Теорія хаосу та системи самоорганізації в медицині відновлення: науковий огляд

Олександр Олександрович Хадарцев

Медичний інститут Тульського державного університету

Вул.Смідовича, 12

RU-300028 Тула (Росія)

Статті, пов’язані з "

Facebook
Twitter
LinkedIn
Електронна пошта

Анотація

У цьому огляді сформульовано теоретичні принципи, що забезпечують можливість корекції гострої стресової патології, з точки зору теорії хаосу та самоорганізації. Ми представляємо поняття фазового простору, каналів, символів узагальнення, атракторів, детермінізму, синергетики тощо та даємо базовий підхід до кластерів та кластерів до складних систем. Крім того, ми показуємо взаємозалежність системного аналізу та синтезу, застосованого до розвитку європейської та східної медицини. Крім того, продемонстровано важливість модуляції в програмах адаптації в управлінні функціональними системами людського тіла, підтверджену в даних, поданих для 14 патентів, що охоплюють винаходи, що призвели до 2 відкриттів.

Теоретичні положення слід виражати з точки зору теорії хаосу та самоорганізації (ТКС), щоб можна було визначити їх можливий вплив на початкову патологію у внутрішніх органах з метою її виправлення.

Взаємодія між хаосом, детермінізмом та стохастикою призвело до розвитку синергетики як науки. Синергетика (від грецького 'synergetikos' - спільний, що діє спільно) - наука, яка вивчає взаємозв'язки між елементами структури (підсистемами), що утворились у відкритих системах (біологічних, фізичних, хімічних та інших) завдяки інтенсивний (потоковий) обмін речовини та енергії в середовищі, де умови не в рівновазі. У таких системах спостерігається послідовна поведінка підсистем із збільшенням їх впорядкованості, але зменшенням ентропії як міри хаосу (підхід до самоорганізації) [4].

Синергетика займається в основному термодинамікою нерівноважних процесів, теорією випадкових процесів, теорією нелінійних коливань і хвиль тощо. Цей термін, вперше запропонований Германом Хакеном, зосереджує сучасну наукову увагу на скоординованій взаємодії частин у формуванні структура в цілому. Синергетика вивчає процеси самоорганізації, зовнішнього вигляду, підтримання стійкості та руйнування в структурах різної природи, і це лише початок. Сформульовано TCS. Дослідження в цій галузі проводяться у багатьох наукових галузях, і кожна з цих галузей має свою термінологію та використовує властиві їй методи [5,6].

TCS відображає міждисциплінарні відносини між різними науками. Цілі дослідження в різних наукових дисциплінах представлені окремими частинами, які в результаті співпраці перекладаються на конкретні просторові, часові або функціональні структури. Таким чином, окремі клітини взаємодіють між собою, формуючи тіло. У цьому випадку клітини є компартментами, які в кластерах представляють цілий організм. Клітини утворюють тканини та органи, які по відношенню до всього тіла є компартментами, а щодо клітини - скупченнями. Таке структурування не нав'язується ззовні. Вона організована самою системою через зовнішній приплив речовин та/або енергії. Запропоновано компарт-кластерну теорію організації біологічних динамічних систем [7]. Також визначено принципи самоорганізації.

Висновок Германа Хакена про виникнення критичного уповільнення та критичних функцій, близьких до точок нестабільності, таких як біфуркації, є принципово важливим, особливо при вивченні того, як контролюються рухи кінцівок. Це вказує на те, що координація рухів є функцією самоорганізуючої системи, тобто мозку. Це не реалізація готової програми, такої як комп’ютер [8,9].

