных мышц, желез). Здесь активное распространение дискретных импульсов прекращается. Передача сигналов через синаптическую щель от пресинаптических структур к постсинаптическим происходит в результате либо местного распространения тока (в электротонических синапсах), либо высвобождения из пресинаптических окончаний химического нейромедиатора (в химических синапсах). В обеих ситуациях генерируется местный постсинаптический потенциал. Синапсы обеспечивают выбор: станет ли конкретное сочетание выходов от определенных элементов адекватным стимулом для возникновения разряда следующего элемента системы (аналогия с работой компьютера). В то время как электрические импульсы, распространяющиеся в аксоне по принципу “все-или-ничего”, выполняют коммуникативную функцию, градуальные синаптические потенциалы участвуют в интегративных процессах, то есть во взаимодействии возбуждающих и тормозных влияний от разных пресинаптических нейронов.

31 Кодирование информации в нервной системе

Кодирование информации в нервной системе

Междисциплинарный термин кодирование означает преобразование данных в форму, удобную для передачи, хранения или переработки в конкретной системе. В отличие от технических систем, в живом организме невозможно декодирование, т.е. никогда не восстанавливается исходная форма стимула. Биологический код может иметь цифровую либо аналоговую форму. Импульсные разряды можно рассматривать как цифровые сигналы, местные градуальные потенциалы (сигналы электрической природы) и нейромедиаторы (сигналы химической природы) – как аналоговые сигналы.

32 Частотное кодирование интенсивности стимула

Частотное кодирование интенсивности стимула

Ассоциируется с изменениями общего количества импульсов, генерируемых рецепторами в единицу времени. Частота генерируемых импульсов и соответственно – интенсивность ощущения возрастает пропорционально логарифму силы раздражителя (закон Вебера-Фехнера). Считается, что мозг оценивает интенсивность сенсорного стимула по числу активных нервных элементов, умноженному на среднюю частоту импульсов. Параметры стимулов могут кодироваться длительностью разрядов, межимпульсными промежутками, разнообразным группированием импульсов в пачки в пределах разряда, промежутками между пачками и т.д. Вариации паттернов бесконечны, так что возможности этого способа кодирования сенсорных параметров чрезвычайно широки. В нервной системе цифровые коды не являются двоичными. При одной и той же амплитуде импульсов (потенциалов действия) и продолжительности импульсного разряда возможно большое число частотных комбинаций – паттернов разряда. Частота или характер построения разряда (паттерн) импульсов составляют только один из этапов кодирования информации.

33 Периферический рецепторный аппарат осуществляет первичное кодирование

Периферический рецепторный аппарат осуществляет первичное кодирование

параметров стимула, преобразуя энергию внешних физических и химических стимулов в универсальные цифровые сигналы нервной системы – импульсные разряды. В проводниковом и центральном отделах дальнейшая переработка информации происходит в участках синаптического переключения сигналов от одного нейрона к другому, тогда как нервным волокнам принадлежит функция проводов, надежно передающих сигналы. В межнейронной синаптической передаче участвуют химические нейромедиаторные коды.

34 Кодирование информации для ее хранения в центральной нервной системе

Кодирование информации для ее хранения в центральной нервной системе

Кодирование информации для ее хранения в центральной нервной системе (механизмы памяти) обеспечивается биохимическими и структурными изменениями в нейронах. По мере последовательных переходов от одного уровня иерархической системы к другому, а также по горизонтальным сетевым связям в пределах одного уровня сигналы многократно перекодируются из цифровой формы в аналоговую и снова в цифровую. Обратим внимание: в первичном кодировании основная роль принадлежит свойствам нервных элементов периферического сенсорного аппарата, тогда как последующее кодирование сенсорных сигналов в ЦНС определяется прежде всего организацией связей между нервными элементами.

35 Конечный смысл («семантика»)

Конечный смысл («семантика»)

Конечный смысл («семантика») передаваемого сообщения формируется на более “высоких” уровнях, чем клеточный. Это определяется специфическими взаимосвязями нейронов – то есть, откуда нервные волокна берут начало и где они оканчиваются (принцип коннекционизма – чрезвычайно важный принцип организации нервной системы ). Мозг получает кодированные сведения о таких важных для организма характеристиках воздействий, как природа энергии стимула (качественный параметр, определяющий вид чувствительности), интенсивность стимула (количественный параметр), продолжительность (временн?й параметр), местоположение и особенности перемещений стимула (пространственный параметр).

