Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Примеры передачи дискретной информации в биологических

Системах

Пример 4.1. Устройство и принцип действия нервной клетки (нейрона).

В основе управления животными лежат нейронные сети (см.§ 5.6).Нейрон (рисунок 4.5) представляет собой клетку, отличающуюся от других наличием отростков. Один из них - самый длинный - именуется аксон 2 и оканчивается разветвлениями, именуемыми коллатералями 4. Остальные отростки называются дендритами 3. На дендритах, их разветвлениях и на теле нейрона имеются специальные области, именуемые синапсами 5. Аксон покрыт миелиновой оболочкой 6. Коллатерали соединяются с синапсами других таких же нервных клеток. Количество синапсов и коллатералей у конкретных клеток сильно варьируется. Есть такие, у которых их число доходит до нескольких тысяч.

По своему действию нейроны делятся на три вида - рецепторные (чувствительные), промежуточные и мотонейроны. Первые воспринимают световые, звуковые, тепловые, вкусовые и многие другие сигналы окружающей среды, вторые передают сигналы от одних нейронов к другим, и третьи воздействуют на мышечные волокна эффекторов, вызывая их сокращение.

Принцип действия нейронов следующий. При подаче электрических сигналов на ряд синапсов в нейроне возникает электрический импульс, передаваемый коллатералями другим нейронам или эффекторам (мышечным клеткам). При подаче электрических сигналов другим синапсам того же нейрона возбужденное состояние прекращается, а вместе с ним и выработка электрического импульса.

Строго говоря, возбуждение нейрона возникает при определенной комбинации электрических сигналов, поступающих на возбуждающие и тормозящие синапсы.


Рисунок 4.5

Нейрон: 1 – цитоплазма с ядром; 2 – аксон; 3 – дендрит; 4 – коллатерали; 5 – синапс; 6 – миелиновая оболочка.

Сигналы, поступающие на синапсы, расположенные на теле клетки нейрона, воздействуют сильнее, чем на дендритах. Миелиновая оболочка способствует увеличению скорости прохождения сигнала по аксону.


На рисунке 4.6,а и б изображены упрощенные и уточненные логические схемы нейрона. На схеме рисунка 4.6 входные сигналы х1 и хn соответствуют возбуждающим, а х2 и х3 - тормозящим синапсам.

а б

Рисунок 4.6.Логическая схема нейрона:а – упрощённая;б – уточнённая

 

Таймер свидетельствует о том, что выходной сигнал нейрона у поступает на следующий нейрон с запаздыванием по времени. В отличие от логического элемента параграфа 4.3 выходной сигнал зависит еще от уровня (количества) входных сигналов. Если какой-нибудь из них меньше величины , то выходной сигнал формируется только двумя оставшимися (рис. 4.6,б). Благодаря этому возможности нейрона как логического элемента возрастают. Кроме этого, на выходе установлено два таймера, один из которых, с соответствует прохождению сигнала по миелиновой оболочке.

Синапсы нейрона могут выступать в роли инверсорных и прямых входов. Коллатерали других нейронов мозга достаточно подвижны и либо подсоединяются к одним синапсам, либо к другим, либо вообще не подсоединяются. Все это также существенно увеличивает объем передаваемой нервной клеткой информации. В среднем один нейрон имеет порядка несколько сотен синапсов и столько же коллатералей [2,33].Согласно (4.18), следовательно, одна клетка может передавать до

ΔIк =102 (2100-1) ≈1032 бит ≈ 1030 байт

Если учесть, что число нейронов в головном мозге составляет 1011, то нетрудно сосчитать, что один человек по объему вычислительной мощности и памяти превосходит сумму всех компьютеров на земном шаре.

Пример 4.2. Принцип действия белков - ферментов в клетке.

Клетка представляет собой сложную систему управления, носящего дискретный характер [39]. В основе функционирования отдельных звеньев этой системы лежит свойство белков-катализаторов (ферментов) находиться в двух состояниях – активном и неактивном. Как правило, переход из одного состояния в другое связан с присоединением к основной молекуле белка небольшой молекулы. В качестве молекулы-довеска может выступать какой-нибудь пептид (аминокислота) из набора, приведённого в §4.3. Присоединение этого довеска инициируется либо другим белком, либо факторами внешней среды, если часть молекулы белка высовывается за пределы оболочки клетки. В активном состоянии белок-фермент катализирует процессы полимеризации (или деполимеризации) других белков или нуклеиновых кислот. При этом каталитический эффект носит чётко адресный характер: один активный белок вызывает вполне определённую химическую реакцию вполне определённого белка. Таким образом, в клетке формируются все органы управляемой системы (см. §4.2) - измерительный (датчик), усилительный, сравнения и исполнительный.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.