TCS пояснює механізми систем самоорганізації. Вони далеко не в рівновазі з умовами нестабільності. Світовий порядок і гармонія є результатом хаосу, що складається з можливостей і можливостей. Але ці можливості в хаосі організовані, і хаос сам їх організовує в процесі реалізації. Всі форми розвитку присутні в хаосі, але в мінімізованій формі. Системи адаптації стали гнучкими та забезпечують адаптацію до навколишнього середовища як наслідок хаосу. Хаос організовує перехід до відносно стабільних форм еволюції та перемикання циклів операційних систем [10,11]. Хаос дуалістичний. Він руйнує і створює. Це і віртуально, і реально. Хаос - це безодня, яка складається із складених можливостей. Він їх усвідомлює і порядок встановлюється. Цей порядок є відносним, будучи тимчасовою структурою початкового хаосу [12]. Хаос є відносним, оскільки він містить міру хаотичного стану і міру порядку. Це організовано таким чином. Це не безлад. Це причинно-наслідкова (детермінована), динамічна система. Він інтегрує порядок і безлад у складних системах (складність). Ця інтеграція може бути або практично невидимою для дослідника, або вона може бути представлена фрактальною структурою.

У процесі вивчення та опису хаотичної поведінки складних нелінійних систем синергетика використовує різноманітні методи. Сюди входять визначення параметрів порядку або вивчення поведінки дисипативних систем, атракторів, еволюції або складання графіків біфуркацій [13]. Внутрішні та зовнішні шуми (у навколишньому середовищі) живі організми використовують для виділення корисної інформації. З точки зору динамічного хаосу у фазовому просторі різні атрактори співіснують. Шум забезпечує випадкове перемикання між ними; в цьому випадку статистичні характеристики аттрактора визначаються не тільки властивостями біологічних динамічних систем (БДС), але й властивостями шуму. Інформація про фазу та амплітуду сигналу кодується в інтервалах часу між перемикачами [14].

Стохастичний резонанс - це фізичне явище, що забезпечує підвищену реакцію нелінійної системи на слабкий зовнішній сигнал з точки зору зростання інтенсивності шуму [15]. Оптимальний рівень шуму забезпечує ступінь упорядкованості вихідного сигналу та максимізує інтегральні характеристики на виході (відношення сигнал/шум або коефіцієнт посилення). У нелінійних динамічних системах ряд режимів роботи неможливо реалізувати за відсутності шуму.

Теорія дисипативних структур призвела до термодинамічного підходу до самоорганізації. Концепція синергетики, запропонована Германом Хакеном, де структура є умовою, що є результатом послідовної поведінки великої кількості частинок, інтерпретується Іллею Пригожиним як спеціальне поняття, яке він називає `` дисипативною структурою ''. У відкритих системах однорідна рівновага може втратити стабільність при обміні потоками речовини або енергії з навколишнім середовищем і може безповоротно рухатися в неоднорідному стаціонарному стані. Ці стани стійкі до невеликих збурень і називаються дисипативними структурами.

Незважаючи на те, що дисипація пов'язана з концепцією розсіяння різних видів енергії та рухів ослаблення та з втратою інформації у відкритих системах, дисипація є джерелом формування структури - часової, просторової та просторово-часової (автохвилі), в якій здійснюються кооперативні явища. У формуванні дисипативних структур важлива роль колективу, спільних дій, тобто синергізму. Розсіювання є джерелом порядку БДС у часі та просторі. Метою пошуку є виявлення біологічних процесів до явищ, при яких стан знаходиться поза стабільністю термодинамічної гілки, `` далеко від рівноваги та нестабільності '', які забезпечують новий стан речовини, що виникає з потоком вільної енергії [18].

Будь-який БДС складається з понять: стан (суттєва інформація про систему) та динаміка (правила, що описують еволюцію системи в часі). Еволюція системи спостерігається у просторі умов або фазовому просторі. Фазовий простір - це абстрактний простір, в якому координати є складовими умов, тобто система ступеня свободи. BDS може розвиватися як у безперервному, так і в дискретний час. У першому випадку це потік, а у другому - це відбиття. Функціонування систем людського тіла протягом життя відповідає потоку, а існування людини (народження, смерть) - відображенню.

