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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

日志

 
 
关于我

这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(3)生物控制论(科技名词定义)  

2013-07-23 11:48:57|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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3)生物控制论(科技名词定义)

http://baike.baidu.com/view/482977.htm

 

中文名称:生物控制论英文名称:biocybernetics定义:通过正、负反馈相互耦合的自稳定和自组织,从而使生物系统得到控制和调节的理论。应用学科:生态学(一级学科);景观生态学(二级学科) 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片

生物控理论运用控制论的一般原理,研究生物系统中的控制和信息的接收、传递、存贮、处理及反馈。

 

基本介绍

 

控制论的应用分支。它运用控制论的一般原理,研究生物系统中的控制和信息的接收、传递、存贮、处理及反馈。1948N.威纳的经典著作《控制论》的出版。标志着控制论学科的诞生。N.威纳认为,控制论是:关于在动物和机器中控制和通讯的科学,而生物控制论探讨有机体和机器中的控制和信息的一般原理,并试图建立有机体中的控制和通讯过程的一般语言。生物控制论的目的主要在于建立能反映人体和动物功能的模型与理论,而且这种模型和理论中的逻辑原理及有机体本身中起作用的逻辑原理是相同的。它也试图建立和生物系统有同样的物理与生物化学成分的模型。它是少数能真正地称之为边缘科学的学科之一。无论对生物学还是医学来说,生物控制论都给了它们以一种新的、普遍适用的,能充分发挥数学威力的语言。

 

生物控制论和仿生学以及生物医学工程中研究生物系统中控制和通讯过程的原理及数学模型的工作有着共同的内容,但前者着眼于研究生物系统的控制和通讯规律本身,后两者则着眼于应用。生物控制论也是理论生物物理的一个分支,只是它是从信息的角度去考虑问题,而理论生物物理的其他分支则更多地从能量的角度去考虑问题。生物控制论由于在研究中广泛地应用了数学工具,因此生物控制论也是生物数学的一个分支。人工智能是研究用机器实现人的部分智力活动的科学,其中研究用人工神经元构造的网络来模拟神经功能的工作和神经控制论也有公共的内容。

 

系统组成

 

在贝塔朗菲的一般系统论著作中论述了控制论属于系统论中的具有反馈调控的一类系统研究,生物控制论因而也就成为系统生物学的一个重要组成部分。对自动机和动物来说,假定只着眼于其中的控制与信息过程,大体上它们都有下述机构:①专门接收外界信号的接收装置(在动物体中相应的是感受器);②作出反应的执行装置(效应器)和它所作用的受控对象;③根据接收装置送来的信号进行处理并决定执行装置应如何动作的控制装置(中枢神经系统),以及这些装置之间的联结线路(传入神经和传出神经)。一般说来,执行装置动作的结果(受控对象的实际状态)往往通过某些接收装置(感受器或内感受器)而又汇报给控制装置(反馈联系),控制装置即按实际效应与预期目标间的偏差,采取进一步的调节措施,这种过程称为反馈调节(见图)。

 

研究特点

 

研究方法的特点

 

①系统观和整体观,生物控制论在对生命现象的研究中,把所研究的生物系统作为一个由许多次一级的部分相互联结、相互作用并和外界环境相互作用,而且执行着某种统一功能的整体;②能量概念不起实质作用,生物控制论着眼于系统各部分之间以及系统和环境之间的信息交换,即信息的接收、传递、处理、存贮与反馈,对其他学科来说通常很重要的能量概念,在这里并不起实质性作用;③定量化,生物控制论在研究生物系统的动态过程和功能时采取定量的方法,测量与生物系统有关的某些量,并研究这些量之间的数学关系,以形式语言建立起生物系统中信息与控制过程的定量规律,即建立起生物系统的数学模式或在计算机上进行仿真。

 

研究对象的特点

 