36 Основные принципы сенсорного кодирования

Основные принципы сенсорного кодирования

Это варьирование паттернов импульсного разряда нейронов и упорядоченная пространственная (топическая) организация анализаторов в виде меченых линий передачи и топических карт. Для одних сенсорных систем предпочтителен принцип кодирования информации паттернами разрядов, другие системы функционируют по принципу топической организации. Например, вкусовые ощущения кодируются паттернами, тогда как многие качества зрительных и слуховых образов распознаются за счет меченых линий и типических карт.

37 Информационная функция нейроиммуноэндокринной системы в организме

Информационная функция нейроиммуноэндокринной системы в организме

позвоночных животных

В ходе эволюции у позвоночных появляется иммунная система. «Основу биологической регуляции гомеостаза составляет строго скоординированное функциональное взаимодействие между эндокринной, нервной и иммунной системами, базирующееся на общности молекулярного языка клеточной сигнализации – едином механизме получения и переноса информации на субклеточном, клеточном, тканевом и органном уровнях». «Компенсирование функций в случае выпадения одного из звеньев регуляторной системы возможно благодаря наличию общих механизмов функционирования и переноса информации». «Наличие общего универсального химического языка объединяет системы, управляющие жизнедеятельностью организма, в единый структурно-функциональный механизм регуляции его функций» [Пальцев, Кветной, 2008].

38 Нейронные механизмы научения и памяти

Нейронные механизмы научения и памяти

Современные подходы к их пониманию (и «воспроизведению» в компьютерных программах) были заложены в 1940-е годы. Канадский нейропсихолог Дональд Хебб и польский биолог Ежи Конорски. В книге «Организация поведения» Д. Хебб [1949] высказал мысль, что при возбуждении нейрона повышается эффективность его связей. Это может проявляться в виде кратковременного повышения возбудимости (кратковременная память) или стойких изменений структуры синапсов (долговременная память). Е. Конорски (1948) писал следующее. «Воздействие стимула... приводит к двоякого рода изменениям в нервной системе. «….» Первое свойство, благодаря которому нервные клетки реагируют на приходящие импульсы определенным циклом изменений, мы называем возбудимостью, а изменения, возникающие при этом в центрах благодаря этому свойству, мы будем называть изменениями, обусловленными возбудимостью. Второе свойство, в силу которого под действием надлежащих стимулов или их комбинаций в определенных системах нейронов возникают какие-то перманентные функциональные преобразования, мы будем называть пластическими изменениями.»

39 Биологическая информация как аналогия или метафора (1)

Биологическая информация как аналогия или метафора (1)

Человеку свойственно прибегать к аналогии и метафоре при рассмотрении природных и искусственных явлений. В середине XIX в. известный немецкий психолог и биолог Герман Гельмгольц представлял мозг как «телеграф»: нервы – «провода», по которым сообщения передаются с помощью электрических сигналов. В конце XX в. план организации нервной системы позвоночных (в т.ч. человека) стали сопоставлять со схемой компьютера. В китайском языке понятие ‘компьютер’ обозначается сочетанием двух иероглифов: ‘электричество’ и ‘мозг’. «…метафора не ограничивается одной лишь сферой языка, то есть сферой слов: сами процессы мышления человека в значительной степени метафоричны. Метафоры как языковые выражения становятся возможны именно потому, что существуют метафоры в понятийной системе человека» [Лакофф, Джонсон, 2004]. «Наша обыденная понятийная система, с точки зрения того, как мы мыслим и действуем, суть метафорическая по своей природе».

40 Биологическая информация как аналогия или метафора (2)

Биологическая информация как аналогия или метафора (2)

Таким образом, если полагать, что биологическая информация нематериальна (материален только ее носитель), то в рассуждениях о биологической информации человек должен быть склонен прибегать к образам, к метафоре. «Нейрофизиологи занимаются по сути тем, что прежде обсуждалось в терминах стимулов и реакций, а теперь – в терминах сигналов и информации; здесь аналогию можно провести с краткими конкретными сообщениями, которые в нескольких словах описывают происходящее. «….» в контексте нервной системы метафора ‘информация’ ссылается на ‘разговорные сообщения’. «….» … я не нашел особого сопротивления (если оно вообще есть) метафорическому использованию слова информация в нейрофизиологии… [Machlup, 1983].

