Dr. Synergetic

control of chaos

О активных средах

чт, 10/06/2011 - 16:53 -- g3RamxW7P5tANUmd

В физиологических системах локомоторные, транспортные и информационные функции берут на себя активные среды с автоволновым режимом работы. Общую характеристику широкому классу активных (возбудимых) сред можно дать следующим образом:

  1. Активная среда содержит распределенный источник или запас энергии.
  2. Локальные кинетические свойства среды определяются параметрам нелинейного трансформатора энергии (в которой часть энергии диссипирует).
  3. Пространственно-временная фазировка кинетических переменных в среде определяется как локальными нелинейными взаимодействиями, так и процессами переноса.

Основным, фундаментальным, является свойство активной среды, указанное в п.1 - распределенного запаса энергии. Благодаря этому свойству в активных средах могут распространятся незатухающие волны активности.

Активными средами могут быть распределенные химические, физические, искусственные (YIC) и биологические системы, например, нейронные структуры, нервные и мышечные волокна, сердечный синцитий, кишечник, сетчатка глаза, кожа и др.

Во всех перечисленных (и не перечисленных) активных средах могут распространяться волны, форма и амплитуда которых заданы параметрами и характером данной среды, не зависят ни от краевых, ни от начальных условий и после малых возмущений восстанавливаются. Такие бегущие профили кинетических переменных называются автоволнами. Например, импульс возбуждения, "бегущий" по аксону или по коже, обладает всеми перечисленными выше свойствами и является типичной автоволной.

Из Активных сред чрезвычайный интерес представляют, конечно же, созданные природой. Наиболее известный пример такой среды - нервное волокно. Распространяющийся по нему импульс также является автоволной; он представляет собой электрохимическую волну перехода между двумя состояниями: покоя, когда разность потенциалов на мембране волокна велика (приблизительно - 0,1В), и активного состояния - возбуждения, когда разность потенциалов мала (около 0,02В). При распространении нервного импульса в каждой точке возбудимой мембраны высвобождается энергия, исходно запасенная в виде неравновесных концентраций ионов Калия и Натрия по обе стороны мембраны. У нервного импульса стандартные (для каждой клетки) амплитуда, длительность и форма.

В системах организма человека, помимо одномерных активных сред - нервных волокон, существуют двух-и трехмерные активные среды, построенные из возбудимых клеток, функционирующих так же, как и нервные волокна. Примерами таких активных сред являются головной и спинной мозг, кожа, гладкомышечные стенки кишечника, матки, мочевого пузыря, а также сердечная мышца. Распространяющиеся по ним Автоволны имеют ту же физическую природу, что и нервный импульс, отличаясь от последнего лишь длительностью и скоростью распространения; однако в процессах жизнедеятельности организма их роли различны. Если импульс, бегущий вдоль нервного волокна, служит для передачи информации, то, например, идущая по сердцу волна возбуждения запускает каскад биохимических процессов, инициирующих сокращение сердечной мышцы, на режим которого немедленно отражается любое изменение в распространении автоволн возбуждения.

К активным средам с восстановлением относятся популяция дифференцирующихся клеток, обменивающихся химическими сигналами, сетчатка глаза и т.д. К фрактальным активным средам относятся артерии, вены, бронхиомы, нейроны специализированных структур мозга и т.д.

Решающей важности обстоятельство заключается в том, что принципы функционирования всех активных сред (как физических, химических и биологических, так и искусственных - YIC клеточных автоматов) оказываются одними и теми же и могут быть описаны на математическом языке (Алгоритмический подход), не апеллирующем к способу реализации среды.

YIC динамические системы позволяют автору заменить эксперименты на живых объектах (создавая YIC имитационные модели физиологических систем) и тем самым ускорить их изучение.

Автоволны, распространяющиеся в физиологических и искусственных YIC активных средах, обладают общими особенностями, а в самих этих средах возникают одни и те же локальные источники автоволн - Ревербераторы.