和工程控制系统相比,生物系统要复杂得多。生物系统内部结构对研究者来说,一般是不清楚的或不太清楚的,即生物系统是“黑箱”或“灰箱”。生物系统常常是一个分层次的多级控制系统,即存在着不同水平的控制中心;高级控制中心可以控制和修改低级控制中心的活动。例如大脑皮层、脑干和脊髓就是几个不同层次的控制中枢。生物系统还往往是非线性的,即不满足叠加原理(叠加原理系指系统对各个不同刺激组合的反应正相等于它单独对每个刺激所作反应的相应组合)。生物系统的时变性(即系统的结构或参数随时间而变化)也很突出。生物系统通常同时要受到多种因素的影响并作出多种反应,在其内外环境中存在多条反馈回路,即生物系统是多输入、多输出、多回路的系统。生物系统中各个部分之间的相互交联也非常复杂,要把其中的一部分孤立出来而不影响它的正常功能往往很困难。因此,在生物控制论的研究中,还必须注意生物系统的这些特点,把生物学知识和控制论方法结合起来进行研究。

 

研究内容

 

可以研究各个水平上的生物系统中的控制和信息过程:小到从分子水平上研究细胞内生化合成过程的反馈机制,大到分析和模拟生态系统。中国和许多别的国家也把它应用于人口预测等领域。但生物控制论研究得最多、最深入的是器官和生理系统水平上的控制和信息过程,包括生理系统分析和神经控制论两部分。

 

生理系统分析

 

用系统分析的方法,研究生理系统中各组成部分是如何相互作用并组成整个系统的,同时建立并分析相应的数学模型,以阐明该系统内在的控制和信息处理机制。几乎已对所有的生理系统进行了系统分析,尤其是关于内环境稳态的研究和感觉-运动系统的研究。所谓内环境稳态是指机体的内环境在复杂的神经-体液调节下维持动态平衡。这方面的研究在体温、血压、呼吸以及血液中各种理化成分的反馈控制等方面做了大量的工作。例如,已搞清楚整个血压调节系统中,至少有9套反馈系统存在。在运动控制的研究方面,50年代末L.斯塔科根据反馈系统理论所设计的实验,不仅确定了瞳孔控制系统的数学模型,而且正确地预测了当瞳孔边缘受到恒定光照时会产生自生振荡的现象,同时确定了其振荡频率。这一工作是生理系统分析的经典范例,对其后的工作起了一定的推动作用。到目前为止,在感觉-运动系统的系统分析方面,还是以瞳孔和眼动控制系统、肢体控制系统以及对昆虫的视动反应研究最为活跃。

 

在生理系统分析中,应用系统辨识和参数估计的方法可以估计出一些不易直接测定的生理参数,如心输出量等。这在医疗实践上具有临床应用价值。例如,用电子计算机估计出血糖控制系统参数后,据此可得出糖尿病昏迷的最优治疗方案。此外,在记录生理信号时,为了从强背景噪声中提取出有用的信息,广泛地应用数字信号处理技术。

 

神经控制论

 

研究神经系统的信息处理问题。其中以对神经网络和感觉信息处理的研究最为深入(见神经和感觉信息)。脑理论和脑模型是神经控制论的中心课题。50年代后期提出的“感知机”通过训练改变其随机连线的权重,可以“学会”辨识图形,这是一种最简单的脑模型。目前脑模型的研究主要是针对特定的脑结构进行模拟,其中以对小脑和视觉系统的研究最为深入。由于脑的复杂性,这方面的工作还仅仅是开端。

 

 

社会控制论(百科名片)

http://baike.baidu.com/view/482975.htm

 

社会控制论(sociocybernetics),即用控制论方法研究社会系统的学科,是控制论的一个分支。天然生命体是大自然几十亿年来在无数偶然事件中逐渐积累进化而形成的高级自组织系统,社会则是在人脑创造性信息选择条件下构成的高级自组织系统。有的社会系统表面上好象是没有目的的,但它可以通过社会选择来寻求自己的目的。在社会系统中存在着自学习的功能。

 

概述

 

英国W.R.阿什比关于没有目的的随机系统会通过学习来寻求自身目的的思想,在社会领域也同样适用。社会控制论的诞生,使人们能深刻地认识到社会系统的奥秘,表明人类创造社会文明已上升到理论上的自觉性阶段。在马克思主义历史唯物主义的指导下,用社会控制论作为一种辅助的工具来研究社会系统的某些侧面,有助于发现社会系统的某些具体规律,从而进行社会预测,为决策者提供决策依据。