41 Заключение

Заключение

Итак, что такое «информация» в представлении биолога? Для специалиста по направлениям экспериментально-клеточной биологии это, скорее всего, некоторое обобщающее понятие, когда речь идет о результатах взаимодействия между компонентами живой системы на самых разных ее уровнях. Для тех, кто занимается теоретической биологией, информация – это «истинное обозначение явлений и процессов» (выражение Фрица Махлупа), реальное свойство Живого, живых систем. Биолог рассуждает следующим образом. В процессе индивидуального развития жизнь организма начинается, когда его субклеточные структуры, клетки, ткани, органы, системы органов обретают способность генерировать, получать, хранить, передавать сведения, информацию; смерть организма непосредственно связана с потерей этой способности. Живые системы, обладающие этой функцией, развиваются в ходе эволюции природы. Конкретные проявления свойств информации зависят от уровня живой системы. Главное, что должно отличать все виды биологической информации от человеческой, логической информации – это неотчуждаемость биологической информации от ее носителя, живой системы.

42 Литература (1)

Литература (1)

1. Албертс Б. Молекулярная биология клетки: в 3 т. /Б. Албертс и др. – М., Мир, 1994. 2. Аптер М. Кибернетика и развитие. М.: Мир, 1970. – 213 с. 3. Бауэр Э. Теоретическая биология. – М.-Л.: Изд. ВИЭМ, 1935. – 206 с. 4. Вернадский В.И. Живое вещество. – М., 1978. 5. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. – М.: Сов. радио, 1968 – 326 с. 6. Гиляревский Р.С. Основы информатики. Курс лекций. – М.: Экзамен, 2004. – 320 с. 7. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3-х т. – М.: Мир, 1990. 8. Каменская М.А. Понятие «информация» в контексте молекулярно-клеточной биологии// Научно-техническая информация. Сер. 1. – 2012. – № 11. – С. 4-17 9. Колин К.К. Философия информации: структура реальности и феномен информации // Метафизика. – М., 2013. – №4. – С. 61-84. 10. Корогодин.В.И., Корогодина В.Л. Информация как основа жизни. – Дубна: Феникс, 2000. – 208 c. 11. Куффлер С., Николс Дж. От нейрона к мозгу. – М.: Мир, 1979. – 436 с. 12. Лакофф Дж., Джонсон М. Метафоры, которыми мы живем – М.: Едиториал УРСС, 2004, 256 с. 13. Ляпунов А.А. Об использовании математических машин в логических целях. / Очерки истории информатики в России. Редакторы-составители Поспелов Д.А., Фет Я.И. – Новосибирск, СО РАН, 1998. – С. 45-52. 14. Матурана У. Биология познания. / Сб.: “Язык и интеллект”. М., 1996. – С. 95.

43 Литература (2)

Литература (2)

15. Мейен С.В. Заметки о редукционизме. // Методология биологии: новые идеи. Синергетика, Семиотика. Коэволюция. / Сб. статей. – Ин-т философии РАН. – М., 2001. (Серия “Филос. анализ оснований биологии”). – С. 5-13. 16. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. – М: Молодая гвардия, 1990. – 351 c. 17. Пальцев М.А., Кветной И.М. Руководство по нейроиммуноэндокринологии. – М.: Медицина, 2008. – 512 с. 18. Соколов А.В. Философия информации. – СПб.: СПбГУКИ – 2010. – 368 с. 19. Соколов А.В. Три лика информации: общенаучное понятие, философская категория, метафора. Доклад на 17-м заседании семинара «Методологические проблемы наук об информации» 24.04.2014 20. Титов С.А. Проблема контекста в живых системах // Общественные науки и современность. – 1996. – № 3. – С. 134-144. 21. Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам. / М., Мир, 1991. – 240 с. 22. Чернавский Д.С. Синергетика и информация (Динамическая теория информации). – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 288 с. 23. K?hler W. Gestalt psychology. – 1959. –Mentor Books, N.Y. Цит. по: Аптер, 1970. 24. Machlup F. Semantic quirks in studies of information / in: F. Machlup, U. Mansfield, eds./ The study of information. Interdisciplinary messages. – N.Y.: John Wiley a. Sons, Inc., 1983, С. 641-671. 25. Mainard Smith J. The concept of information in biology // Phil. Sci. – 2000. – V. 67, № 2. – P. 177-194. 26. Rose S.P.R. The biology of the future and the future of biology // J. Mol. Biol. – 2002. – V. 319, N 4. – P. 877-884.

«Понятие «информация» в представлении биолога»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/ponjatie-informatsija-v-predstavlenii-biologa-77949.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Биологи > Понятие «информация» в представлении биолога