У фазовому просторі такі місця називаються (з точки зору синергетики) зонами узагальнюючих знаків, коли будь-який випадковий фактор як елемент гри є вирішальним і впливає на систему долі або навіть може різко перенести всю систему в іншу область фазового простору. У цих областях швидкі змінні стають визначальними. Правила, що описують такий стрибок, називаються символами підстановки. Відомо, що в картковій грі уайлдкард (джокер) - це карта, якій гравець може за бажанням призначити вартість будь-якої карти. Це значно збільшує ступінь невизначеності та кількість можливих ігор. Що стосується медицини, ділянки подалі від узагальнюючих знаків доступні для терапевтичного впливу, а в зоні підстановок ефективні лише хірургічні та інтенсивні процедури.

У фазовому просторі є ділянки, що характеризують поведінку системи через тривалий проміжок часу і які називаються аттракторами (від англійського «притягувати»). Найпростіший тип аттрактора має фіксовану точку (наприклад, в русі маятника, наприклад), а більш складний тип аттрактора має граничний цикл (у вигляді замкнутого циклу, наприклад, биття серце), аттрактор у формі тора відповідає складному, квазіперіодичному руху. Це передбачувані атрактори. Існують також хаотичні (дивні) атрактори, які діють як насос, що накачує з мікроскопічними коливаннями і макроскопічно у своєму прояві. Тут немає передбачуваності. Невизначеність початкових вимірювань охоплює весь аттрактор і робить прогнози неможливими. Однак існують методи, що дозволяють відтворити та реконструювати фазовий простір та шукати ці хаотичні (дивні) атрактори [19]. У людини центральна акцепторна дія, яка (на думку Петра К. Анохіна) визначає поведінку системи, є багатовимірним, хаотичним і дивним атрактором, якого БДС прагне досягти за допомогою своєї самоорганізації.

TCS описує властивості систем, які залежать від кооперативної взаємодії їх елементів без зменшення їх елементів. Ці елементи визначають порядок роботи параметрів, що, в свою чергу, визначає поведінку самих елементів. У цьому циклі не можна визначити, що первинне, а що вторинне, через так звану циклічну причинність.

Хаос полегшує перехід системи до певного атрактора в точках біфуркації, тобто розгалуження шляхів еволюції системи. Коливання є найбільш вираженими в період нестабільності системи. Більше того, мікроскопічні коливання можуть спричинити початок еволюції системи в новому напрямку і змінити всю макросистему. Хаос також забезпечує можливість поєднання простих структур для формування складних структур і сприяє гармонійному розвитку системи та синхронізації швидкості потокових процесів всередині. Хаос також забезпечує можливість перемикання між різними режимами роботи системи, запобігаючи тим самим її руйнуванню.

Інтереси суспільства та розвиток цивілізації претендували на синергетику та концепцію фракталів. Економічна криза, стихійні лиха, соціальні конфлікти та війна є частиною еволюційної кризи людства [1,19]. Це перехідний період хаосу, розташований між старою організацією та новим порядком. Перехідні процеси в системах, що розвиваються, знаходять своє відображення в синергетиці, як теорії самоорганізації. Еволюціонуючі системи - це суть синергетики. Інваріантним ядром таких систем є структура, що зберігає себе з різними змінами (в біології - ДНК, геном) [20]. При русі системи по траєкторії розвитку управління цим рухом діє в точках біфуркації, і орієнтація на тому чи іншому атракторі є реальною.

Ми розуміємо системний підхід, пов’язаний із методами, що використовуються при його дослідженні. В результаті того, як вона розвинула науку, стала великим сховищем знань, але детальна інформація була отримана головним чином завдяки аналізу (розбиття цілого). Системний аналіз, який в останні роки набув широкого застосування в біологічній та медичній науці, передбачає вибір для вивчення індивідуальних якостей та властивостей об'єкта. Але для прийняття рішень щодо контролю необхідно скласти цілісний, системний погляд на об'єкт. Індивід не може використовувати набір змінних, які, залежно від конфігурації набору, можуть відповідати різним каналам, в яких функціонує система. Крім того, якщо його входження в систему в області узагальнюючих знаків, непередбачуваність його поведінки призведе до повної невизначеності будь-якого зовнішнього контролю.