 

发展概况

 

1948N.维纳在《控制论》一书中曾经指出,用控制论方法研究社会系统有两个主要的困难:①极难使观察者与被观察对象间的耦合降到最低限度,相反的,观察者会对被观察对象施加巨大的影响。②社会科学家没有从恒与时间、地点无关的角度来冷静地观察研究对象的那种方便。60年代以来经过社会科学家和控制论专家的共同努力,用控制论方法研究社会系统的某些侧面,已经获得相当的成果。

 

1975年在布加勒斯特召开的第三届国际控制论与系统大会上,罗马尼亚控制论专家内戈伊策提出退馈原理。他认为前馈和反馈都是在系统外部研究系统的行为,属于行为研究方法。研究人体系统和社会系统则往往要从内部干预,属于结构研究的范畴,应使用退馈的概念。1978年在阿姆斯特丹召开的第四届国际控制论与系统大会上,社会控制论正式定名,作为一个学科而诞生。

 

退馈

 

退馈就是要求系统内部的观察者,将自我认识上升到更高的综合水平。这就需要忽略细节,承认事物间质的差异和边界的相对模糊性。系统的输入和输出都涉及人的主观估计,涉及模糊信息,因而必须用模糊逻辑方法形成模糊分布,才能进行近似描述。

 

在社会系统中,观察者与对象往往处于同一层次,无论在物质需求、心理需求和信息需求方面都是不可分的。因此,不可能采用一般自然科学中常用的主客体单向反映的研究方法。最基本的方法是观察者全面参与社会实践,即观察者在一定的初步设想和预估的条件下把自己作为社会系统的一部分,通过反复尝试而选择达到目标的行动;因为实际协调和控制社会系统的信息,既不是观察者外部环境产生的信息,也不是观察者内在认识过程产生的信息,而是观察者与外部环境不断相互作用而逐步形成的信息。全面参与社会实践的方法,是观察者参与环境、适应环境、改造环境的行动方法。在社会控制论中一切概念和命题都必须是能实践的,才有定量研究的可能。

 

社会系统的特点

 

从控制论的角度来说,人类社会可被看作是高度复杂的政治-经济-文化-生态综合的多级递阶控制系统。社会的宏观调节和控制依靠各层次之间的双向信息流联系。上级把决策作为命令送到下级,下级把执行情况和环境条件报告上级,上级又根据新的情况作出新的决策送到下级,这就构成社会反馈。人类社会的通信模式多种多样,社会反馈的方式也很繁杂。社会反馈对于社会学和人类学都有重要意义。社会反馈所需信息流则需要用退馈的方式获得。

在社会系统中,社会结构与社会行为往往是不可分的。要改变系统的行为方式,必须改变系统的结构。社会控制论强调整体结构的协变、子系统结构的协同和子系统行为的互补。H.A.西蒙提出划分强相互作用和弱相互作用来分解递阶结构的大系统,使人们可在相对独立的条件下考察各子系统结构的协同和行为的互补。

 

社会控制论模型

 

社会控制论模型是一种信息-实践模型。模型设计者要使自己的动作遵循自己规定的规程,因为社会的信息结构蕴含在一切社会成员的参与实践之中,特别是设计者本人的实践之中。社会控制论模型可用于社会预测和社会预警,及时发现社会的不适应状况,通过退馈的方式获得社会信息,用社会反馈来进行宏观的调节和控制,使社会达到自适应的变化。因此,研究社会控制论模型对优化社会结构、促进社会进化、防止社会灾变有积极的作用。

 

有人用随机微分方程和分岔理论列出非线性方程组来描述社会系统。非线性相互作用表明了系统的发展会出现几种可能性,这可以用分岔理论来计算,并作出最优选择。但非线性方程组不能唯一确定系统的演化,必然性要通过偶然性来表现。系统处于不同状态时,涨落的作用也不同。在稳定状态时涨落是一种干扰,系统的抗干扰能力使涨落衰减,使系统回到原来的稳定状态;在不稳定状态时,涨落使系统离开原来的稳定状态,涨落被放大,使系统发生质变,变成新的有序状态,即到达新的稳定状况,这就是社会变革。

 

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